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• Cinthya Escobar Costa

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO ORGANICOS II

PROCESOS INDUSTRIALES

OBTENCIÓN DEL ACEITE DE AJONJOLÍ 1.- INTRODUCCION El presente trabajo de Procesos Industriales Orgánicos se refiere a la extracción de aceite de ajonjolí, basándose en las diferentes técnicas experimentales sobre la obtención de aceite a partir de semillas. Se entiende por extracción al procedimiento de separación de una sustancia que puede disolverse en dos disolventes no miscibles entre sí, con distinto grado de solubilidad y que están en contacto a través de una interfase. En base a la teoría de extracción de aceites, el proyecto se realizo utilizando tres métodos: Extracción por prensado, extracción solidoliquido (lixiviación) y por arrastre con vapor, a nivel de laboratorio, adecuándonos a los reactivos y equipos del mismo. Finalmente el presente trabajo se puede dividir en cuatro partes, las cuales están estructuradas de acuerdo a la elaboración del proceso experimental. La primera parte comprende el fundamento teórico, la base sobre la cual se realizo la extracción, así como también algunas características y bondades de la semilla utilizada como materia prima. La segunda parte constituye el proceso en sí, los materiales, equipos y reactivos empleados, el procedimiento a seguir según la técnica utilizada. La tercera parte comprende la exposición y análisis de los resultados obtenidos. Por último se mencionan las conclusiones a las que se pudo llegar de acuerdo al aceite extraído, así como también recomendaciones a algunos obstáculos hallados en la ejecución del presente trabajo. En el ámbito profesional, como futuros Ingenieros Químicos, el interés por este proyecto versó en aplicar la base teórica de la extracción de aceites a partir de semillas, en la elección del método adecuado, teniendo en cuenta las características físico-químicas de las materias empleadas, para así conseguir la mayor eficiencia posible. 2.- OBJETIVOS    

Analizar los diferentes métodos de extracción de aceites Aplicar los principios que rigen el proceso de lixiviación en la obtención de aceite a partir de sus semillas utilizando un solvente orgánico. Separar el aceite obtenido y caracterizarlo, identificando sus características físicas. Evaluar la eficiencia de los diferentes métodos utilizados.

3.- FUNDAMENTO TEORICO 3.1.- Extracción de aceites: Los aceites vegetales pueden separarse de las semillas por prensado de las mismas o por la lixiviación con un solvente adecuado. Las semillas oleaginosas deben ser limpiadas y descascarilladas previamente. El material previamente debe de ser molido, macerado ó picado, para permitir mayor área de contacto entre el sólido y el solvente. El proceso ha de buscar que el sólido, ó el líquido, ó ambos, estén en movimiento continuo (agitación), para lograr mejor eficiencia en operación. Se realiza preferiblemente a temperatura y presión ambientes. Los solventes se recuperan por destilación y pueden ser reutilizados En la extracción mecánica, el aceite se obtiene, en primer lugar, por prensado de las semillas ricas en contenido graso. El aceite que todavía permanece en las semillas tras el proceso de prensado se obtiene por extracción mediante un disolvente orgánico; los residuos que quedan, ricos en proteínas, son un valioso alimento para el ganado (torta de semillas oleaginosas). Tanto los aceites de presión como de extracción pueden sufrir un proceso posterior de refinado para mejorar sus características organolépticas.

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En el sistema de extracción por disolventes, se puede partir de las semillas oleaginosas o de la torta proteínica obtenida por el sistema de extracción mecánica, ya que aun contiene un 11-15% de aceite que se puede reducir al 2-4%.Si partimos directamente de las semillas, estas deben ser limpiadas, descascarilladas y trituradas en unos rodillos, pasando entonces a un acondicionador para homogeneizar el rodillo, que pasa a un molino, con lo que se divide finamente, permitiendo así una mejor extracción del aceite en el extractor, donde un disolvente de las materias grasas arrastra a éstas, siendo separadas en el evaporador a la vez que se recupera el disolvente y vuelve al extractor 3.2.- Bondades y características del aceite de Ajonjolí: Una gran parte de la producción de ajonjolí se utiliza para la elaboración de aceite comestible. El contenido de aceite está entre 40 y 60%, y las proteínas oscilan entre 17 y 29%. El aceite producido del primer prensado en frío, se encuentra entre los aceites comestibles más caros. Es un aceite de color amarillo claro, no secante y soporta altas temperaturas. La buena calidad del aceite se obtiene esencialmente por el alto contenido del ácido linoleico (35 a 41% del aceite total). Por sus antioxidantes sesamina y sesamolina el aceite de ajonjolí tiene larga duración, y no se vuelve rancio. La torta del prensado contiene entre 40 y 70% de proteínas y todavía 12% de grasa, por lo que es un excelente alimento para animales. En el mercado convencional, así como en el ecológico, semilla blanca y uniforme de ajonjolí tiene mayor demanda, dado que la proporción de aceite es mayor que en la semilla pigmentada. El aceite de ajonjolí del segundo prensado en caliente, tiene después de la extracción, menor calidad que el aceite prensado en frío. Este aceite se utiliza para la producción de jabones, pinturas, cosméticos y productos farmacéuticos.  Propiedades del aceite

