Química Aplicada. QAP0001 Licenciatura em Química Prof a. Dr a. Carla Dalmolin

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1 Química Aplicada QAP0001 Licenciatura em Química Prof a. Dr a. Carla Dalmolin Óleos e Gorduras

2 Óleos Vegetais e Derivados Substâncias insolúveis em água formadas por ésteres de ácidos graxos derivados da glicerina Triglicerídeos Forma sólida: gorduras Forma líquida: óleos: obtidos por prensagem, extração por solvente e posteiror purificação azeites: não utilizam processos de extração por solvente

3 Triglicerídeos ou Triacilgliceróis Produtos resultantes da esterificação entre o glicerol e ácidos graxos Os óleos vegetais normalmente possuem 1 a 4 insaturações (líquidos a temperatura ambiente) gorduras insaturadas Gorduras animais (banha, manteiga) contem mais ligações saturadas (maior ponto de fusão, aparência de sólido) Pertencem à família dos lipídeos

4 glicerol Características dos Triglicerídeos Compostos essencialmente apolares, pois as regiões polares de seus precursores desapareceram na formação das ligações do tipo éster. Moléculas hidrofóbicas. São insolúveis em água e solúveis em solventes orgânicos, como o álcool, benzina, éter e clorofórmio. Podem ser hidrolisados, liberando com isso ácidos graxos e glicerol. Quando esta hidrólise é feita em meio alcalino, formam-se sais de ácidos graxos, os sabões: saponificação. Ácido palmítico Ácido oleico Ácido alfa-linolênico

5 Características dos Triglicerídeos Fornecem sabor e suavidade na cocção de alimentos Amaciam e amolecem os alimentos, permeando e enfraquecendo sua estrutura Veículo de cocção Permitem o aquecimento a temperaturas maiores que a ebulição da água Formam membranas, demarcando células aquosas Formadas nos organimos vivos como forma compacta e concentrada de energia química Abrigam o dobro de calorias presentes na mesma quantidade em massa de açúcar ou amido

6 Características dos Triglicerídeos Não apresentam ponto de fusão definido Ponto de ebulição entre o C Devido ao tamanho das moléculas As interações individualmente fracas das longas cadeias de carbono tem um efeito cumulativo forte: é preciso muita energia térmica para afastas as moléculas Ponto de fumaça: temperatura típica em que uma gordura começa a produzir gases visíveis Limita a temperatura em que a gordura pode ser usada para cocção Depende do teor inicial de ácidos graxos livres Óleos vegetais refinados e frescos: T fumaça ~ 230 o C Gorduras animais: T fumaça ~ 190 o C Depende também da presença de outras substâncias, como emulsificantes, conservantes, proteínas, carboidratos, etc.

7 Ácidos Graxos Ácidos carboxílicos, de cadeia longa, livres ou esterificados. Saturados ou insaturados Gorduras animais: cerca de 50% de insaturações e são sólidas a temperatura ambiente Gorduras vegetais: cerca de 85% de insaturações e apresentam-se na forma de óleos líquidos na temperatura ambiente Apresentam isomeria cis/trans

8 Ácidos Graxos Gordura / Óleo Saturados Monoinsaturados Poli-insaturados Manteiga Óleo de coco Azeite de dendê Manteiga de cacau Gordura Vegetal Hidrogenada Margarina Óleo de soja Azeite de oliva Óleo de girassol Óleo de canola Gordura bovina Gordura suína Gordura de frango

9 Ácidos Essenciais Ácidos graxos essenciais para o organismo humano Produzidos a partir dos açúcares pelo próprio organismo (presentes em gorduras animais) palmítico, esteárico, oleico Não são produzidos pelo organismo e devem ser consumidos através de outras fontes (óleos vegetais, sementes e peixes). Podem ser adicionados à alguns produtos alimentícios ácido linoleico (ômega-6) ácido linolênico (ômega-3)

10 Componentes Não Glicerídeos Óleos e gorduras apresentam cerca de 2% a 5% de componentes não glicerídeos Após o refino, a maior parte destes componentes é removida Afetam características do óleo (odor, sabor acentuado, cor, etc.) Podem ser fosfolipídios, esteróis, hidrocarbonetos insolúveis, carotenóides, lactonas, etc. Exemplo de fosfolipídio: lecitina

