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LABORATORIO Nº 4 HIDROGENACIÓN DE GRASAS Y ACEITES INSATURADOS OBJETIVO  

Demostrar experimentalmente en laboratorio como se produce la hidrogenación de un aceite insaturado a temperatura de ebullición Reconocer química y organolépticamente las grasas y aceites y determinar su estabilidad.

FUNDAMENTO TEORICO Las grasas hidrogenadas son una forma en la que se pueden presentar las grasas. EI aspecto de un alimento graso depende del tipo de grasa que abunde en su composición, según sea saturada o insaturada. Por ejemplo la grasa, saturada es sólida a temperatura ambiente y esto explica que alimentos ricos en esta grasa como el tocino o la manteca tengan un aspecto más solido Los aceites vegetales como el de oliva o semillas, ricos en ácidos grasos insaturados, son líquidos a temperatura ambiente. No obstante, se puede modificar la composición de un alimento con el fin de cambiar su aspecto, su textura y sus posibilidades de empleo. Así, los aceites vegeta1es se pueden hacer más sólidos, introduciendo moléculas de hidrogeno en su composición, es decir hidrogenándolos y transformando sus ácidos grasos insaturados en saturados de hidrogeno. De este modo se obtienen las denominadas grasas hidrogenadas.

MATERIAL Y EQUIPO 

Balones de Vidrio



Equipo con manguera de desprendimiento

   

Tubos de Ensayo Cocina Muestras de gras, aceite, margarina. Etanol, Na(OH) Granallas de zinc, HCl

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Experimento I Armar el equipo. Verificar que por las juntas no escape hidrogeno. Preparar un balón con 200 ml de aceite. Destarar el balón. Calentar el aceite a T de ebullición, utilizando la cocina para el calentamiento Colocar las granallas de zinc en el fondo de la botella y agregar desde el balón de arriba 50ml de HCI 6 M. Disponer bien el tubo de desprendimiento. La reacción es instantánea, produciéndose de inmediato hidrogeno que burbujeara directamente al balón del aceite. Cuando se hayan consumido las granallas y ya no se genere más hidrogeno, retire el aceite hidrogenado y enfrié con un baño de agua helada. Verificar ¿Que aspecto ha tomado el aceite en relación a la muestra original? .Observar si la hidrogenación se ha producido con aumento o disminución de volumen. Experimento II Comprobar la solubilidad de las muestras de grasas y aceites en diferentes solventes inorgánicos y orgánicos. Verificar además estado físico y color. Disponer en la gradilla, tubos de ensayo, conteniendo un ml de etanol, agua, tetracloruro de carbono, tolueno, xileno. Anotar observaciones Experimento III Punta de Fusión Parámetro de calidad: 32 – 55 ºC Tomar aproximadamente 5 gr de manteca y margarina. Calentar y leer directamente la temperatura a la que se derrite la grasa. Determinación del Índice de Acidez Pesar 5 gr de cada muestra de aceite en un matraz. Aparte medir 50 ml de etanol. Agregar el alcohol al matraz y añadir dos gotas de fenolftaleína. Titular con solución de 0,1 N de Na(OH). Anotar el gasto hasta viraje de color. Calcular la acidez como grado de acidez expresado en % de ácido oleico o como índice de acidez expresado en mg de Na(OH) por gramo de aceite o grasa. Índice de Acidez = G.N. 56.1/W % de ácidos Grasos libres = G. N. 28.2/ W

Determinación de Otros Parámetros de Calidad En una sartén casera, vaciar 150 ml de aceite de cada una de las muestras por separado Pelar y picar una porción de papas a lo largo como para frituras. Freír las papas en el aceite.

