Extração de óleos

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Universidade Estadual de Campinas
Faculdade de Engenharia de Alimentos
TA 221 – Características e Pré-Processamento de Grãos
Profa. Dra. Ana Paula Badan Ribeiro
Aula
- I. PRÉ-TRATAMENTO DE GRÃOS OLEAGINOSOS
- II. PREPARO DE MATÉRIAS-PRIMAS PARA EXTRAÇÃO
- III. PROCESSO DE EXTRAÇÃO
Recepção
Amostragem / 
Análises
Limpeza Secagem Estocagem
Redução de
tamanho
Decorticação Condicionamento Laminação Extrusão
Extração por
solvente
Drenagem
Dessolventizador / 
Tostador
Destilação
Degomagem / 
Refino
Sólidos
Torta
Solvente
residual
ÓleoMiscela
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» Pré-tratamento
˃ Grãos oleaginosos requerem limpeza e preparação prévia à extração
˃ Material estranho reduz a produção de óleo e proteína, afeta qualidade das
frações obtidas e causa danos aos equipamentos
˃ Emprego conjunto de diferentes operações
˃ Instalações industriais variam em capacidade e configuração dos
equipamentos
+ Capacidade de processamento
+ Especificidades de cada fonte oleaginosa
Recepção
Amostragem / Análises
Limpeza
Secagem
Estocagem
Recepção e Estocagem
Preparação
» Recepção
Determinações
- Percentual de material estranho
- Umidade
- Teor de óleo
» Recepção
Pesagem a granel – Pagamento segundo análises físico-químicas prévias 
» Limpeza
˃ Objetivo: retirada de material estranho
˃ Exemplo: pedra, galhos, folhas, metais, solo acumulado, contaminação com
outros grãos, sujidades em geral
˃ Limpeza pode ser realizada novamente antes do processamento
˃ Equipamentos de limpeza podem variar segundo o tipo de grão
˃ Em geral, são utilizados em conjunto:
+ Separadores magnéticos
+ Mesas gravitacionais ou peneiras
+ Aspiradores
» Limpeza: separadores magnéticos
» Limpeza: separadores magnéticos
» Limpeza: mesa gravitacional
» Limpeza: mesa gravitacional
» Limpeza: mesa gravitacional
» Limpeza: aspiradores
» Secagem
˃ Ajuste de umidade para armazenamento e processamento
˃ Reduz degradação durante estocagem e aumenta efetividade dos processos
˃ Altos níveis de umidade:
+ Redução do teor de óleo e proteína
+ Aumento de perdas no refino
˃ Umidade inicial ~ 15-20% ; Umidade final ~ 10 - 13%
˃ Equipamentos: secadores de coluna vertical
˃ Temperatura do ar de secagem: máxima de 60-63°C
+ Evitar danos às sementes
+ Escurecimento e desnaturação da fração proteica
» Secagem
Ar quente (fornalha)
Ar reciclado
Ar de resfriamento
Ar saturado
» Secagem
» Estocagem
˃ Obtenção de alto rendimento e qualidade do óleo e fração desengordurada
˃ Alta temperatura de estocagem: alta taxa respiratória das sementes e rápida
deterioração
˃ Umidade crítica para soja: 13%
˃ Armazenamento em condições inadequadas:
+ Aquecimento dos grãos
+ Aumento de teor de ácidos graxos livres
+ Aceleração dos processos oxidativos
» Estocagem
» Estocagem
» Preparo de matérias-primas para extração
˃ Área de conhecimento específica na Tecnologia de Óleos e Gorduras
˃ Tratamento das matérias-primas para a obtenção do maior rendimento e
qualidade do óleo e farelo (farinha)
˃ Máxima extrabilidade do óleo da semente
˃ Velocidade máxima de extração
˃ Velocidade máxima de drenagem
˃ Retenção mínima de solvente residual
˃ Contato máximo entre material a ser extraído e o solvente
» Preparo de matérias-primas para extração
Fração lipídica em grãos e sementes: compartimentalização em “células” ou 
“bolsões” de pequenas dimensões, associadas à estruturas fibrosas e regiões 
ricas em proteínas: complexidade do processo de pré-tratamento e extração
http://www.rothamsted.ac.uk/bioimaging/images
Redução de tamanho (quebra)
Decorticação (retirada de cascas)
Condicionamento (cozimento)
Laminação
Extrusão (expander)
Preparação
Para Extração
Do armazenamento
» Redução de tamanho (quebra)
˃ Necessária à maioria das fontes oleaginosas
˃ Exceções: canola, chia, gérmen de milho (pequenas dimensões)
˃ Maior rendimento de extração
˃ Ruptura dos tecidos: rompimento dos compartimentos contendo o óleo
˃ Partículas menores facilitam a liberação de óleo: maior difusão
˃ Equipamentos: moinhos de quebra ou quebradores
» Redução de tamanho (quebra)
Moinho Quebrador
Propicia a quebra de sementes oleaginosas em até 8 partes.