11 Emulsificantes Mono e diglicerídeos extraídos dos óleos vegetais podem atuar como emulsificantes: propiciam a formação de misturas delicadas e cremosas de gordura e água Ex.: maionese As moléculas apresentam uma cabeça hidrossolúvel e uma cauda lipossolúvel Ex.: Lecitina, presente no ovo ou extraída no refino do óleo de soja

12 Lecitina de Soja

13 Extração do Óleo de Soja O Brasil é o segundo maior produtor mundial de óleo de soja Processamento industrial similar para qualquer óleo vegetal

14 Limpeza Limpeza e Armazenamento dos Grãos Remoção de impurezas provenientes da lavoura Remoção de grãos imaturos Armazenamento Controle da umidade crítica: 15% para soja Baixa umidade: grãos secos com baixo rendimento Alta umidade: proliferação de fungos, aumento da atividade biológica Controle da temperatura Descascamento A casca das sementes oleaginosas contém menos de 1% de óleo Remoção utilizando batedores ou facas girtórias

15 Laminagem Laminagem e Cozimento dos Grãos Fragmentação dos grãos para facilitar o processo de extração Rolos cilíndricos com lâminas finas que promovem o rompimento das células e o aumento da área superficial para contato do solvente Cozimento Aumenta a fluidez do óleo e facilita o processo de extração por prensagem Temperatura entre o C Inativação de enzimas naturais Destruição de microorganismos Insolubilização de fosfatídeos (emulsificantes naturais), facilitando o refino

16 Extração Mecânica Prensagem dos grãos para retirada do óleo Vantajoso apenas em sementes com alto teor de óleo, pois cerca de 2,5 a 5% do óleo fica retido na polpa Prensa tipo Expeller Extrusão das sementes laminadas Também utilizada como extrator primário, antes da extração por solvente

17 Extração com Solventes A massa extrudada passa por diversos estágios onde há contato com o solvente e o substrato que contem o óleo Solventes apolares: hexano Extração em contracorrente

18 Refino do Óleo Bruto Refino: Tratamento de purificação destinado a remover ácidos graxos livres, fosfatídeos e demais impurezas grosseiras Clarificação: Redução da cor Desodorização: Remoção de traços de constituintes que ocasionam odor Degomagem Neutralização Clarificação Desodorização

19 Degomagem Retirada de impurezas solúveis no óleo anidro fosfatídeos (leticina), proteínas, etc Causam degradação do óleo, proliferação de fungos e bactérias Realizada para evitar a precipitação destas substâncias durante a estocagem Processo de hidratação para promover a precipitação das espécies indesejadas Instalação de tanques com sistemas de agitação e aquecimento Separação por centrifugação Aproveitamento dos subprodutos Lecitina de soja (emulsificante industrial)

20 Degomagem com Água

21 Neutralização Eliminação dos ácidos graxos livres Tratamento com soda cáustica (NaOH): saponificação R C O OH Ácido oleico + NaOH R C O O Na + Sabão + H 2 O Adiciona-se NaOH em excesso (0,2 a 0,5% de excesso em relação à acidez total (expressa como ácido oleico) O óleo neutralizado é submetido à lavagem com 10 20% de água aquecida e separado por centrifugação O sabão gerado é utilizado na fabricação de sabões comerciais ou na produção de ácidos graxos após tratamento com ácido sulfúrico

22 Clarificação e Desodorização Exigência do consumidor Clarificação: tratamento com mistura de carvão ativado e terras ativadas (silicatos de alumínio) Desodorização: arraste de vapor (retirada de compostos menos voláteis que os triglicerídeos) em atmosfera reduzida (2-8 mmhg) Destilação dos compostos odoríferos em temperaturas abaixo da degradação do óleo Remoção de aldeídos, cetonas, álcoois e demais compostos formados pela decomposição térmica.