  

Revitaliza la piel y se aplica en los tratamientos contra la flacidez. Muy útil en forma de mascarilla para el cabello cuando hay mucha sequedad o costras en el cuero cabelludo. Últimamente se está valorando mucho su eficacia como filtro solar ante las radiaciones UVB. Si además añadimos que favorece el bronceado natural y que hidrata la piel, ya tenemos la clave de su éxito cuando llega el verano.

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La medicina utiliza el aceite de sésamo muchísimo, ya que calienta, nutre el organismo y tranquiliza el sistema nervioso. Lo utilizan como aceite de masaje y la verdad es que si además el aceite está tibiecito la experiencia es única.

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Para los pies fríos. Es curioso como masajear un par de minutos al día los pies con unas gotitas de este aceite nos ayuda a tenerlos calientes casi todo el día.

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Ideal para las grietas en manos y pies, sobre todo aquellas que relacionamos con la llegada del frío. A nivel externo también se usa mucho para dolencias reumáticas.

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El aceite de sésamo contiene fosfolípidos y lecitina y esto es vital para el pensamiento y la memoria ya que si el cerebro de una persona sana tiene entre un 20 a 25 % de fosfolípidos el de una persona con alguna enfermedad mental apenas suele llegar al 10 %. Algunos investigadores afirman que dichas grasas son de gran importancia para que nuestro cuerpo produzca la cantidad de hormonas de la juventud necesarias. Este aporte en lecitina y ácidos grasos poli insaturados es muy interesante para luchar contra el colesterol. Su aporte de Magnesio es un factor añadido al fortalecimiento del sistema nervioso. Algunos autores afirman que ayuda a recuperar el ánimo en personas deprimidas o muy cansadas mentalmente. Alivia el dolor de oídos

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4. MATERIALES Y MÉTODOS: 4.1. Materia Prima: Se trata de la semilla de Ajonjolí, a continuación presentamos una pequeña información sobre la misma: 

Generalidades: El ajonjolí es una planta cuya especie botánica es de la familia Sesamum indicum, es un cultivo poco exigente de nutrientes, se desarrolla en una gran variedad de suelos, pero los más aptos son de texturas ligeras: franco, franco arenoso y franco arcilloso, su pH es 5.5-7. Se adapta al clima con altitud entre 0-600mts sobre el nivel del mar. Hay diferentes variedades de ajonjolí, se pueden dividir por su color y su precocidad, las más comunes son de color blanco y negro o tostado. El ajonjolí es una oleaginosa que provee más hierro que el huevo, es una fuente de lecitina (mayor que la soya), es de fácil digestión para el organismo humano, sabor agradable, y rico en potasio y sodio. Se utiliza como especia para la preparación de pan, galletas, confitería, aceite comestible, aderezo para ensaladas, en la elaboración de margarinas, en la industria farmacéutica, en la fabricación de jabones, cosméticos y pinturas. Después de la extracción del aceite la parte residual (pasta)4 se puede usar para la alimentación del ganado y aves de corral. El aceite de ajonjolí es apetecido por ser de larga duración, debido a que contiene un antioxidante llamado Sésamo.



Ficha técnica Nombre vulgar: Ajonjolí o semilla de Sésamo. Familia: Labiada Pedaliáceas. Reino: Plantae. Nombre: Sesamun indicum L. Variedades: Semilla blanca y de coloración marrón (trimesina). Origen: Se considera que tuvo su origen en Etiopía (África), pero no tiene un origen exacto. Botánica: Sesamum indicum. Altura: Tiene una altura entre 0.75 - 3 metro. Brote principal: Recto, cilíndrico y cuadrangular y en algunos caso suele tener 6 lados. Peculiaridad: Su fruto es una cápsula con semillas lisas y aplanadas de color amarillento, con tendencia a desprenderse al madurar. Climatología: Climas cálidos de zonas tropicales y subtropicales semiáridas. Suelo: Gran variedad de suelo. Hongo: Kawamura Mohanty y Behera,Cercospora sesami Zimmermanm, Phytophora sp.

