Aula1a Introducao

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Processo de extração de óleos vegetais da amazônia - Material repassado pelo químico industrial Alexandre T. Moraes (Belem-Pa)

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Aula1a Introducao

  1. 1. <ul><li>ALTERNATIVAS TECNOLÓGICAS SUSTENTÁVEIS NO PROCESSAMENTO DE ÓLEOS VEGETAIS </li></ul>AULA 1
  2. 2. Programa do Curso <ul><li>1- Introdução: A indústrialização de óleos vegetais (10/03) </li></ul><ul><li>2 - Oleaginosas e seus usos: alimentos, cosméticos, fármacos e energia (17/03) </li></ul><ul><li>3a- Caracterização química de óleos : ácidos graxos e estabilidade (24/03) </li></ul><ul><li>3b-Impactos ambientais: extração de óleos (24/03) </li></ul><ul><li>4 - Alternativas sustentáveis para extração de óleos e gorduras: polpas e sementes </li></ul><ul><li>5a - Impactos ambientais: refino de óleos vgetais (07/04) </li></ul><ul><li>5b - Alternativas sustentáveis para refino de óleos e gorduras (07/04) </li></ul><ul><li>6 - Seminários (28/04) </li></ul><ul><li>7 -Tecnologia de membranas para refino de óleos e gorduras (05/05) </li></ul><ul><li>8 - Extração sólido-líquido: teoria e resultados de equilíbrio (12/05) </li></ul><ul><li>9 - Modelagem – extração sólido-líquido (19/05) </li></ul><ul><li>10- Prova (26/05) </li></ul>
  3. 3. INTRODUÇÃO <ul><li>A indústria de óleos vegetais ocupa um lugar estratégico no contexto da indústria alimentícia: </li></ul><ul><li>    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. </li></ul><ul><li>    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. </li></ul><ul><li>      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. </li></ul><ul><li>     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. </li></ul>
  4. 4. INTRODUÇÃO <ul><li>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: </li></ul><ul><li>Na fase pioneira dos anos 50 predominou o óleo de algodão. </li></ul><ul><ul><ul><li>Óleo neutro com propriedades adequadas para industrialização. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Desvantagem a presença do gossipol. </li></ul></ul></ul><ul><li>No início da década de 60 predominou o uso do óleo de amendoim </li></ul><ul><ul><ul><li>Óleo de aroma agradável. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Desvantagem: aflotoxina </li></ul></ul></ul><ul><li>A partir de 1972 surgiu a cultura da soja inaugurando uma nova fase que iria marcar definitivamente a evolução dos agronegócios em oleaginosas. </li></ul><ul><li>Em 2004 o Brasil produziu cerca de 63 milhões de tonelada de soja. A maior parte é direcionada para a industrialização do óleo. </li></ul>
  5. 5. Produção mundial (em milhões de toneladas <ul><li>Óleo 2000 2006 (estimada) </li></ul><ul><li>Soja (3% ao ano) 24,5 28.39 </li></ul><ul><li>Palma (4% ao ano) 21,7 26.41 </li></ul><ul><li>Canola (5% ao ano) 13,7 16.65 </li></ul><ul><li>Outros (*) 27,0 </li></ul><ul><li>*girassol, algodão, amendoim, palmiste, coco </li></ul><ul><li>Soja: demanda de proteína de baixo custo </li></ul><ul><li>Palma: demanda de óleo rico em antioxidantes naturais </li></ul><ul><li>Canola: marketing (elevado teor de insaturados-oléico) </li></ul>
  6. 6. ÓLEOS VEGETAIS: DEFINIÇÃO <ul><li>Os azeites e óleos vegetais são constituídos predominantemente por ésteres de glicerol com 3 ácidos orgânicos chamados ácidos graxos: formando os triglicerídios. </li></ul><ul><li>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. </li></ul><ul><li>São fontes de vitaminas e de ácido linoleico (essencial ao homem e não metabolizado no organismo humano).      </li></ul><ul><li>Azeite : é o óleo vegetal que não é extraído por solventes químicos e não sofre o processo de refinação. </li></ul><ul><li>       Azeites virgens : são aqueles obtidos por prensagem a frio e não refinados. </li></ul><ul><li>      Óleos . Os óleos são, em geral, obtidos por prensagem, extração com solventes e posterior purificação e refino. </li></ul>
  7. 7. QUALIDADE <ul><li>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. </li></ul><ul><li>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. </li></ul>