Capacidades de 100 a 1200 t/24h, com dois ou quatro rolos.
http://www.tecnal.ind.br/tecnal/
» Decorticação (retirada de cascas)
˃ Casca: teor de óleo inferior a 1%
˃ Presença de casca reduz capacidade e rendimento de extração: volume e
absorção de óleo liberado
˃ Durante a quebra, ocorre o desprendimento das cascas, que são separadas
por aspiração
+ Cascas são fontes de fibras
+ Aproveitamento em ração animal
» Decorticação (retirada de cascas)
» Condicionamento (cozimento)
˃ Tratamento térmico
˃ Facilita rompimento das células
˃ Diminui afinidade do óleo pelas partículas sólidas da semente
˃ Coagulação de proteínas: maior separação de óleo
˃ Diminuição da viscosidade e aumento da permeabilidade do óleo
˃ Coalescência das gotas de óleo
˃ Plasticidade da massa para processo posterior de laminação
˃ Destruição de microrganismos
˃ Redução de finos
» Condicionamento (cozimento)
˃ Inativação de enzimas:
+ Lipase
+ Fosfolipase
+ Lipoxigenase
˃ Destruição de fatores anti-nutricionais:
+ Lectinas
+ Inibidor de tripsina
+ Hemaglutininas
+ Saponinas
+ Fatores anticoagulantes
˃ Em algodão:
+ Cozimento destrói o gossipol, composto polifenólico tóxico
» Condicionamento (cozimento)
˃ Processo: cozimento + secagem
˃ Equipamentos: cozedores estáticos horizontais ou verticais
˃ Vapor direto e indireto; Temperatura: 70 – 80°C
˃ Tempo de residência: 20 a 30 minutos
˃ Umidade final: ~ 10% (soja); ~ 5% (algodão)
» Condicionamento (cozimento)
» Laminação
˃ Promove a distorção da estrutura celular do material oleaginoso, e reduz a
distância necessária para contato do solvente na extração
˃ Formação de estruturas uniformes de espessura entre 0,3 a 0,4 mm
˃ Etapa essencial para eficácia do processo de extração
˃ Rolos compressores
» Laminação
» Laminação
˃ Promove a distorção da estrutura celular do material oleaginoso, e reduz a
distância necessária para contato do solvente na extração
˃ Formação de estruturas uniformes de espessura entre 0,3 a 0,4 mm
˃ Etapa essencial para eficácia do processo de extração
˃ Rolos compressores
» Extrusão
˃ Processo desenvolvido no Brasil
˃ Equipamento: Expander
1 - Comprime material com teor adequado de umidade a temperaturas entre 90 e
110°C , sob pressão de 80 a 100 kg/cm2; 10 a 30 segundos
2 - Permite descompressão por meio de bocais de extrusão
Princípios:
+ Introdução forçada de água nos bolsões de óleo e capilares
+ Descompressão causa vaporização explosiva da água: rompimento dos bolsões e
liberação de óleo
+ Formação de estruturas porosas com alta permeabilidade e resistência mecânica,
compatíveis com a extração por solvente
+ Aumento no rendimento de extração
+ Facilidade de drenagem pós-extração
» Extrusão
» Extrusão
» Extrusão
˃ Para oleaginosas contendo alto conteúdo de óleo (superior a 30%), o processo de
extrusão requer pré-prensagem para retirada de parte de fração lipídica
˃ Liberação de grande conteúdo de óleo promove a formação de uma massa densa,
que não pode ser extrudada
˃ Girassol, canola, amendoim
˃ Pré-prensagem para alcançar teor de óleo inferior a 20%, e permitir extrusão
subsequente
» Resfriamento
˃ Resfriamento da massaexpandida proveniente da extrusão
˃ Temperatura: 60°C
˃ Evita condensação de umidade na massa
