Proceso industrial de elaboración de aceite de soja Martinez, Yohanna Belén Vallejo, María Pía Victorio, María Emilia Dirección de contacto:
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[email protected] Resumen En este trabajo se recopiló información sobre la soja, su uso en la industria aceitera, datos de producción y se expuso la normativa vigente establecida por el Código Alimentario Argentino. Mediante un diagrama de flujo se visualizaron las etapas del proceso de elaboración de aceite de soja y se señalaron todas las corrientes involucradas en el mismo. Además, se identificaron los equipos de separación mecánica, prensa de tornillo y centrífuga de cámara y disco, empleados durante la producción. Palabras claves: aceite de soja, extracción mecánica, desgomado, prensa de tornillo, centrífuga de cámara y disco.
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La soja, productos y subderivados La soja es una legumbre de ciclo anual, que alcanza entre 0,5 y 1,5 metros de altura. Posee hojas grandes y trifoliadas. Su nombre científico es Glycine Max (L.). Sus flores son pequeñas de color blanco-amarillento o azul-violáceo. Esta planta herbácea posee vainas cortas (Fig. 1), que contienen en su interior entre uno y cuatro granos oleaginosos (con un 20% de aceite), con distintas variaciones de color: amarillo o negro, aunque existen otras especies con semillas de color verde o castaño. Figura 1. Planta y semilla de soja
En Argentina, la expansión de la soja ha desplazado otros cultivos como el arroz, el maíz, el girasol y el trigo; y ha trasladado otras actividades, como la ganadería hacia zonas marginales. Las exportaciones argentinas de soja se han incrementado más de cinco veces en los últimos años. El aceite de soja se destaca por su excelente calidad, directamente relacionada con sus ácidos grasos insaturados, su fluidez en un amplio rango de temperaturas y sus antioxidantes naturales. El aceite de soja refinado posee múltiples usos comestibles. En nuestro país se emplea en la elaboración de aceites mezcla, aceites hidrogenados, margarinas y shortening y en diferentes subproductos como la mayonesa. Además es usado en productos farmacéuticos y en la industria como anticorrosivos, combustibles ecológicos, pinturas, fungicidas y pesticidas, jabones y detergentes, entre otros. Datos de producción Nuestro país cuenta con 47 plantas aceiteras con una capacidad de molturación total de 108500 toneladas por día. Además de soja, la mayoría de ellas también procesa otras semillas. Casi la totalidad de la actividad industrial se localiza en la zona de Rosario, provincia de Santa Fe, en las zonas aledañas al río Paraná. Las plantas procesadoras se aprovisionan de soja en un radio inferior a los 300 Km, lo que implica un reducido costo de flete. Durante 2011, la molienda de soja registró el mayor volumen de la historia al alcanzar los 37,2 millones de toneladas. Como resultado de la industrialización se produjeron 7,1 millones de toneladas de aceite y cerca de 29 millones toneladas de pellets. Aspectos legales Se establece en el Código Alimentario Argentino, en el artículo 520 del capítulo VII, bajo la denominación de aceites alimenticios o aceites comestibles a Página 2 de 11
“(…) los admitidos como aptos para la alimentación por el presente y los que en el futuro sean aceptados como tales por la autoridad sanitaria nacional. Los aceites alimenticios se obtendrán a partir de semillas o frutos oleaginosos mediante procesos de elaboración que se ajusten a las condiciones de higiene establecidas por el presente. Presentarán aspecto límpido a 25 ° C, sabor y olor agradable y contendrán solamente los componentes propios del aceite que integra la composición de las semillas o frutos de que provienen y los aditivos que para el caso autoriza el presente.” La reglamentación vigente para la producción de aceite de soja, se menciona en el artículo 533 (Res 2012 19.10.84) “Se denomina Aceite de soya o de soja, el obtenido de semilla de Glycine maxima L. Merr. Las características fisicoquímicas del aceite refinado son: Densidad relativa a 25/4°C: 0,9180 a 0,9225 Índice de refracción a 25°C: 1,4724 a 1,4740 Índice de yodo (Wijs): 125 a 137 Índice de saponificación: 188 a 195 Insaponificable, Máx: 1,00% Pérdida por calentamiento, Máx: 0,05% Índice de Bellier modificado (medio acético de precipitación): 17°C a 20°C Índice de peróxido, Máx: 10,0 miliequivalentes de Oxígeno/kg”
