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Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais EXTRAÇÃO DE ÓLEO VEGETAL.

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1 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais EXTRAÇÃO DE ÓLEO VEGETAL

2 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais ALTERNATIVAS TECNOLÓGICAS SUSTENTÁVEIS NO PROCESSAMENTO DE ÓLEOS VEGETAIS

3 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais Programa do Aulas 1- Introdução: A indústrialização de óleos vegetais 2 - Oleaginosas e seus usos: alimentos, cosméticos, fármacos e energia 3a- Caracterização química de óleos : ácidos graxos e estabilidade 3b-Impactos ambientais: extração de óleos 4 - Alternativas sustentáveis para extração de óleos e gorduras: polpas e sementes 5a - Impactos ambientais: refino de óleos vgetais 5b - Alternativas sustentáveis para refino de óleos e gorduras 6 - Seminários 7 -Tecnologia de membranas para refino de óleos e gorduras 8 - Extração sólido-líquido: teoria e resultados de equilíbrio 9 - Modelagem – extração sólido-líquido (19/05) 10- Prova

4 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais INTRODUÇÃO A indústria de óleos vegetais ocupa um lugar estratégico no contexto da indústria alimentícia: elabora um produto para consumo final e é um insumo fundamental para a indústria de alimentos. Óleos, farelos e seus derivados são alimentos usados na alimentação humana por conterem proteínas de baixo custo e boa qualidade. o mercado mundial de oleaginosas representa cerca de 36% do valor total gerado pelo comércio dos produtos agropecuários. A demanda por oleaginosas é determinada basicamente pela procura por produtos processados.

5 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais há uma maior relevância dos óleos vegetais, em relação aos grãos, em termos de valor agregado pela importância no mercado mundial. Segundo o Departamento de Agricultura dos Estados Unidos, em 2004 a produção de óleos vegetais foi da ordem de 100 milhões de toneladas. os óleos vegetais mais consumidos são: soja, palma, colza (canola), girassol, amendoim, algodão e coco. Além desses, vale destacar os óleos de milho, oliva, gergelim, arroz e uva.

6 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais O Brasil ocupa a posição de maior produtor e consumidor da América Latina. A história dos óleos vegetais no Brasil foi marcada por épocas distintas: Na fase pioneira dos anos 50 predominou o óleo de algodão. Óleo neutro com propriedades adequadas para industrialização. Desvantagem a presença do gossipol. No início da década de 60 predominou o uso do óleo de amendoim Óleo de aroma agradável. Desvantagem: aflotoxina A partir de 1972 surgiu a cultura da soja inaugurando uma nova fase que iria marcar definitivamente a evolução dos agronegócios em oleaginosas. Em 2004 o Brasil produziu cerca de 63 milhões de tonelada de soja. A maior parte é direcionada para a industrialização do óleo.

7 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais Produção mundial (em milhões de toneladas Óleo (estimada) Soja (3% ao ano)24, Palma (4% ao ano)21, Canola (5% ao ano)13, Outros (*)27,0 *girassol, algodão, amendoim, palmiste, coco Soja: demanda de proteína de baixo custo Palma: demanda de óleo rico em antioxidantes naturais Canola: marketing (elevado teor de insaturados-oléico)

8 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais ÓLEOS VEGETAIS: DEFINIÇÃO Os azeites e óleos vegetais são constituídos predominantemente por ésteres de glicerol com 3 ácidos orgânicos chamados ácidos graxos: formando os triglicerídios. Os óleos são alimentos energéticos pois fornecem 9,5 kcal/g quando metabolizado no organismo humano enquanto os carboidratos e proteínas cerca de 4 kcal/g. São fontes de vitaminas e de ácido linoleico (essencial ao homem e não metabolizado no organismo humano). Azeite: é o óleo vegetal que não é extraído por solventes químicos e não sofre o processo de refinação. Azeites virgens: são aqueles obtidos por prensagem a frio e não refinados. Óleos. Os óleos são, em geral, obtidos por prensagem, extração com solventes e posterior purificação e refino.

9 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais QUALIDADE A qualidade e digestibilidade dos azeites e óleos vegetais comestíveis é determinada pela qualidade e quantidade dos ácidos graxos insaturados e saturados que os compõem, sendo fundamental a presença do ácido linoléico em quantidades adequadas já que o organismo não pode sintetizá-lo. As porcentagens de ácidos graxos saturados e insaturados contidos nos óleos vegetais são variáveis de acordo com as condições climáticas, os solos, como também as variedades ou os híbridos das quais foram obtidos.

