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HIDROGENACIÓN DE ACEITES Y GRASAS
1. Naturaleza Del Proceso
Uno de los procesos industriales a los que se someten los aceites Y grasas para modificar sus características físicas especialmente su punto de fusión y sí adaptarlos para usos industriales y domésticos como sustitutos de AGS, es el denominado proceso de hidrogenación.
2. Importancia de la Hidrogenación
Su empleo es enorme tanto en las industrias del jabón como en de las grasa comestiblesTransforma aceites líquidos en grasas pláticas o duras, grasas blandas en productos mas sólidos y aumenta la resistencia de las grasa y aceites a su alteración por oxidación o evita el deterioro de la propiedades organolépticas.
3. Catálisis en la Hidrogenación
La hidrogenación de grasa implica la formación de un complejo [hidrógeno –Níquel –Radical ácido graso no saturado], el cual se rompe para un radical ácido graso de mayor saturación mas el catalizador de Níquel libre.
Ni(HCOOC)2.2H2O Ni + 2CO2 + H2 + 2H2O
3. Catálisis en la Hidrogenación
La hidrogenación se produce por fases:
Ac. LINOLÉNICO Ac. LINOLEICO
Ac. LINOLEICO Ac.OLEICO
Ac.OLEICO Ac. ESTEÁRICO
4. Cinética de la Reacción
La hidrogenación se puede considerar comouna serie de reacciones consecutivas con unacinética de reacción de seudo primer orden.La hidrogenación catalítica se acelera alaumentar la temperatura. La velocidad aumenta a medida que aumenta
laagitación de la masa de aceite y se incrementala dispersión de hidrógeno.
4. Cinética de la Reacción
Aumentando la cantidad de catalizador se consigue un incremento en la velocidad de reacción, sin embargo si se pasa de una cantidad determinada la velocidad disminuye invariablemente.La absorción de impurezas tiene un efecto envenenador sobre el catalizador; perdiendo su capacidad para actuar catalíticamente.
5. Calor de Reacción
La hidrogenación es una reacción exotérmica
140 a 200°C temperatura de hidrogenación
25 kcal por mol y enlace doble saturado
6. IsomerizaciónLos isómeros se pueden originar a partir de :
* Adición de hidrógeno a un enlace doble, que no se satura corrientemente por procedimientos naturales
* Migración de enlaces dobles
* Transformación de las formas naturales cis en trans.
6. Isomerización
6. Isomerización
Los isómeros o ácidos nuevos son interesantes desde un punto de vista práctico, principalmente por sus puntos de fusión relativamente altos, que mejoran por tanto la consistencia de los productos hidrogenados
7. Proceso de hidrogenación
El proceso de hidrogenación emplea :1. Alta temperatura 2. Un catalizador metálico tal como níquel,
zinc, cobre u otros metales reactivos 3. Gas hidrógeno (al 99.9% de pureza
y seco)Los metales son utilizados para reaccionar con el gas hidrógeno, el que es inyectado en la mezcla. Los metales catalizan el hidrógeno y los átomos de carbono y convierten los ácidos grasos.
La hidrogenación parcial o "brush" es una etapa de conversión mínima que sólo ofrece un pequeño grado de reacción por hidrogenación. La hidrogenación "brush" aumenta la estabilidad de los ácidos grasos volátiles .
Durante el proceso de hidrogenación, los átomos de hidrógeno son insertados sin un orden particular. Cuando se detiene el proceso incompleto de hidrogenación, los ácidos grasos insaturados están en diferentes etapas de hidrogenación. Algunas moléculas están mayormente hidrogenadas mientras otras no lo están.
8. Acidos grasos Trans
Los ácidos grasos trans son grasas saturadas sintéticas. Generalmente son productos generados por los humanos; no obstante, pueden formarse naturalmente en la leche de vaca con hasta 14% de grasa butirosa y también pueden estar presentes en las grasas vegetales (a través de la hidrogenación)
La mayoría de las margarinas y grasas para amasar son grasa trans proveniente de la conversión mediante un proceso de hidrogenación completo o parcial. Las grasas trans interfieren con la eficiencia del proceso de absorción metabólica y tienden a congregarse en los lugares de tejido adiposo.
