Efectos del uso de solventes no convencionales en la extracción de aceites vegetales

Abstract

La industria de extracción de aceites vegetales enfrenta presiones regulatorias debido al impacto ambiental negativo por el uso de hexanos como solvente. Además, recientemente se ha señalado la necesidad de reevaluar su toxicidad. En este contexto, y considerando la relevancia del aceite de soja tanto a nivel nacional como internacional (así como el valor nutricional de la harina resultante) se vuelve prioritario investigar y desarrollar alternativas tecnológicas más sostenibles. En esta tesis se estudia la extracción por solvente de aceite de soja, comparando el desempeño de solventes alcohólicos renovables frente al de hexanos. El estudio contempla principalmente la evaluación del proceso extractivo teniendo en cuenta cinéticas y rendimientos y la caracterización de los productos obtenidos. Se presenta una introducción general al tema de estudio, describiendo el cultivo de soja y su importancia en la industria agroindustrial nacional. Además, se incluye una revisión bibliográfica sobre la extracción de aceite con el solvente convencional y solventes alcohólicos alternativos. Se evaluó la efectividad de distintos solventes (n-hexano, hexanos, etanol anhidro, isopropanol anhidro y la mezcla equivolumétrica de estos últimos dos), en la extracción de aceite a partir de collets de soja, determinando la capacidad extractiva máxima de cada uno (con renovación de solvente y ebullición de la miscela). También, se evaluó la influencia de la concentración de aceite en mezclas de aceite crudo-solvente sobre la temperatura de miscibilidad y la efectividad de la separación por enfriamiento, determinando los coeficientes de distribución del aceite en el equilibrio entre las fases formadas y la recuperación de aceite. En función de las conclusiones arribadas, se evaluó la cinética de extracción de material lipídico a partir de collets de soja, utilizando etanol anhidro y hexanos en un sistema batch a 60 ºC, y se determinaron los coeficientes de difusividad efectivos. Asimismo, se determinó la calidad del material lipídico extraído, en términos de concentración de fosfolípidos y tocoferoles. En el caso de las extracciones etanólicas, el material extraído se separó en las fracciones soluble e insoluble en una fase rica en hexano, siendo la primera la utilizada para realizar el modelado matemático. Adicionalmente, la fracción insoluble se caracterizó por su contenido de fosfolípidos, carbohidratos y proteínas. El enfriamiento de las miscelas alcohólicas provoca la separación de las mismas en dos fases, una rica en alcohol y otra rica en aceite. Por otra parte, durante el proceso de obtención de aceite de soja utilizando alcoholes, se extraen otros compuestos en forma conjunta a los triglicéridos, como carbohidratos y fosfolípidos, que se deben eliminar en etapas posteriores para generar un aceite de calidad comercial. Por lo cual, se evaluó la distribución del material que conforma las miscelas etanólicas, producto de la extracción de aceite desde collets de soja, al someterlas a enfriamiento. Finalmente, se presentan las conclusiones generales derivadas del estudio desarrollado en la presente tesis y las propuestas de trabajo a futuro.

The vegetable oil extraction industry is facing increasing regulatory pressure due to the negative environmental impact associated with the use of hexanes as a solvent. Moreover, the need to reassess its toxicity has recently been highlighted. In this context, and considering the importance of soybean oil both nationally and internationally (as well as the nutritional value of the resulting meal), it becomes a priority to investigate and develop more sustainable technological alternatives. This thesis studies the solvent extraction of soybean oil, comparing the performance of renewable alcohol-based solvents to that of hexanes. The study primarily focuses on evaluating the extraction process in terms of kinetics and yields, as well as characterizing the products obtained. A general introduction to the subject is provided, including a description of soybean cultivation and its significance to the national agro-industrial sector. Additionally, a literature review is presented on oil extraction using conventional solvents and alternative alcoholic solvents. The effectiveness of different solvents (n-hexane, hexanes, anhydrous ethanol, anhydrous isopropanol, and their equivolumetric mixture) was assessed for the extraction of oil from soybean collets, determining the maximum extraction capacity of each (under solvent renewal and miscella boiling conditions). The influence of oil concentration in crude oil–solvent mixtures on miscibility temperature and separation efficiency via cooling was also studied, determining oil distribution coefficients at phase equilibrium and oil recovery rates. Based on the conclusions obtained, the kinetics of lipid extraction from soybean collets were evaluated using anhydrous ethanol and hexanes in a batch system at 60 °C, and effective diffusion coefficients were determined. The quality of the extracted lipid material was also analyzed in terms of phospholipid and tocopherol content. In the case of ethanolic extractions, the extract was separated into soluble and insoluble fractions in a hexane-rich phase, with the former being used for mathematical modeling. The insoluble fraction was further characterized for its phospholipid, carbohydrate, and protein content. Cooling of the alcoholic miscellas leads to their separation into two phases: one alcohol-rich and the other oil-rich. Additionally, during the extraction of soybean oil using alcohols, other compounds such as carbohydrates and phospholipids are co-extracted alongside triglycerides. These must be removed in subsequent steps to obtain a commercially acceptable oil. Therefore, the distribution of the material within the ethanolic miscellas obtained from soybean collets was evaluated upon cooling. Finally, the main conclusions derived from the work carried out in this thesis are presented, along with proposed future research directions.