  8. 8. Ácidos graxos mais comuns nos óleos vegetais <ul><li>Saturados Insaturados </li></ul><ul><li>         Láurico 12 C Palmitoleico 15C (I) </li></ul><ul><li>         Mirístico 14 C Oleico 18 C (I) </li></ul><ul><li>         Palmítico 16 C Linoleico 18 C (II) </li></ul><ul><li>         Márgarico 17 C Linolenico (18C) (III) </li></ul><ul><li>         Esteárico 18 C </li></ul>
  9. 9. Substâncias menores encontradas nos óleos brutos <ul><li>Fosfatídeos ou gomas : principais componentes não glicerídeos do óleo - lecitinas </li></ul><ul><li>Esteróis : álcoois cristalinos neutros de alto ponto de fusão – matéria insaponificável. </li></ul><ul><li>Ceras : alcoois monoídricos de longa cadeia de carbono conhecido como álcoois graxos </li></ul><ul><li>Pigmentos carotenóides : responsáveis pela coloração do óleo, amarelada tendendo para o vermelho. O mais importante é o beta-caroteno ou pró-vitamina A. </li></ul><ul><li>Antioxidantes : evita a oxidação do óleo (tocoferóis ou vitamina E). Em geral são eliminados na etapa de refino. </li></ul>
  10. 10. Evolução dos métodos de extração <ul><li>Indústria caseira - milhares de anos A.C </li></ul><ul><li>Prensas hidráulicas - início do século XIX aumento acentuado no rendimento de extração. </li></ul><ul><li>Prensa contínua - fim do século XIX. Em 1904 ANDERSON construiu o “ expeller ” que é até hoje utilizado para extrair óleos vegetais. </li></ul><ul><li>Extração mista - prensagem da semente com “ expeller ” seguida por uma etapa de extração com solvente orgânico do óleo presente na torta. </li></ul>
  11. 11. DADOS DA EXTRAÇÃO <ul><li>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: </li></ul><ul><li>Dados da extração com HEXANO </li></ul><ul><li>         Óleo residual na torta : 1 a 2 % </li></ul><ul><li>         Perda de solvente total 1 a 1,3 % </li></ul><ul><li>         Consumo de vapor 170 kg/ton </li></ul><ul><li>         Consumo de energia elétrica 18 a 20 kwh/ton </li></ul>
  12. 12. INDUSTRIALIZAÇÃO <ul><li>Pré-limpeza e classificação das sementes </li></ul><ul><li>Decorticação: retirada de fibras usando rolos ou discos estriados girando em sentidos opostos com velocidades diferentes ou despeliculamento: por atrito, ou por impacto </li></ul><ul><li>S eparação das amêndoas : usando peneiras vibratórias para eliminação das cascas </li></ul><ul><li>Moagem (moinho de facas ou martelos) e laminação (rolos aquecidos a 60 o C) ou Extrusão (expander): facilita a penetração do solvente na célula </li></ul><ul><li>Cozimento </li></ul>
  13. 13. INDUSTRIALIZAÇÃO <ul><li>Prensagem a frio ou a quente: extração mecânica para obtenção do óleo bruto </li></ul><ul><li>Filtração: para remover tecidos vegetais e água </li></ul><ul><li>Extração com solvente: O processo contínuo com fluxo contra-corrente cruzado é o mais utilizado pois aumenta o rendimento de extração </li></ul><ul><li>Destilação da micela: separa o óleo do solvente </li></ul><ul><li>Dessolventização do farelo: remove o solvente </li></ul>
  14. 14. INDUSTRIALIZAÇÃO <ul><li>Vantagens da extrusão se comparado com a laminação </li></ul><ul><li>A densidade aumenta de 300 kg/m 3 para 550 kg/m 3 da massa laminada; </li></ul><ul><li>a área de contato sólido líquido no extrator aumenta de 40 para 50 m 2 /m 3 ), aumentando a taxa de percolação; </li></ul><ul><li>aumenta a eficiência nos primeiros estágios da extração, aumentando a concentração de óleo na miscela; </li></ul><ul><li>reduz em pelo menos 5% o consumo de solvente na saída do extrator e conseqüentemente menor consumo de vapor no dessolventizador; </li></ul>
  15. 15. INDUSTRIALIZAÇÃO <ul><li>Vantagens da extrusão se comparado com a laminação </li></ul><ul><li>reduz a quantidade de solvente na torta; </li></ul><ul><li>reduz o consumo de energia; </li></ul><ul><li>aumenta a homogeneidade do produto; </li></ul><ul><li>reduz a quantidade de sólidos extraídos, facilitando a filtração do óleo; promove um aumento na quantidade de fosfatídeos hidratáveis, facilitando a etapa de degomagem. </li></ul>
  16. 16. INDUSTRIALIZAÇÃO <ul><li>Cozimento: </li></ul><ul><li>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 </li></ul><ul><li>•          Prensagem a frio ou a quente </li></ul><ul><li>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. </li></ul>
