VII CAIQ 2013 y 2das JASP

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APLICACIÓN DE TECNOLOGÍA EMERGENTE (MICROONDAS)

EN LA EXTRACCIÓN DE ACEITE DE CANOLA

L. B. Ramos*,1, A. K. de Figueiredo1, G. H. Crapiste3, S. M. Nolasco1, M. B.

Fernández1,2

1Grupo TECSE – Facultad Ingeniería

(Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aries)

Av. Del Valle 5737 – Olavarría – Argentina 2CIFICEN

(Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aries - CONICET)

Pinto 399 – Tandil – Argentina 3Planta Piloto de Ingeniería Química

(Universidad Nacional del Sur - CONICET)

Camino La Carrindanga km. 7 - 3000 Bahía Blanca - Argentina

E-mail: luciramos25@hotmail.com

Resumen. El aceite de canola posee propiedades benéficas para la salud,

con un bajo contenido de grasas saturadas y una significativa cantidad de

ácidos grasos esenciales. Por otro lado, esta oleaginosa es también una

opción viable para la producción de combustibles alternativos al petróleo.

Los pretratamientos son requeridos en la industria aceitera debido a que

debilitan las membranas celulares facilitando la liberación del aceite. En las

últimas décadas ha habido una demanda creciente de nuevas técnicas de

pretratamientos, como la radiación por microondas, que acorten los tiempos

de extracción y disminuyan el consumo de solventes orgánicos, reduciendo

a su vez la contaminación. En este trabajo granos de canola fueron

irradiados con microondas durante 5 minutos. Tanto las muestras tratadas

como las muestras sin tratar fueron sometidas a molienda y posterior

extracción del aceite por Soxhlet (hexano) a distintos tiempos de extracción

(2, 4, 6, 8 y 12 h). La estructura celular de las muestras pretratadas y las

muestras sin tratar se observó mediante microscopía electrónica de barrido

(SEM). La extracción de las muestras tratadas con microondas resultó más

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rápida que la correspondiente a las muestras sin tratar, obteniéndose un

significativo aumento del rendimiento de aceite, de hasta un 25,1% en las

primeras dos horas de extracción debido al pretratamiento aplicado,

equiparándose estos valores a partir de las 6 hs de extracción. Por otro lado,

las características de calidad del aceite (valor de acidez e índice de

peróxidos) no fueron modificadas significativamente debido a la irradiación

con microondas.

Palabras clave: Microondas, Extracción de aceite, Canola

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1. Introducción

El aceite de canola tiene baja proporción de grasas saturadas y contiene los ácidos

grasos esenciales linoleico (Ω -6) y α-linolénico (Ω-3) en una relación 2:1, característica

que lo posiciona como uno de los aceites de cocina más saludables con una relación Ω-

6/Ω-3. También posee niveles significativos de fitoesteroles, conocidos inhibidores de

la absorción del colesterol, colaborando en la reducción de los niveles de colesterol en

el organismo. La importancia de este aceite no sólo reside en su aspecto nutricional sino

también en sus propiedades fisicoquímicas, que hacen que la canola sea adecuada como

materia prima para la producción de combustibles alternativos al petróleo (Singh, 2011),

debido a su alto contenido de aceite y rendimiento por hectárea, así como a la buena

calidad del aceite. La obtención convencional de aceites a partir de semillas oleaginosas

se lleva a cabo industrialmente por prensado y/o extracción con solvente (hexano). El

aceite de semillas oleaginosas se encuentra dentro de membranas (Aguilera, 2003) y es

necesario romper la estructura celular para permitir que se libere. La finalidad de la

aplicación de pretratamientos es modificar o provocar la ruptura de la pared celular

facilitando la liberación del aceite, logrando un aumento en el rendimiento de aceite de

extracción. Los pretratamientos pueden incluir descascarado, reducción de tamaño,

rotura, molienda, tratamiento térmico (cocinado) y laminado (Szydlowska-Czerniak et

al., 2010) con el propósito de debilitar las membranas de las células y preparar el

material para una óptima extracción del aceite. En las últimas décadas ha habido una

demanda creciente de nuevas técnicas de pretratamiento y/o extracción, que acorten los

tiempos de extracción y disminuyan el consumo de solventes orgánicos, reduciendo a su

vez la contaminación. Entre estos pretratamientos se incluyen la radiación por

microondas, ultrasonido y pretratamientos enzimáticos. La tecnología de microondas

ofrece tiempos de procesamiento reducidos y ahorros energéticos, ya que la energía es

entregada directamente a los materiales a través de interacción molecular con el campo

electromagnético, de manera que el calor es generado a través del volumen del material

y es posible alcanzar un calentamiento rápido y uniforme en materiales de un espesor

relativamente mayor (Uquiche et al., 2008). En este trabajo se pretende lograr un mayor

rendimiento en la extracción del aceite de canola como resultado de la aplicación del

pretratamiento con microondas.