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4.2. Reactivos Al reactivo que se utilizo fue el tolueno debido a su alta solubilidad de líquido con sustancias orgánicas 

Tolueno: Nombre registrado: Tolueno Nombre químico: Tolueno Sinónimos/nombres comerciales: Metilbenceno, fenilmetano, metacida Nombre químico (inglés): Toluene Aspecto general: Líquido incoloro, de olor similar al benceno

-

Datos Físico-Químicos Básicos Fórmula empírica:

C7H8

Masa molecular relativa:

92,15 g

Densidad:

0,867 g/cm3 a 20°C

Densidad relativa del gas:

3,18

Punto de ebullición:

110,6°C

Punto de fusión:

-95°C

Presión de vapor:

28 hPa a 20°C 45 hPa a 30°C 109 hPa a 50°C

Punto de inflamación:

6°C

Temperatura de ignición:

535°C

Límites de explosividad:

1,2-7% V

Umbral de olor:

0,2 ppm

Solvólisis:

En agua: 0,53 g/l a 20-25°C; en agua de mar: 0,38 g/l; su solubilidad es ilimitada en cloroformo, acetona y éter.

Factores de conversión:

1ppm = 3,83 mg/m3 1

-

mg/m3 = 0,261 ppm

Procedencia Y Aplicaciones

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Aplicaciones: El tolueno es la materia prima a partir de la cual se obtienen derivados del benceno, caprolactama, sacarina, medicamentos, colorantes, perfumes, TNT, y detergentes. Se adiciona a los combustibles (como antidetonante) y como solvente para pinturas, revestimientos, caucho, resinas, diluyente en lacas nitrocelulósicas y en adhesivos. Es materia prima en la fabricación de fenol (sobre todo en Europa oriental), benceno y cresol (especialmente en Japón) y una serie de otras sustancias. Procedencia / fabricación: Fuentes naturales son el alquitrán de hulla y aceites minerales; se genera por combustión de resinas naturales (p.ej., durante incendios forestales). -

Toxicidad

Seres humanos:

DL 50-500 mg/kg CTmín 0,77 mg/l, inhalación >2,9 mg/l, inhalación, daño en el sistema nervioso central 50-100 ppm, fatiga, cefalalgia 200 ppm, irritación leve de garganta y ojos 100-300 ppm, (8h) ligeros signos de ataxia 300-800 ppm, (8h) signos claros de ataxia >4 000 ppm, (1h) pérdida del conocimiento, la exposición prolongada es letal 10 000-30 000 ppm pérdida del conocimiento a los pocos minutos; la exposición prolongada es letal

Mamíferos: Ratas

DL50 5000-7000 mg/kg, oral

Ratas (recién nacidas)

DL50 870 mg/kg, oral NOEL > 590 mg/kg y d, oral (193 d)

Ratones

CL50 20 mg/l (8h)

Organismos acuáticos: Peces de agua dulce

CL50 13-240 mg/l (96h)

Orfos

CL50 70 mg/l

Salmones

CL50 6,4-8,1 mg/l (96h)

Moluscos

CL50 24-74 mg/l (24h)

Daphnia magna

CE50 11.5-310 mg/l (48h)

Algas clorofíceas

CE50 134-210 mg/l (reducción de la fotosíntesis)

Algas cianofíceas

10 mg/l (96h, 75% de reducción de la fotosíntesis)

Plantas: Trigo, soja

200-20 000 ppm, en el suelo, tóxico.

Zanahorias, tomates,

3 ppm (0,5h) en aire tóxico cebada

Nota: Los datos anteriores provienen de diferentes fuentes, todas citadas en RIPPEN (1989). Efectos característicos

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Seres humanos/mamíferos: La inhalación de 100 ppm de tolueno produce dolores de cabeza, mareos, irritación de ojos y nariz. Las exposiciones más prolongadas afectan al sistema nervioso central y producen alteraciones del cuadro hemático y otros efectos crónicos. Se han registrado daños cromosómicos en ratas. El control de trabajadores expuestos al tolueno ha arrojado resultados contradictorios. No se conocen propiedades carcinógenas del tolueno mismo pero otros componentes en una mezcla de solventes pueden tenerlas. En ratas y ratones se constataron anomalías del esqueleto y menor peso fetal así como también aumento de la mortalidad embrional en los ratones. Sinergia / antagonismo: - El metabolismo del tolueno en las ratas disminuye con el benceno, tricloroeteno o estirol (estireno). - Potencia el efecto tóxico del ácido acetilsalicílico (en particular malformaciones y anomalías embrionarias). - Probabilidad de mayores lesiones cromosómicas en los fumadores expuestos al tolueno. - Atenuación de diversos efectos tóxicos del benceno en las ratas. - Aumenta la incidencia del cáncer de piel inducido por el 7,12-dimetilbenzo[ b] antraceno. -