23 Hidrogenação Processo que consiste em hidrogenar as ligações duplas presentes na cadeia carbônica dos triglicerídeos Aumento da viscosidade Aumento do ponto de fusão (solidificação da gordura) Produção de sabão, gorduras comestíveis e industriais, aumento da resistência à oxidação Processo catalítico, com catalisador de Ni Ni ou ligas de Ni com Al, Cu, Zr, finamente dividido suportado em materiais porosos e inertes: terras diatomáceas A hidrogenação pode ser total ou parcial Ocorre antes do processo de desodorização

24 Fluxograma Completo

25 Farelo e Farinha de Soja Subproduto da extração do óleo de soja Empregado na ração animal Tratamento térmico (tostagem) 50 51% de proteínas Farinha de soja Granulação característica Integral: se obtida a partir dos grãos inteiros (sem a extração do óleo) Desengordurada: processamento após a obtenção do farelo Enriquecimento proteico de alimentos Proteína texturizada de soja (PTS)

26 Carne de soja Proteína Texturizada de Soja (PTS) Produto desidratado, maior teor proteico que a carne, fácil estocagem e conservação. Custo inferior ao da carne. Utilização na indústria alimentícia Salsichas, linguiças, mortadelas, almôndegas, patês, hambúrgueres, molhos, massas, pães, etc. Farinha de soja desengordurada 20 30% de água Hidratação Aditivos: sal, condimentos, corantes Extrusão Desnaturação e expansão das proteínas Evaporação da água

27 Biodiesel Combustível renovável e biodegradável, obtido comumente a partir de óleos ou gorduras O nome biodiesel muitas vezes é confundido com a mistura diesel + biodiesel A designação correta para a mistura deve ser precedida pela letra B (do inglês Blend). Neste caso, a mistura de 2% de biodiesel ao diesel de petróleo é chamada de B2 e assim sucessivamente, até o biodiesel puro, denominado B100. Transesterificação Óleo ou Gordura Craqueamento

28 Produção de Biodiesel Matérias Primas Óleos ou Gorduras Álcool de cadeia curta Catalisador Metanol Soja Etanol Mamona Canola Palma Amendoim Óleo de cozinha reaproveitado Meio alcalino KOH Sebos Bovino Suíno Aves

29 Transesterificação Álcool é adicionado em excesso devido à reversibilidade das reações A glicerina é produzida como sub-produto e possui alto valor agregado

30 Craqueamento Quebra das moléculas dos próprios óleos brutos por aquecimento a altas temperaturas (superiores a 450 C) na ausência de ar ou oxigênio Forma-se uma mistura de compostos com propriedades semelhantes às do diesel de petróleo, e por isso, sendo chamado bio-óleo, um combustível que possa ser utilizado em qualquer motor diesel. O óleo é colocados em um craqueador de aço inoxidável e submetidos a alta temperatura, na presença ou não de catalisadores. Ocorre rompimento das moléculas de ácidos graxos e a liberação da glicerina Alto custo para plantas de grande dimensão Irregularidade da produção Dificuldade de se obter regularidade de composição das matérisa primas, Após o craqueamento, a mistura de hidrocarbonetos e alguns subprodutos e resíduos é então separada por processo de destilação à pressão atmosférica.

31 Utilização do Biodiesel O biodiesel derivado de óleos vegetais apresenta algumas propriedades, como a viscosidade, fora dos padrões estabelecidos pelas agências reguladoras de combustíveis A viscosidade do biodiesel derivado por transesterificação varia de acordo com o tipo de óleo utilizado. O biodiesel só pode ser usado em motores de ciclo diesel quando adicionado ao diesel de petróleo até um limite de 20% em volume, a chamada mistura B20. Diferentemente do craqueamento de frações de petróleo, o craqueamento de ácidos graxos leva à formação de moléculas de hidrocarbonetos de diferentes tamanhos e de gás carbônico (CO 2 ) e água (H 2 O), devido a presença do grupo carboxila nos ácidos graxos. Em algumas situações esse processo também é auxiliado por catalisadores para a quebra das ligações químicas, de modo a gerar moléculas ainda menores.

32 Links de Interesse Embrapa Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária ABIOVE Associação Brasileira das Indústrias de Óleos Vegetais GranjaTec: fabricação de máquinas para a indústria de processamento de oleoginosas Programa Nacional de Produção e Uso de Biodiesel Ministério de Minas e Energia BiodieselBr