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2. Materiales y Métodos

2.1. Materia prima

Se contó con una partida de 15 kg de granos de canola Hornet (variedad invernal)

obtenidos comercialmente, los cuales se caracterizaron en función del contenido de

aceite (IUPAC 1.122 1992), humedad (ASAE S352.2 DEC 97, 1999), proteínas (AOCS

Ai 4-91, 1997), fibra detergente neutro (FDN), fibra detergente ácida (FDA) y lignina

(Goering y Van Soest, 1970). El contenido de hemicelulosa y celulosa se evaluó como

las diferencias entre FDN y FDA y entre FDA y lignina, respectivamente.

2.2. Pretratamiento con microondas

El pretratamiento con microondas fue realizado a muestras de 45 gramos durante 5

minutos en un microondas doméstico (BGH QuickChef, Argentina, 2450 MHz). Tanto

las muestras tratadas como las muestras sin tratar fueron sometidas a molienda previo a

la extracción del aceite con hexano.

2.3. Medidas de rendimiento y calidad

El rendimiento de extracción de aceite se valoró en un equipo Soxhlet, utilizando

hexano como solvente, a diferentes tiempos (2, 4, 6, 8 y 12 h). Posteriormente se

evaporó el solvente en rotavapor (vacío, 45oC), eliminando el resto del solvente con

corriente de nitrógeno. Los aceites extraídos se guardaron en frasco color caramelo y

atmósfera de nitrógeno, a 5 oC, hasta su análisis. La calidad de los aceites extraídos se

analizó en función del valor de acidez (IUPAC 2.201, 1992) e índice de peróxidos

(IUPAC 2.501, 1992).

2.4. Microscopía electrónica de barrido (SEM)

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Se tomaron micrografías de las muestras tratadas con microondas y sin tratar en un

Microscopio Electrónico de Barrido (SEM) marca Carl Zeiss, modelo MA10, en modo

presión variable (EHT = 20.00 kV)

3. Resultados y Discusión

3.1. Caracterización de la materia prima

En la Tabla 1 se muestra la caracterización de los granos de canola Hornet utilizados

en el presente trabajo. Los granos presentaron un contenido de aceite dentro del rango

reportado en la literatura (33-55%, Windauer y Ploschuk, 2006). El contenido de

proteína fue menor a los valores reportados para harina de canola (38-43 %, Thakor et

al., 1995). El contenido de fibra detergente neutro es próximo al valor experimental

encontrado por Slominski et al. (1994) en harina de granos marrones de canola (25,7%

b.s., desgrasada).

Tabla 1. Caracterización de los granos de canola Hornet

Componentes

Canola

Humedad (% b.s.) 8,0

Aceite (% b.s.) 51,5

Proteína (% b.s., desgrasada) 29,6

FDN (% b.s., desgrasada) 30,9

FDA (% b.s., desgrasada) 24,6

Lignina (% b.s., desgrasada) 9,6

Celulosa (% b.s., desgrasada) 15,0

Hemicelulosa (% b.s., desgrasada) 6,3

3.2. Pretratamiento con microondas

Rendimiento de aceite. En la Fig. 1 se representan los datos experimentales

obtenidos en la extracción de aceite de muestras de canola tratada y sin tratar.

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0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

2 4 6 8 12

tiempo (h)

Rendim

iento

(%

aceite b

.s.)

Muestra sin tratar

Muestra tratada

Fig 1. Rendimiento de aceite (% en base seca) de canola tratada y sin tratar

Letras distintas indican diferencias significativas (Test de Tukey, p<0,05)

Tanto en la muestra tratada como en la muestra sin tratar se observa un aumento del

rendimiento de aceite a medida que transcurre el tiempo de extracción. Cuando se

analizan los resultados de rendimiento de la muestra sin tratar se observan aumentos

progresivos y significativos en la extracción de aceite en el rango de las 2 a 6 horas de

procesos. Sin embargo, en las muestras tratadas con microondas solamente el

rendimiento obtenido a las dos horas fue significativamente menor a los alcanzados a

partir de las 6 horas de proceso, no diferenciándose significativamente del observado a

las 4 horas.

La extracción de las muestras tratadas con microondas resultó más rápida que la

correspondiente a las muestras sin tratar, obteniéndose rendimientos de aceite

significativamente mayores en las primeras dos y cuatro horas de extracción debido al

pretratamiento aplicado. A las dos horas de extracción con Soxlhet se observó un

aumento significativo del rendimiento de 25,1% debido al tratamiento con microondas,

mientras que a las cuatro horas este incremento fue de 6,9 %. A partir de las seis horas

de extracción no se observó diferencia significativa en el rendimiento de aceite entre las

muestras tratadas y sin tratar.