10 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais Ácidos graxos mais comuns nos óleos vegetais SaturadosInsaturados Láurico12 CPalmitoleico 15C (I) Mirístico14 COleico18 C (I) Palmítico 16 CLinoleico18 C (II) Márgarico 17 CLinolenico(18C) (III) Esteárico 18 C

11 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais Substâncias menores encontradas nos óleos brutos Fosfatídeos ou gomas: principais componentes não glicerídeos do óleo - lecitinas Esteróis: álcoois cristalinos neutros de alto ponto de fusão – matéria insaponificável. Ceras: alcoois monoídricos de longa cadeia de carbono conhecido como álcoois graxos Pigmentos carotenóides: responsáveis pela coloração do óleo, amarelada tendendo para o vermelho. O mais importante é o beta-caroteno ou pró-vitamina A. Antioxidantes: evita a oxidação do óleo (tocoferóis ou vitamina E). Em geral são eliminados na etapa de refino.

12 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais Evolução dos métodos de extração Indústria caseira - milhares de anos A.C Prensas hidráulicas - início do século XIX aumento acentuado no rendimento de extração. Prensa contínua - fim do século XIX. Em 1904 ANDERSON construiu o expeller que é até hoje utilizado para extrair óleos vegetais. Extração mista - prensagem da semente comexpeller seguida por uma etapa de extração com solvente orgânico do óleo presente na torta.

13 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais DADOS DA EXTRAÇÃO O solvente mais usado na indústria é hexano, um derivado do petróleo, que possibilita a extração da quase totalidade do óleo deixando um resíduo desengordurado denominado farelo. A recuperação do solvente é a etapa mais crucial no processamento de óleo comestível devido aos problemas de segurança, ambientais e econômicos. Resultados alcançados: Dados da extração com HEXANO Óleo residual na torta : 1 a 2 % Perda de solvente total1 a 1,3 % Consumo de vapor170 kg/ton Consumo de energia elétrica 18 a 20 kwh/ton

14 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais INDUSTRIALIZAÇÃO Pré-limpeza e classificação das sementes Decorticação: retirada de fibras usando rolos ou discos estriados girando em sentidos opostos com velocidades diferentes ou despeliculamento: por atrito, ou por impacto Separação das amêndoas: usando peneiras vibratórias para eliminação das cascas Moagem (moinho de facas ou martelos) e laminação (rolos aquecidos a 60 o C) ou Extrusão (expander): facilita a penetração do solvente na célula Cozimento

15 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais INDUSTRIALIZAÇÃO Prensagem a frio ou a quente: extração mecânica para obtenção do óleo bruto Filtração: para remover tecidos vegetais e água Extração com solvente: O processo contínuo com fluxo contra-corrente cruzado é o mais utilizado pois aumenta o rendimento de extração Destilação da micela: separa o óleo do solvente Dessolventização do farelo: remove o solvente

16 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais INDUSTRIALIZAÇÃO Vantagens da extrusão se comparado com a laminação A densidade aumenta de 300 kg/m 3 para 550 kg/m 3 da massa laminada; a área de contato sólido líquido no extrator aumenta de 40 para 50 m 2 /m 3 ), aumentando a taxa de percolação; aumenta a eficiência nos primeiros estágios da extração, aumentando a concentração de óleo na miscela; reduz em pelo menos 5% o consumo de solvente na saída do extrator e conseqüentemente menor consumo de vapor no dessolventizador;

17 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais INDUSTRIALIZAÇÃO Vantagens da extrusão se comparado com a laminação reduz a quantidade de solvente na torta; reduz o consumo de energia; aumenta a homogeneidade do produto; reduz a quantidade de sólidos extraídos, facilitando a filtração do óleo; promove um aumento na quantidade de fosfatídeos hidratáveis, facilitando a etapa de degomagem.

18 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais INDUSTRIALIZAÇÃO Cozimento: Esta etapa tem por objetivos desnaturar as proteínas promovendo a coalescência das gotículas de óleo; tornar as membranas celulares, que envolvem o óleo, mais permeáveis; diminuir a viscosidade e a tensão superficial do óleo facilitando sua remoção; inativar as enzimas naturais (peroxidases); destruir microrganismos e insolubilizar os fosfatídeos, que são emulsificantes naturais, facilitando o refino do óleo Prensagem a frio ou a quente A prensagem é geralmente efetuada em prensas contínuas do tipo expeller. Esta etapa é usada para remoção parcial do óleo. A torta que deixa a prensa é submetida ao processo de extração com solvente. O teor de óleo na torta pode ser cerca de 5%, no caso de pressões elevadas.