RESULTADOS Hidrogenación Volumen inicial: 100 ml Volumen final: 60 ml Punta de Fusión Manteca: 52°C Margarina: 46°C Determinación del Índice de Acidez Aceite

Peso

ml NaOH

Índice de acidez

% Ácidos grasos

Vegetal

5gr

2.1

2.3562

1.1844

Margarina

5gr

0.4

0.4488

0.2256

Í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑖𝑑𝑒𝑧 =

(2.1𝑚𝑙)(0.1𝑁) × 56.1 = 2.3562 5 𝑔𝑟

Í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑖𝑑𝑒𝑧 =

(0.4𝑚𝑙)(0.1𝑁) × 56.1 = 0.4488 5 𝑔𝑟

% Á𝑐𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑜𝑠 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒𝑠 =

(2.1𝑚𝑙)(0.1𝑁) × 28.2 = 1.1844 5 𝑔𝑟

% Á𝑐𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑜𝑠 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒𝑠 =

(0.4𝑚𝑙)(0.1𝑁) × 28.2 = 0.2256 5 𝑔𝑟

Determinación de Otros Parámetros de Calidad Aceite

Punto de humo

Forma de espuma

Pardeamiento

Tiempo

Vegetal

23 min

Oliva

6 min

CUESTIONARIO 1. Hacer el balance de Materia para la hidrogenación del aceite.

Aceite de oliva virgen Densidad aceite de oliva refinado: 9,16 gr/ml 

Volumen inicial: 100 ml



Volumen final: 60 ml

Peso inicial:

9.16 𝑔𝑟 1 𝑚𝑙

× 100 𝑚𝑙 = 916 𝑔𝑟

Peso final: 916 gr Densidad final:

916 𝑔𝑟 60 𝑚𝑙

= 15.267 𝑔𝑟/𝑚𝑙

El aceite mientras más tiempo está sometido al proceso de hidrogenación empieza a ponerse más oscuro y más espeso esto significa que va aumentado su densidad

2. Investigue acerca de la hidrogenación de los ácidos grasos, oleico y linólenico a nivel industrial. ¿Qué parámetros de operación son los determinantes? En la hidrogenación industrial de aceites vegetales y de pescado ricos en ácidos grasos insaturados se cambian las características de solidificación y fusión de los aceites o grasas tratados para proteger los ácidos grasos insaturados de la oxidación (enranciamiento) y para aumentar la estabilidad térmica de esos aceites o grasas. Este proceso se utiliza, por ejemplo, en la fabricación demargarina. Cuando la hidrogenación es intensiva se obtienen productos con ácidos grasos saturados al 100%, sin isómeros cis o trans y con alto punto de fusión. Si la reacción de hidrogenación es incompleta o parcial, los dobles enlaces pueden cambiar de posición (isomerización posicional) o de configuración (isomerización geométrica, pasando de cis a trans) en las cadenas de los ácidos grasos:

Hidrogenación del ácido oleico En este caso se obtienen mezclas de ácidos grasos saturados, monoinsaturados y pequeñas cantidades de poliinsaturados con isomería cis ytrans. Cuando se parte de aceites vegetales, los ácidos grasos trans predominantes son monoinsaturados de 18 carbonos; si se parte de aceites marinos se forma una variedad más amplia de ácidos grasos trans debido al alto grado de insaturación inicial (hasta 6 dobles enlaces) y a las largas cadenas (20-22 carbonos). En algunos productos obtenidos por hidrogenación industrial, los ácidos grasos trans han llegado a representar más del 50%; para reducir su formación y la de otros productos no deseados, en la hidrogenación catalítica se han probado catalizadores distintos del original, níquel, tales como cobre y paladio, y procedimientos alternativos como la interesterificación u otros que no utilizan el hidrógeno molecular para la hidrogenación.