9. Efecto de la longitud de la cadena Hidrocarbonada
Los ácidos de elevado peso molecular se hidrogenan generalmente con menos rapidez que los de peso molecular inferior, con instauración equivalente.
10. Efecto de la Posición del enlace doble
La dificultad de hidrogenación de una cadena de ácido graso aumenta a medida que disminuye la distancia del enlace doble al grupo carboxilo.
11. Venenos de Catalizadores
Puesto que la actividad de un catalizador depende de la presencia de unos relativamente pocos átomos con un grado de actividad inusitadamente elevado, es de esperar que estos átomos muestren también una marcada avidez por muchas sustancias distintas del hidrógenos y de los glicéridos, si estas sustancias están presentes como impurezas en el sistema reaccionante Además si las impurezas son de tal naturaleza que no se desbordan del catalizador, sino que son retenidas por los átomos activos llegará el momento en que se concentrarán sobre la superficie del catalizador, saturando los átomos activos y volviendo aquel inactivo.
Tales substancias se denominan “venenos” del catalizador y pueden originar dificultades aún en forma de trazas en los productos reaccionantes, puesto que la cantidad de catalizador es pequeña frente a estos y a su vez la parte activa del catalizador pequeña comparándola con la totalidad. Entre los venenos mas intensos de los catalizadores de níquel se encuentran los compuestos gaseosos del azufre: sulfuro de hidrógeno, sulfuro de carbono, dióxido de azufre, oxisulfuro de carbono, etc. Estos compuestos se aborven rápidamente por los catalizadores de niquel y los envenenan de forma irreversible
11. Venenos de Catalizadores
12. Acción de los promotores
Se llama promotor al metal u otra sustancia que tiene la propiedad de incrementar la actividad de un catalizador sin serlo, por si mismo para la reacción en cuestión
El papel de los promotores en la preparación de catalizadores de hidrogenación de grasa es menos importante, puesto que sin su ayuda se pueden preparar catalizadores de níquel de actividad satisfactoria.
13.Hidrogenación en la práctica
En el diseño del reactor de hidrogenación, el objeto principal es obtener una buena mezcla de hidrógeno con el aceite, es de menor importancia la mezcla del aceite con el catalizador. Por tanto un hidrogenador eficiente es un dispositivo de absorción eficaz y de fácil control .
Las plantas de hidrogenación de funcionamiento industrial se pueden dividir entre las que emplean el sistema de “recirculación” , en las que la agitación y la dispersión del hidrógeno dentro del aceite se consiguen por la recirculación de un gran volumen de gas a través del reactor, y las más modernas, con sistema de “acabado” (dead-end), en la que se suministra al reactor solo el hidrógeno que va absorbiendo , ayudando a la dispersión la intervención de agitadores mecánicos
Las ventajas de la hidrogenación por acabado , con evacuación del convertidor, frente a la hidrogenación por recirculación son las siguientes:
Evitación de la oxidación e hidrólisis del aceite por desaireamiento y deshidratación de la carga. Control mas exacto de la reacción y por tanto mayor uniformidad en los productos
Mayor amplitud en la selectividad y menor dependencia de la temperatura como factor determinante de la selectividad
Equipo mas sencillo, menos costoso y de mas fácil conservación.
14. Características de los aceites hidrogenados
La característica de los aceites afectadas por la hidrogenación es el índice de yodo, el cual disminuye directamente con la cantidad de hitrógeno absorbido. Reducción los pigmentos(carotenoides) y de otros compuestos hidrocarburos no saturados
15. Características de los aceites hidrogenados
En algunos casos se destruye la actividad de la vitamina A de los aceites.
El contenido de los aceites secantes en ácidos grasos libres en la mayoría del os casos no resulta apreciablemente afectado por la hidrogenación.