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Proceso de elaboración del aceite de soja ALMACENAMIENTO DE POROTOS DE SOJA
LIMPIEZA DESCASCARADO
Cáscara
TRITURADO
LAMINADO
Hexano
EXTRACCION
Torta o hexano Hexano
ACEITE CRUDO
Agua y Ac. fosfórico
NaOH y agua
Arcillas decolorantes
Vapor
DESGOMADO
NEUTRALIZACION
Fase acuosa
Jabón
DESCERADO
Cera
DECOLORACION
Torta
DESODORIZACION
Vapor y comp. volátiles
ENVASADO
ACEITE REFINADO Figura 2. Diagrama de flujo del proceso
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Descripción de las etapas del proceso Almacenamiento: antes de su almacenamiento, los porotos de Glycine soja se secan hasta obtener una humedad del 9 al 10 por ciento. Se pueden almacenar durante períodos prolongados de tiempo en condiciones adecuadas de aireación, tomando precauciones contra las infestaciones de insectos y roedores. Limpieza: el grano pasa por una zaranda que extrae todos los elementos extraños como ramas, hojas, piedras, etc. Luego, dos aspiradoras retiran la tierra y la cáscara que ya se encuentre suelta. Descascarado: se produce por impacto o en caliente, eliminándose el germen y las cascarillas (Fig. 2). Triturado: la trituración se realiza en molinos de rodillos. La molienda obtenida debe ser gruesa para evitar la aparición de demasiada materia fina en el aceite. Laminado: el laminado consiste en el calentamiento de los granos previamente quebrados, que luego se pasan a través de rodillos que permiten obtener una lamina de 0.28 – 0.3 mm de espesor. Extracción: se pueden describir dos métodos de obtención de aceite • Extracción mecánica, en la cual las semillas molidas pasan a un acondicionador para obtener un producto homogéneo que pasa a la prensa de tornillo donde a elevadas presiones y en un solo paso se procede a la separación del aceite de la torta proteínica. La prensa de tornillo seleccionada es Modelo GX-130. • Extracción por solventes, para ello se puede partir de las semillas o de la torta proteínica obtenida por el sistema de extracción mecánica. La semilla se pone en contacto con el solvente, hexano, extrae el aceite y forma una miscela. Esta miscela es posteriormente destilada para separar el aceite y recuperar el solvente. Refinado del aceite El aceite obtenido por extracción, se conoce como aceite crudo. Éste contiene una serie de impurezas que no lo hacen apto para su consumo por lo que debe ser sometido a un proceso de refinación. Este proceso, si bien produce pérdidas de algunos nutrientes, disminuye el riesgo de enranciamiento y mejora las características organolépticas. Las diferentes etapas de un proceso típico de refinación son: Desgomado: es un tratamiento con agua caliente y agregado de ácido fosfórico o cítrico, que insolubiliza los fosfolípidos y otras materias coloidales. Página 5 de 11
Luego de un tiempo de contacto, las dos fases son separadas por centrifugación. Se utiliza una centrífuga modelo D-120. Neutralización: el aceite previamente calentado es tratado con una solución alcalina. Los ácidos grasos libres -responsables de la acidez y la oxidación de los aceites-, se eliminan en la fase acuosa bajo forma de jabones en centrífugas autolimpiantes. Un posterior lavado elimina los jabones residuales de neutralización para obtener un aceite neutro. Descerado: proceso en el que los crudos son enfriados y mantenidos a baja temperatura. De esta forma se favorece la formación y posterior separación de los cristales de cera. Con ello se evita la turbidez del aceite cuando se lo almacena a bajas temperaturas, y se mejora la calidad de los aceites destinados a elaborar mayonesas. La separación se puede realizar mediante centrífugas (realizando junto en la de neutralización), mediante filtración o una combinación de ambas. Decoloración o blanqueado: los aceites neutros se tratan con arcillas decolorantes para eliminar la clorofila y los pigmentos carotenoides, hasta ajustar los colores a las