Como se puede apreciar, el ácido linoleico (C18:2) se oxida 10 veces más rápidamente que el ácido oleico (este ácido no tiene grupo CHZ entre dos enlaces dobles, que es un grupo muy reactivo). El ácido linolénico (C18: 3) se oxida 100 % más rápidamente que el ácido linoleico, y al ácido Araquidónico (C20: 4), 100 % más rápidamente que el ácido linolénico. Es por esta razón que lo que se pretende al hidrogenar es ir saturando los enlaces dobles por orden, o sea, primeramente los ácidos grasos más insaturados y luego los demás en orden decreciente de sus insaturaciones. No se llega a la saturación completa de los enlaces dobles, porque entonces se obtendría una estearina (punto de fusión 70°C aprox.), O sea, un producto sin insaturaciones de punto de fusión muy alto, entre 60 y 80°C, según la procedencia de la materia grasa de partida. Es por esta razón que las hidrogenaciones siempre se dicen parciales. Esta forma de saturación de los enlaces dobles de acuerdo a su insaturación decreciente, es lo que se conoce industrialmente como selectividad de la hidrogenación. Se supone un caso muy simple, el de un aceite cuyos ácidos grasos sean solamente cuatro (este sería el caso del aceite de soya), a saber: o o o o

Ácido linolénico con 3 enlaces dobles C18:3 Ácido linoleico con 2 enlaces dobles C18:2 Ácido oleico con 1 enlace doble C18:1 Ácido esteárico con 0 enlace doble C18

El esquema de la reacción de hidrogenación sobre estos compuestos es el siguiente:

El ácido linolénico, C18:3, tiene las posibilidades siguientes: o o o

Pasar, por adición de hidrógeno, a ácido 13noleico natural, C18:2 (9C, 12C) N = 6, o algunos de sus isómeros de posición y geométricos. Al adicionar 2 moles de hidrógeno, pasar directamente a oleico, C18:2 (9C), o a alguno de sus isómeros de posición y geométricos. Al adicionar 3 moles de hidrógeno, pasar directamente a ácido esteárico, C18

Por último, el ácido linolénico que no se hidrogena, puede dar isómeros de posición y geométricos, de este mismo ácido. Esto mismo puede darse para los ácidos linoleico y oleico, es decir, sin hidrogenarse pueden isomerizarse. Hidrogenar selectivamente es reducir la insaturación de los ácidos grasos en orden estrictamente decreciente, en cuanto al número de enlaces dobles; es decir, se reduce primeramente los de 3 a 2, luego los de 2 a 1 y finalmente los de 1 a 0 (en este caso se llegaría a la saturación total que es lo que no se hace; siempre se hidrogena parcialmente). Este es, generalmente, el caso que se pretende alcanzar en las modificaciones por hidrogenación, para mejorar la estabilidad de los aceites sin subir mucho el punto de fusión de la materia grasa, o sea, sin formar ácido estearico o por lo menos la menor cantidad posible. Si se ignoran los isómeros, que inevitablemente se producirán en mayor o menor cantidad, el esquema anterior se puede expresar más sencillamente así (ver figura anterior):

3. De que material es aconsejable construir los reactores de hidrogenación considerando su alta corrosividad Es el método más eficaz y cosiste en elegir los materiales adecuados para el uso que se hace de ellos.  En medios ácidos, ni oxidantes ni reductores utilizar aleaciones de Ni-Cr.  Para condiciones oxidantes emplear aleaciones de Cr.  Para muy oxidantes emplear aleaciones de titanio.

Recubrimientos protectores.  Metálicos: consiste en aplicar una capa de metal protector sobre el metal que se desea proteger. Este se consigue por inmersión o deposición electrolítica (cromado, niquelado).  Inorgánicos: consiste en protegelr el metal con una capa fina de material cerámico, fosfatos en el caso del acero.  Orgánicos: pinturas, barnices, lacas, etc.  Inhibidores: sustancias químicas que se añaden al electrolito y se fijan al ándo de tal forma que impiden la corrosión. 4. Mencione algunas otras hidrogenaciones frecuentes en la Industria de Síntesis Orgánica. Aplicaciones industriales del hidrógeno. Hidrogenación en procesos industriales o o o o o

50 % en producción de amoniaco. 35 o 40 % en refinado de petróleo. 10 % en síntesis de metanol. Hidrogenación catalítica de aceites comestibles Reducción de óxidos refractarios en a obtención de metales.

o

Como vector energético