˃ Temperatura adequada para contato com o solvente
» Extração
˃ Objetivos comuns do processo de extração:
+ Obtenção de óleo de alta qualidade
+ Alta produtividade
+ Produzir torta ou farelo de alto valor nutritivo e econômico
˃ Escolha do tipo de processo de extração:
+ Teor de óleo na matéria-prima
+ Conteúdo de óleo que pode permanecer na torta
+ Tipo de matéria-prima
+ Fatores ambientais
+ Fatores econômicos
+ Uso do óleo extraído
» Classificação de fontes oleaginosas - teor lipídico 
 >50%, alto teor 
 Entre 30-50%, teor médio
 Abaixo de 20%, teor muito baixo
» Extração
Matéria-prima Teor lipídico (%)
Babaçu 60-65
Cacau 50-55
Coco 65-68
Milho 30 -35
Algodão 18-20
Oliva 25-30
Palma 45-50
Palmiste 45-50
Amendoim 45-50
Canola 45-50
Açafrão 30-35
Gergelim 50-55
Soja 18-20
Girassol 35-45
» Sistemas de extração
˃ Prensa hidráulica
˃ Prensa contínua – Expeller
˃ Extração por solvente
˃ Processo misto: prensa contínua + extração por solvente
» Prensa hidráulica
˃ Técnica mais antiga – operação industrial a partir de 1890
˃ Economicamente inviável para culturas de grande volume
˃ Processo em batelada
˃ Retenção de óleo na torta depende de pressão, temperatura de extração e
viscosidade do óleo; em geral: 6 a 10%
˃ Pequenos volumes
˃ Produtos nobres e de alto valor agregado
˃ Útil para oleaginosas sem cascas ou fibras
˃ Aplicações principais:
+ Manteiga de cacau
+ Azeite de oliva
» Prensa hidráulica
» Prensa hidráulica
» Prensa contínua - Expeller
˃ Processo contínuo
˃ Equipamento expeller
˃ Processo adequado para matérias-primas com alto teor de óleo
˃ Linhaça, amendoim, girassol, palma, palmiste
˃ Prensas contínuas (rosca sem fim), com capacidades variáveis
˃ Full-press: pressão para remoção do maior teor possível de óleo. Retenção de
óleo na torta: 3 a 4%.
˃ Pre-press: pressão para pré-processamento (anterior à extrusão). Retenção
de óleo na torta: 8 a 10%;
» Prensa contínua - Expeller
Requisitos e controle de matérias-primas
˃ Teor de fibra
˃ Umidade
˃ Amostras muito úmidas geram tortas com alto teor de água
˃ Amostras muito secas inviabilizam operacionalização correta da rosca sem fim
» Prensa contínua - Expeller
» Prensa contínua - Expeller
» Sistema combinado
˃ Prepress solvent extraction
˃ Remoção de uma porção do óleo por expeller
˃ Óleo remanescente é extraído com solvente
˃ Pré-tratamento para extração de matérias-primas oleaginosas com teor de
óleo superior a 30%
˃ Pre-press: anterior à extração por solvente. Retenção de óleo na torta: 8 a
10%
˃ Vantagem: menor área de planta para extração de solvente
» Extração por solvente
˃ Processo amplamente utilizado industrialmente
˃ Remoção de óleo diretamente a partir da matéria-prima preparada
˃ Processamento de sementes com baixo teor de óleo (soja)
˃ Teor de óleo residual no farelo: inferior a 0,5%
˃ Vantagens:
+ Óleo e farelo de alta qualidade
+ Alto rendimento de extração
˃ Desvantagens:
+ Custo instalação e manutenção da planta
+ Risco de explosão
+ Alto custo operacional
+ Grande volume de solvente utilizado
Extração por
solvente
Drenagem
Dessolventizador / 
Tostador
Destilação
Degomagem / 
refino
Sólidos
Torta desengordurada
Solvente
residual
Óleo
Miscela
Extração
Preparação Solvente
Solvente
