EXTRAÇÃO DE ÓLEO VEGETAL

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

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

3. 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 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais

4. 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. Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais

5. ·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. Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais

6. 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. Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais

7. Produção mundial (em milhões de toneladas Óleo 2000 2006 (estimada) Soja (3% ao ano) 24,5 28.39 Palma (4% ao ano) 21,7 26.41 Canola (5% ao ano) 13,7 16.65 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) Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais

8. 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. Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais

9. 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. Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais

10. Ácidos graxos mais comuns nos óleos vegetais Saturados Insaturados ·Láurico 12 C Palmitoleico 15C (I) ·Mirístico 14 C Oleico 18 C (I) ·Palmítico 16 C Linoleico 18 C (II) ·Márgarico 17 C Linolenico (18C) (III) ·Esteárico 18 C Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais

11. 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. Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais

12. 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 com “expeller” seguida por uma etapa de extração com solvente orgânico do óleo presente na torta. Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais

13. 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 total 1 a 1,3 % ·Consumo de vapor 170 kg/ton ·Consumo de energia elétrica 18 a 20 kwh/ton Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais

14. 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 60oC) ou Extrusão (expander): facilita a penetração do solvente na célula • Cozimento Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais

15. 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 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais

16. INDUSTRIALIZAÇÃO Vantagens da extrusão se comparado com a laminação • A densidade aumenta de 300 kg/m3 para 550 kg/m3 da massa laminada; • a área de contato sólido líquido no extrator aumenta de 40 para 50 m2/m3), 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; Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais

17. 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. Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais

18. 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. Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais

19. SOLVENTE HEXANO •O hexano tem ponto de ebulição entre 60 e 80oC. 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 Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais

20. 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. Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais

21. 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. Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais

22. 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% Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais

23. 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 70oC, sob agitação por ca. de 30 minutos. O precipitado é removido por centrifugação. Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais

24. 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. Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais

25. 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 90oC 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. Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais

26. 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. Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais

27. 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 100oC mais baixo que o dos triglicerídios correspondentes. Prof. Barbosa - Tecnologia de Processos Industriais