especificaciones de calidad de cada aceite. Por último, la mezcla de aceite con arcilla es filtrada y la torta es secada para remover el aceite. Desodorización: sustancias como aldehídos y cetonas, que frecuentemente causan olores desagradables, son eliminadas tratando el aceite a temperaturas de 240 / 250 ºC en columna de vacío y con un ligero arrastre de vapor de agua. Deben evitarse tratamientos prolongados a altas temperaturas ya que hay peligro de originar una polimerización. Envasado: el aceite refinado se envasa principalmente en botellas de plástico PET. Equipos relacionados con la separación mecánica en la producción del aceite de soja
Prensa de tornillo
Muchas sustancias como frutas, verduras y semillas, contienen constituyentes líquidos valiosos en el interior de sus estructuras celulares. Los cacahuates, cocos, granos de soja, semillas de girasol y aceitunas, por ejemplo, producen aceites y grasas comestibles. La prensa de tornillo es un aparato que se conoce en la industria del aceite como “expulsor”, utilizado en la etapa de extracción mecánica. Se añade la papilla de semillas oleaginosas a un cilindro de paredes gruesas, metálico horizontal, en cuyo interior hay un tornillo pulimentado y giratorio con un paso de rosca decreciente gradualmente. De esta forma los productos que son atrapados entre el tornillo helicoidal de acero inoxidable y la parte inferior del cuerpo del cilindro pasan a través de un área de flujo cada vez menor, sufriendo consecuentemente la fuerza de compresión cada vez mayor. Página 6 de 11
Las paredes del cilindro contienen perforaciones muy pequeñas recubiertas con una rejilla ajustable, a través de las cuales fluye el licor exprimido de la torta. La torta abandona el aparato por medio de una compuerta de descarga ajustable. El grado de compresión alcanzado se puede variar ajustando el área de la compuerta de descarga y modificando la velocidad de rotación del tornillo. Las variables a considerar son: Tiempo Presión Velocidad de incremento de la presión Temperatura del material Resistencia de los sólidos a la deformación Grosor del material Calidad de la materia prima y contenido de humedad Grado de ruptura de la pared celular Porosidad de la torta
Centrífuga de cámara y disco
Cuando un material es sometido a rotación se genera una fuerza centrífuga cuya magnitud depende de su masa (densidad, radio y velocidad de rotación). Las centrifugas de cámara y disco constan de una cámara cilíndrica, ancha y relativamente plana que gira a velocidades moderadas en una montura estacionaria. La cámara es en general accionada desde el fondo. La alimentación se hace corrientemente por el fondo de la cámara a través de un tubo situado centralmente desde arriba. La cámara contiene cierto número de conos metálicos colocados muy próximos entre sí, que se conocen por discos, que giran con la cámara y están situados uno encima del otro con una separación fija entre ellos. Los discos tienen uno o más juegos de agujeros coincidentes que forman canales por donde fluye el producto alimentado. Bajo la acción de la fuerza centrifuga la fase densa se desplaza hacia la pared de la cámara y circula hacia abajo por la parte inferior de los discos, mientras que la fase ligera se desplaza hacia el centro y fluye sobre las caras de los discos. La zona de separación entre los líquidos inmiscibles a una determinada velocidad se forma a una distancia del eje de rotación (zona de interfase o zona neutra) en la que la presión hidrostática de las dos capas se iguala. Los líquidos separados se extraen por medio de vertederos. Las variables a considerar son: Radio del rebosadero de la fase pesada Radio de rebosadero de la fase liviana Densidad del fluido ligero Densidad del fluido pesado Radio de interfase Equipos utilizados durante la elaboración del aceite
Prensa de tornillo Página 7 de 11
Modelo GX-130- Cap. 400-500 kg/hr. de grano Esta prensa es ideal para la extracción eficiente de aceite de semillas oleaginosas, tales como soja, girasol, colza, algodón etc. Estos equipos, de alta confiabilidad y bajo precio, resulta una herramienta ideal para el productor de aceites y alimentos en pequeña escala (Fig.3).