residual
» Extração por solvente
˃ Solvente: hexano (ponto de ebulição: 69°C)
˃ Inflamabilidade
˃ Dissolve óleo com facilidade
˃ Imiscível com a água
˃ Não interage com outros componentes da matéria-prima
˃ Maior extração de lipídios minoritários em comparação com prensagem
mecânica
HEXANA = mistura de hidrocarbonetos 6 C saturados
n-hexano
» Extração por solvente
» Extração por solvente
˃ Fatores que afetam a velocidade de extração:
+ Preparação da semente
+ Espessura dos flocos /aglomerados
+ Umidade apropriada
+ Tempo de extração
+ Quantidade de solvente (1:1)
+ Temperatura do solvente
˃ Princípios de extração:
+ Dissolução + Difusão
+ Dissolução: arraste de óleo livre, alta velocidade de extração
+ Difusão: óleo contido em células intactas, baixa velocidade de extração
» Planta de extração por solvente
1 - Unidade de extração de óleo com solvente (hexano)
2 - Unidade de evaporação do solvente da miscela (óleo + solvente)
3 - Unidade de dessolventização do farelo
4 - Unidade de condensação de hexano
» Extração por solvente
Extratores:
Contínuos por percolação
Princípio:
- Reutilização solvente
- Contra corrente
Extrator mais utilizado é o de células rotativas - Rotocell
Miscela: mistura de óleo de soja e hexano
que sai do extrator com cerca de 20 a 30% 
em massa de óleo.
» Extração por solvente
» Extração por solvente
» Extração por solvente: parâmetros
˃ Tempo de contato
+ Tempo de percolação + tempo de drenagem
+ ~ 30 a 40 minutos percolação; 20 a 25 minutos de drenagem
˃ Dimensões das partículas
+ Menor dimensão, maior eficiência de extração, maior custo pré-preparação
˃ Temperatura de extração
+ Máxima de 60°C – aspectos de segurança
˃ Fluxo de solvente
+ Compatível com entrada de material expandido
˃ Número de estágios
+ Maior número de estágio, maior custo
+ Em geral: 5 a 9 estágios
˃ Retenção de solvente na torta
+ Tempo de drenagem
» Dessolventizador - Tostador
˃ Eliminação do solvente do farelo obtido após drenagem
˃ Tratamento térmico para inativação completa de fatores anti-nutricionais e
substâncias tóxicas
˃ Equipamento: dessolventizador - tostador (DT)
˃ Processo: injeção de vapor para evaporação do hexano + cocção úmida
˃ Farelo inicial contém entre 25 a 30% de solvente – entrada a 60°C
˃ Temperatura de processo: 120°C
˃ Secagem
˃ Umidade final do farelo ~ 12%
» Dessolventizador - Tostador
» Recuperação do solvente
A recuperação do hexano é efetuada em duas etapas paralelas:
- Separação do hexano da torta (dessolventização-tostagem)
- Separação do hexano do óleo de soja, denominada destilação da miscela
» Destilação e recuperação do solvente
» Leitura complementar
˃ Anderson, D. A Primer on Oils Processing Technology. In: Bailey’s Industrial Oil
and Fat Products. Ed. Fereidoon Shahidi. Wiley-Interscience, 2005.
˃ Kemper, T.G. Oil Extraction. In: Bailey’s Industrial Oil and Fat Products. Ed.
Fereidoon Shahidi. Wiley-Interscience, 2005.
˃ Riaz, M.N. Extrusion Processing of Oilseed Meals for Food and Feed Production.
In: Bailey’s Industrial Oil and Fat Products. Ed. Fereidoon Shahidi. Wiley-
Interscience, 2005.
˃ Williams, M.A. Recovery of Oils and Fats from Oilseeds and Fatty Materials. Ed.
Fereidoon Shahidi. Wiley-Interscience, 2005.