Comportamiento En El Medio Ambiente Agua: El tolueno es una amenaza para el agua. Por su volatilidad escapa parcialmente a la atmósfera, pero su solubilidad en agua es suficiente para provocar problemas de contaminación en los cuerpos de agua superficiales y subterráneos Aire: La mayor parte del tolueno que se libera al medio ambiente va a la atmósfera, debido a su elevada presión de vapor. La degradación es bastante eficiente, de manera que muy poca cantidad de esta sustancia vuelve al suelo por deposición seca o mojada. Suelo: El tolueno se adsorbe, fundamentalmente, a partículas de arcilla y materia orgánica. La capacidad de adsorción aumenta a medida que disminuye el pH. Si no se derrama en grandes cantidades, el tolueno que ha ingresado al suelo escapa hacia la atmósfera o sufre transformaciones químicas y biodegradación.

4.3. Equipo: Para llevar a cabo el experimento de “extracción de aceite de ajonjolí”, utilizamos un equipo son: 

Equipo Soxhlet El extractor Soxhlet o simplemente Soxhlet (en honor a su inventor Franz von Soxhlet) es un tipo de material de vidrio utilizado para la extracción de compuestos, generalmente de naturaleza lipídica, contenidos en un sólido, a través de un solvente afín.



Descripción del Equipo:

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El condensador está provisto de una chaqueta de 100 mm de longitud, con espigas para la entrada y salida del agua de enfriamiento. El extractor tiene una capacidad, hasta la parte superior del sifón, de 10 ml; el diámetro interior del extractor es de 20 mm y longitud de 90 mm. El matraz es de 500 ml de capacidad. Está conformado por un cilindro de vidrio, vertical de aproximadamente un pie de alto y una pulgada y media de diámetro. La columna está dividida en una cámara superior e inferior. La superior o cámara de muestra sostiene un sólido o polvo del cual se extraerán compuestos. La cámara de solvente, exactamente abajo, contiene una reserva de solvente orgánico, éter o alcohol. Dos tubos vacíos, o brazos corren a lo largo, a un lado de la columna para conectar las dos cámaras. El brazo de vapor, corre en línea recta desde la parte superior de la cámara del solvente a la parte superior de la cámara del sólido. El otro brazo, para el retorno de solvente, describe dos U sobrepuestas, que llevan desde la cámara de la muestra el solvente hasta la cámara de solvente. El soxhlet funciona cíclicamente, para extraer las concentraciones necesarias de algún determinado compuesto. Éste funciona de la siguiente forma: Cuando se evapora el solvente sube hasta el área donde es condensado; aquí, al caer y regresar a la cámara de solvente, va separando los compuestos, hasta que se llega a una concentración deseada. Esto puede ocasionar problemas con algunos compuestos, que con los ciclos llevan a la ruptura del balón, como lo es en la extracción del ámbar. Partes: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

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buzo / agitador / granallas o esferas. balón. brazo para ascenso del vapor. cartucho de extracción o cartucho Soxhlet. muestra (residuo). entrada del sifón. descarga del sifón. adaptador. refrigerante (condensador). entrada de agua de refrigeración salida de agua de refrigeración.

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5. PROCEDIMIENTO: Procedimiento de Extracción de Aceite con Soxhlet: Reactivos Materiales y equipos Tolueno 100ml

Ajonjolí 1 balanza electronioca Papel filtro Hilo pabilo Una cocina eléctrica Un soporte universal 2 pinzas Equipo soxhlet Un refrigenrate de bolas Un balón pyrex (250ml) Dos mangueras

Primeramente procedemos al armado del equipo y conexión de mangueras

Se peso el ajonjolí se coloco en el papel filtro y se amarro con hilo pabilo, se tomo la forma de un tamal

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Se coloco el paquete de ajonjolí en el cartucho del soxhlet

Se agrego el solvente (tolueno) al balón y los núcleos de ebullición, la cocina se coloco a unos tres centímetros para evitar sobrecalentamientos ayudando así a los núcleos de ebullición en su función, que es homogenizar la ebullición del solvente que se encuentra en el balón

Se enchufo la cocina y se espero a que el tolueno se caliente y llegue a su punto de ebullición. Recién aquí empieza la función del equipo, el tolueno evaporado se va por medio del brazo para ascender el vapor hasta q llegar al refrigerante el cual lo condensara llegando así el tolueno condensado a la entrada del sifón llenándolo hasta llegar al límite de este( descarga del sifón ). En el transcurso del paso antes mencionado, la función del tolueno será la de extraer el aceite contenido en el tamal debido a su alta solubilidad con sustancias orgánicas es por eso q mientras se llena el cartucho el tolueno hará lo propio, la extracción en este caso fue muy notable debido a q el compuesto orgánico al ser tomado para la extracción era incoloro y a partir de la primera sifonada ( tiempo q se demora en llenar el compuesto orgánico el cartucho para su descarga) se torno de un color opaco lo cual indicaba que el tolueno se había mezclado con el aceite. Se realizo 11 sifonadas para asegurar al extracción total del aceite, cada sifoneada fue de dos minutos.