Figura 3- Prensa de tornillo modelo GX-130
Estructura y modo de funcionamiento La prensa está compuesta de: alimentador, reductor, jaula de prensado, eje de tornillo y estructura de la máquina (Fig.4). La prensa utiliza el eje, que está compuesto por una sucesión de tornillos de distinto formato, que empujan el material dentro de la cámara o jaula de prensado. El paso del tornillo y la profundidad del espiral se van reduciendo, por lo que el volumen disponible en la cámara se reduce, y el material es sometido a altísima presión, lo que acompañado por el roce contra la pared interior cerrada de los discos, produce la extracción del aceite. El aceite fluye a continuación a través de los orificios que existen entre los discos. El material restante, en forma de expeller, sale por el extremo del canasto. Es importante mantener una alimentación constante para lograr una buena extracción, y extender la vida de la prensa. Parámetros Técnicos Principales
Dimensiones: 2010X800X1350mm. Peso: 820kg. Potencia del Motor: 15-18Kw/ (960rpm). Rueda Triangular de Polea del Motor: Tipo B 4X200. Rueda Triangular de Polea del Motor: Tipo B 4X500. Velocidad Rotacional Eje Molienda: 40rpm. Polea Triangular del Alimentador: A2413. Capacidad de Producción: 10-12T/24hs.
Rendimiento en la extracción de aceite de soja
Alimentación: 400-500kg/h de granos. Capacidad de producción: 416kg/h Página 8 de 11
Rendimiento: 0.8
Figura 4 – Prensa de tornillo Modelo GX-130
Mantenimiento Se deben verificar frecuentemente las partes móviles, las partes ajustables, y la lubricación. El mantenimiento regular se realiza una vez por mes, haciendo una inspección visual. Dos veces al año, inspección ordinaria, desarmando el canasto y verificando desgastes. Una vez al año se debe realizar un chequeo completo y profundo de la prensa. Además se debe mantener la prensa limpia permanentemente.
Centrífuga de cámara y disco Modelo D-120
La centrifuga D-120 (Fig. ) es un equipo que permite la separación de las gomas generadas en el proceso de desgomado del aceite de soja de una manera muy eficiente, permitiendo lograr aceites por debajo de los requerimientos más estrictos, con la ventaja adicional de obtener gomas muy secas, minimizando las pérdidas de aceite al mínimo y facilitando el manejo de las mismas. Permite además la recuperación de aceites remanentes en borras, fondos de tanques etc. Figura –Centrífuga de cámara y disco Modelo D-120
Estructura y modo de funcionamiento Página 9 de 11
Se provee con un motor y dos juegos de telas filtrantes de Dacron ideales para desgomado. Está equipada con tapa con visor y luz. Esta centrifuga está siendo preferida por los productores de aceite por su simpleza, eficiencia y por obtener gomas extremadamente secas, de fácil manejo, debido a su característica de semi-continua. Parámetros técnicos
Fuerza: G 645 Potencia: 5.5 (kw) Peso: 980 (kg) Medidas: ( 1700x1400x1300mm) Diámetro: 800 (mm) Volumen: 90 (L) Velocidad: 1200 (r/min)
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BIBLIOGRAFÍA AMV Ediciones (1988). Producción, análisis y control de calidad de aceites y grasas comestibles. Madrid. A. Madrid Vicente, Ediciones. BRENNAN, J. (1980). Las operaciones de la ingeniería de de los alimentos. Zaragoza. Acribia. FELLOWS, P. (1994). Tecnología del procesado de los alimentos. Zaragoza. Acribia.
http://www.sanutricion.org.ar/pdf/soja.pdf
http://www.ciaracec.com.ar/ciara/estudios/_archivo/000000_Archiv os_formato_pdf/050700_07_2005_Cadena_Aceite_Soja_SAGPyA.pdf http://www.alimentosargentinos.gov.ar/contenido/sectores/aceites/ Informes/Oleaginosas_anuario_2011.pdf
http://www.anmat.gov.ar/alimentos/codigoa/CAPITULO_VII.pdf
http://economygeeks.com/2012/03/05/granos-soja-cierra-en-bajaen-plaza-argentina-detras-de-chicago/ aceites
http://www.cgil.es/refinacion/winterizacion.php http://www.slideshare.net/JorgeSilvaYumi/capitulo-grasas-y-
http://www.alimentosargentinos.gov.ar/contenido/revista/revista_5
http://www.gx.com.ar
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