16. Hidrogenación de aceites endurecidos o Estearinas
Se fabrican para preparar grasas plastificantes del tipo mezcla, con objeto de dar cuerpo a estas grasas completamente hidrogenadas o para endurecer mantecas blandas.También puede servir para la producción de ácido esteárico o para usos diversos. Los términos “estearina vegetal” y “estearina animal” se aplican grasas y aceites vegetales y animales que se han hidrogenado hasta consistencia quebradiza y un índice de yodo corrientemente menor de 20 y en la mayor parte de los casos entre 5 y 10.
17. Hidrogenación para obtención de grasas plastificantes
En el comercio de las grasas plastificantes, las grasas llamadas de total hidrogenación constituyen una clase especial de alta calidad que se manufacturan teniendo en cuenta normas estrictas de color, contenido de ácidos grasos libres, sabor olor, estabilidad y consistencia. Tales grasa se hidrogenan de modo que se obtenga el índice de yodo mas bajo y la mayor estabilidad de acuerdo con la consistencia apropiada.
17. Hidrogenación para obtención de grasas plastificantes
Las grasas plastificantes del tipo “biscuit” o “cracker” se preparan de la misma manera que las de hidrogenación total , salvo que la hidrogenación se lleva a cabo mas selectivamente. Estas grasa carecen de los suficientes ácidos saturados para tener buen cuerpo a altas temperaturas, sin embargo el bajo contenido en ácido linólico hacen que posean mucha estabilidad.
18.Hidrogenación de Aceites para Margarinas
La hidrogenación de los aceites para margarinas, lo mismo la de grasa de total hidrogenación, es un proceso muy crítico aunque sean algo diferentes las características de los productos terminados.Los aceites para margarina deben ser sólidos a temperaturas inferiores igualando su consistencia a la de la mantequilla,pero al mismo tiempo deben ser plásticas a la temperatura ordinaria y deben poder fundirse con el calor del cuerpo humano , evitando la sensación pastosa en la boca.
Aceites para margarinas preparados por hidrogenación de aceite de algodón
Datos de Operación y Análisis
Condiciones de Hidrogenación:
Temperatura °C
Presión, kg/cm2
Catalizador, %níquel
Tiempo de hidrogenación , min
Índice de yodo
135
0.35
0.08
230
67.0
Composición de los ácidos grasos:
Saturados, %
Isooleico, %
Oleico, %
Linólico, %
26.5
20.8
48.2
4.5
Micropenetraciones, mm/10, a:
7.2°C
21.1°C
26.7°C
32.2°C
36.7°C
15
65
140
295
Fundido
Punto de congelación, °C
26.2
19. Razones del Uso de Grasas Hidrogenadas
CostoLos aceites hidrogenados son más baratos que la manteca o el aceite de coco, los dos sustitutos más cercanos. La grasa porcina o vacuna son competitivas en materia de costos pero tienen problemas en relación con el sabor o con la aceptación pública.
20. Razones del Uso de Grasas Hidrogenadas
Factores de mercadoLos aceites vegetales líquidos no pueden reemplazar a la hidrogenación en todos sus usos, especialmente en productos de panadería. Si la hidrogenación se volviera repentinamente inaceptable, el precio de la manteca y otros sustitutos aumentaría.
20. Razones del Uso de Grasas Hidrogenadas
Duración en la estantería
Los productos totalmente hidrogenados no van a ponerse rancios en largo tiempo. Este es un hecho preponderante para productores grandes o multinacionales que despachan productos a través de océanos o continentes. También para mayoristas y minoristas que almacenan y venden estos productos. Este provoca que sean agregados a productos que en realidad no los requieren, tales como los helados o la manteca de maní.
21. Conclusiones
La gama de usos de los alimentos requiere gran variedad de grasas y aceites cuyas características se ajustan para satisfacer determinadas necesidades. La industria puede diseñar prácticamente cualquier grasa o aceite para una aplicación específica empleando varios procesos de modificación, como la hidrogenación.
21. Conclusiones
La hidrogenación produce grasas y aceites con poco sabor, color limpio, buena calidad de conservación y estabilidad para freír. También puede eliminar carotenoides con valor nutritivo para producir aceites con poco colorLos productos de los aceites deben almacenarse convenientemente, transportarse y empaquetarse para mantener la calidad, y los consumidores deben asumir la responsabilidad de no abusar de los aceites y grasas.