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Procedimiento de destilación simple: El final del proceso consiste en; una vez terminadas las sifonadas; en destilar el producto, lo que permitirá separar el aceite del solvente con ciertos residuos de agua. Para ello se utilizó lo siguiente: Materiales y equipos Una cocina eléctrica 2 soportes universal 2 pinzas Un termómetro Un refrigerante simple Un balón pyrex de destilación(250ml) Dos mangueras

Se procede a armar el equipo de destilación simple, se hace las conexiones con las mangueras y en la parte superior del balón se coloco el termómetro.

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Se coloco el producto obtenido de la extracción con el soxhlet en el balón de destilación y se enchufó la cocina se espero hasta que el tolueno llegue a su punto de ebullición 111.0ºC aprox. Se mantuvo por 15 minutos la temperatura de ebullición del tolueno con el fin de que se destile la mayor cantidad de solvente posible. El solvente cae en la botella y el aceite requerido queda en el balón por ser aceite pesado.

SE REALIZARON TRES EXPERIMENTOS MP: materia prima ‘‘Ajonjolí’’ Ste: solvente ‘‘Tolueno’’ PO: producto obtenido ‘‘Aceite de Ajonjolí’’ Nº de experimento

MP (g)

Ste (ml)

PO(ml)

1

10

100

9

2

15

90

15

3

10

140

13

Procedimiento final: Después de haber obtenido 37ml de aceite total, se realizó una destilación simple con la finalidad de destilar la mayor cantidad de solvente posible y así purificar el aceite que se desea obtener.

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Después del destilado simple se obtuvo 13 ml de aceite de ajonjolí purificado.

FOTO DEL PRODUCTO

DIAGRAMA DE BLOQUES

El proceso para obtener aceite de ajonjolí es el siguiente: RECEPCIÓN DE MATERIA PRIMA  ALMACENAMIENTO  LIMPIEZA 

MOLIENDA

TORTA



EXTRACCIÓN





ALMACENAMIENTO

ACEITE CRUDO





MOLIENDA

ALMACENAMIENTO





ALMACENAMIENTO

DESTILACION SIMPLE





EMPAQUE

ALMACENAMIENTO  DESTILACION SIMPLE 2  ENVASADO

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Torta de Ajonjolí: masa residual que queda del proceso de extracción del aceite a partir de semilla entera. La torta, alimento rico en proteínas se utiliza en la preparación de alimentos para animales.

DIAGRAMA DE FLUJO

Ventajas del peletizado (Fuente: California Pellet Mill Pelleting Handbook - ningún dato dado)

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Robert E treybal “OPERACIONES CON TRANSFERENCIA DE MASA” sisav.valledelcauca.gov.co/CADENAS_PDF/AROMATICAS/c05.pdf Enciclopedia Encarta sisav.valledelcauca.gov.co/CADENAS_PDF/AROMATICAS/c05.pdf AGRODESA (1997), Manual de Ajonjolí ecológico, San Salvador CLUSA(1995), Producción Orgánica de Ajonjolí. Serie de documentos técnicos Managua http://wgbis.ces.iisc.ernet.in/energy/HC270799/HDL/ENV/envsp/Vol345.htm

http://images.google.com.pe/imgres?imgurl=http://www.fao.org/inpho/content/documents/vlibrary/AE6 20s/Pfrescos/PALMA1.GIF&imgrefurl=http://www.fao.org/inpho/content/documents/vlibrary/AE620s/Pfre scos/PALMADEACEITE.HTM&usg=__y_jfSQeUAwgwqEOCFOM__B2diq8=&h=408&w=572&sz=8&hl=es&st art=1&tbnid=eWwx1riIc6iCmM:&tbnh=96&tbnw=134&prev=/images%3Fq%3Ddiagrama%2Bde%2Bflujo %2Bdel%2Baceite%2Bde%2Bajonjoli%26gbv%3D2%26ndsp%3D20%26hl%3Des%26sa%3DN

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