La finalidad de los pretratamientos es modificar la estructura celular, ya que la

estructura original no es adecuada para una buena extracción debido a que las paredes

a b,c b c,d d,e d d,e d,e d,e e

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intactas de las células ofrecen una importante resistencia a la extracción por solvente.

Rosado-Rubio et al. (2012) utilizaron microondas como pretratamiento para obtener

aceite de chía y, al analizar las semillas tratadas por SEM, encontraron diferencias en su

conformación celular. Por otro lado, Uquiche et al. (2008) compararon la

microestructura de semillas de avellana chilena irradiada con microondas y la de granos

sin irradiar, hallando una mayor porosidad en la muestra tratada. Por lo que, el mayor

rendimiento observado en los primeros tiempos en las muestras de canola irradiadas con

microondas podría asociarse a la modificación de la estructura celular debida al

pretratamiento, el cual podría estar causando una debilitación en las membranas

celulares de manera que el aceite sea más accesible para el solvente y/o facilitando la

posterior ruptura de dicha membrana durante la molienda de la semilla. Cabe destacar

que la humedad de las muestras luego del tratamiento de microondas fue de 2,9 % (b.s.),

esto también pudo haber afectado el proceso de molienda previo a la extracción con

Soxhlet, y por lo tanto al rendimiento de aceite.

Análisis del aceite obtenido. En la Tabla 2 se muestran los índices de calidad, valor

de acidez e índice de peróxidos, de la muestra sin tratar y la muestra tratada con

radiación de microondas.

Tabla 2. Tamaño y estilo de fuente para encabezamientos

Característica de

calidad

Muestra Sin Tratar Muestra Tratada

Valor de acidez

(% oleico) 1,21a 0,94a

Índice de peróxidos

(meq O2/kg aceite) 3,7 a 4,1 a

Medias con una letra común en la misma línea no son significativamente diferentes (Test de Tukey,

p<0,05)

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A los fines de detectar si existen diferencias entre las características de calidad

observadas en el aceite obtenido de la muestra sin tratar respecto al aceite extraído a

partir de la muestra irradiada con microondas se utilizó el análisis de la varianza

(ANOVA) en conjunto con el Test de Tukey, considerándose que las medias eran

significativamente diferentes si p<0,05 (Infostat, 2004). El aceite tratado con

microondas no mostró diferencias significativas en el valor de acidez ni en el índice de

peróxidos respecto al aceite sin tratar. Cabe destacar que los valores de peróxidos y

valor de acidez fueron menores a 15,0-20,0 meq O2/kg aceite y 2% respectivamente,

niveles establecidos por el Código Alimentario Argentino para diversos aceites vírgenes

(girasol, oliva) como el límite máximo apto para el consumo humano (Código

Alimentario Argentino, 2008).

3.3. Microscopía electrónica de barrido (SEM)

En las Figuras 1 y 2 se muestran las micrografías de las muestras de canola sin tratar

y pretratada con microondas, respectivamente. Se observan distintas conformaciones de

la estructura. El tratamiento con microondas mejora la disponibilidad del aceite ya que

la matriz sólida cambia debido a la desnaturalización de la proteína, a su vez reduce la

viscosidad del aceite por acción de la temperatura.

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Fig. 1. Micrografía de las muestras de canola sin tratar

Fig. 2. Micrografía de las muestras de canola tratadas con microondas

4. Conclusiones

En este trabajo se utilizó radiación de microondas sobre granos de canola como

tratamiento previo a la extracción del aceite. El pretratamiento con microondas, durante

5 minutos a 900 W de potencia, demostró ser eficiente en el procesamiento de

extracción de aceite de los granos de canola en las cuatro primeras horas de extracción,

obteniéndose un significativo aumento del rendimiento de aceite, de hasta un 25% en las

primeras dos horas de extracción, equiparándose estos valores a partir de las 6 hs de

extracción. Este pretratamiento no afectó significativamente las características de

calidad analizadas en el aceite extraído por solvente (valor de acidez e índice de

peróxidos). Las diferencias en la estructura de las células entre las muestras tratadas y

las muestras sin tratar fueron observadas por microscopía electrónica de barrido.

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Reconocimientos

Los autores agradecen el financiamiento a la Facultad de Ingeniería (Universidad

Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires) y a CONICET. También

agradecen en forma especial a la Ing. Eugenia Borsa (Fac. Ingeniería – UNCPBA) por

llevar a cabo la captura de las imágenes de microscopía electrónica de barrido.

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Society of Agricultural Engineers, St. Joseph, USA.

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25/09/2013)

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Agriculture.

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Agropecuarias. 2004.

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Rosado-Rubio G., Betancur-Ancona D., Chel-Guerrero L., Ixtaina V.Y., Tomás M.C.,

Nolasco S.M. (2012). Efecto del pretratamiento de semillas de chía con microondas

(MW) sobre el rendimiento y la composición acídica del aceite extraído. IV

Congreso Internacional de Ciencia y Tecnología de los Alimentos, Córdoba,

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