19 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais SOLVENTE HEXANO O hexano tem ponto de ebulição entre 60 e 80 o C. Uma parte do óleo é removido por dissolução e outra parte por difusão do através da parede celular (etapa controladora do processo). Este solvente apresenta as seguintes vantagens: grande afinidade com o óleo dissovendo-o, não interage com outras substâncias presentes no grão em alta concentração (proteína, amido, carboidratos), é imiscívem em água e tem baixo calor latente de ebulição Desvantagens: alta inflamabilidade, alto custo e toxicidade

20 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais RECUPERAÇÃO DO SOLVENTE Destilação da miscela Em geral a destilação é conduzida em um sistema de evaporação de 3 estágios: a 85ºC, 90ºC e 95ºC, trabalhando sob vácuo de 250mmHg. Os aumentos nas temperaturas de destilação se deve ao fato que a miscela vai se tornando mais pobre em solvente. Após a destilação o óleo obtido passa por um secador para que tenha sua umidade reduzida a 0,8%, e em seguida segue para a refinaria. O solvente evaporado na destilação segue para uma bateria de condensadores. Feita a condensação, o solvente sofre decantação para que se separe de possíveis impurezas (água) e em seguida é reaproveitado para novas extrações.

21 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais RECUPERAÇÃO DO SOLVENTE Dessolventização do farelo A torta saída do extrator, ainda umedecida pelo solvente, recebe o nome de farelo e têm menos de 2% de óleo, o farelo é levado até um dessolventizador e tostador para que o solvente residual seja recuperado. Feito isso o farelo dessolventizado a uma temperatura de 90ºC é transportado até um resfriador que reduz essa temperatura para 10ºC acima da temperatura ambiente. O farelo dessolventizado e resfriado é encaminhado para o moinho onde sofrerá o balanceamento de proteínas.

22 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais Dados do processo convencional –Na extração por prensagem, a partir de oleaginosas ricas em lipídeos, se extrai cerca de 60% do óleo. –A extração de óleo por solvente constitui uma operação unitária de transferência de massa por contato sólido- líquido. –O sistema de extração opera em contra corrente, fazendo com que o solvente puro encontre a torta mais pobre em óleo e vice-versa. –A temperatura ideal para extração fica em torno de 55-65ºC, abaixo de 55ºC não há absorção perfeita do óleo e acima de 60ºC ocorre evaporação do solvente. –A concentração de miscela ( óleo+solvente ) que sai do extrator é de 30% de óleo aproximadamente. –A concentração de solvente no farelo é da ordem de 2%

23 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais REFINO A refinação tem por objetivo separar dos azeites brutos as substâncias indesejáveis que possam afetar as propriedades organolépticas e a estabilidade do óleo : pesticidas, gomas, ceras, resinas, ácidos graxos livres, peróxidos. Entretanto alguns componentes importantes com propriedades anti-oxidantes, são também eliminados. Degomagem: consiste na remoção das gomas (fosfatídeos), ceras e substâncias coloidais. Estas substâncias causam escurecimento do óleo na etapa de desodorização Em geral a degomagem é feita por adição de 1 a 3% de água ao óleo aquecido a 70 o C, sob agitação por ca. de 30 minutos. O precipitado é removido por centrifugação.

24 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais REFINO Neutralização: consiste na remoção dos ácidos graxos livres com NaOH. Nesta etapa remove-se fosfatídeos residuais (não hidratáveis) e corantes (clorofila, carotenóides). Os ácidos graxos livres reduzem o ponto de fumaça dos óleos, deixam o óleo sujeito a espumar. A neutralização requer uma agitação eficiente para promover o contato entre as fases. O óleo neutralizado é lavado com água quente para remoção de sabões e é submetido à centrifugação.

25 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais REFINO Branqueamento: Efetuado com terras clarificantes (terra diatomácea). Remove o excesso de pigmentos, corantes em geral, resíduos de sabões, fosfatídeos e metais. A terra branqueadora é adicionada ao óleo seco a 90 o C sob vácuo. Após agitação, durante 30 minutos, o óleo é filtrado no filtro prensa. Desodorização: Remoção de odores e sabores desagradáveis causados pelos peróxidos, ácidos graxos livres, pesticidas. A desodorização é efetuada por insuflação de vapor direto sob alto vácuo.

26 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais REFINO Winterização: (Centrifugação ou filtração a frio): Remove cristais de estearinas, ceras, resinas. Comumente faz-se um resfriamento lento do óleo para formação de cristais. O refino remove além de impurezas, indesejáveis para consumo humano, algumas substâncias com propriedades funcionais tais como: antioxidantes naturais e tocoferóis.

27 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais REFINO FÍSICO Os óleos com acidez acima de 10% (arroz, palma), não devem ser neutralizados com álcali, por razões econômicas, devido a uma perda de óleo neutro. Neste caso a desacidificação pode ser feita por destilação dos ácidos graxos livres. Desacidificação: se baseia na diferença entre o ponto de ebulição dos ácidos graxos livres e dos triglicerídios. Os ácidos graxos livres tem ponto de ebulição de pelo menos 100 o C mais baixo que o dos triglicerídios correspondentes.


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