  17. 17. SOLVENTE   HEXANO <ul><li>•   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). </li></ul><ul><li>Este solvente apresenta as seguintes vantagens: </li></ul><ul><li>grande afinidade com o óleo dissovendo-o, </li></ul><ul><li>não interage com outras substâncias presentes no grão em alta concentração (proteína, amido, carboidratos), </li></ul><ul><li>é imiscívem em água e </li></ul><ul><li>tem baixo calor latente de ebulição </li></ul><ul><li>Desvantagens: </li></ul><ul><li>alta inflamabilidade, alto custo e toxicidade </li></ul>
  18. 18. RECUPERAÇÃO DO SOLVENTE <ul><li>•          Destilação da miscela </li></ul><ul><li>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. </li></ul><ul><li>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. </li></ul>
  19. 19. RECUPERAÇÃO DO SOLVENTE <ul><li>•           Dessolventização do farelo </li></ul><ul><li>A torta saída do extrator, ainda umedecida pelo solvente, recebe o nome de farelo e têm menos de 2% de óleo,. O fareloé 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. </li></ul>
  20. 20. Dados do processo convencional <ul><ul><li>Na extração por prensagem, a partir de oleaginosas ricas em lipídeos, se extrai cerca de 60% do óleo. </li></ul></ul><ul><ul><li>A extração de óleo por solvente constitui uma operação unitária de transferência de massa por contato sólido-líquido. </li></ul></ul><ul><ul><li>O sistema de extração opera em contra corrente, fazendo com que o solvente puro encontre a torta mais pobre em óleo e vice-versa. </li></ul></ul><ul><ul><li>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. </li></ul></ul><ul><ul><li>A concentração de miscela ( óleo+solvente ) que sai do extrator é de 30% de óleo aproximadamente. </li></ul></ul><ul><ul><li>A concentração de solvente no farelo é da ordem de 2% </li></ul></ul>
  21. 21. REFINO <ul><li>A refinação tem por objetivo separar dos azeites brutos as substâncias indesejáveis que possam afetar as propriedades organolépticas e a estabilidade do óleo : </li></ul><ul><li>pesticidas, gomas, ceras, resinas, ácidos graxos livres, peróxidos . </li></ul><ul><li>Entretanto alguns componentes importantes com propriedades anti-oxidantes, são também eliminados. </li></ul><ul><li>Degomagem : consiste na remoção das gomas (fosfatídeos), ceras e substâncias coloidais. Estas substâncias causam escurecimento do óleo na etapa de desodorização </li></ul><ul><li>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. </li></ul><ul><li>  </li></ul>
  22. 22. REFINO <ul><li>Neutralização : consiste na remoção dos ácidos graxos livres com NaOH . </li></ul><ul><li>Nesta etapa remove-se fosfatídeos residuais (não hidratáveis) e corantes (clorofila, carotenóides). </li></ul><ul><li>Os ácidos graxos livres reduzem o ponto de fumaça dos óleos, deixam o óleo sujeito a espumar. </li></ul><ul><li>A neutralização requer uma agitação eficiente para promover o contato entre as fases. </li></ul><ul><li>O óleo neutralizado é lavado com água quente para remoção de sabões e é submetido à centrifugação. </li></ul><ul><li>  </li></ul>
  23. 23. REFINO <ul><li>Branqueamento: </li></ul><ul><li>Efetuado com terras clarificantes (terra diatomácea). Remove o excesso de pigmentos, corantes em geral, resíduos de sabões, fosfatídeos e metais. </li></ul><ul><li>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. </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>Desodorização: </li></ul><ul><li>Remoção de odores e sabores desagradáveis causados pelos peróxidos, ácidos graxos livres, pesticidas. </li></ul><ul><li>A desodorização é efetuada por insuflação de vapor direto sob alto vácuo. </li></ul><ul><li>  </li></ul>
  24. 24. REFINO <ul><li>Winterização : (Centrifugação ou filtração a frio): </li></ul><ul><li>Remove cristais de estearinas, ceras, resinas. Comumente faz-se um resfriamento lento do óleo para formação de cristais. </li></ul><ul><li>O refino remove além de impurezas, indesejáveis para consumo humano, algumas substâncias com propriedades funcionais tais como: antioxidantes naturais e tocoferóis. </li></ul>
  25. 25. REFINO FÍSICO <ul><li>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. </li></ul><ul><li>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. </li></ul>

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