BRPI0902001A2 - concentrado de proteìna vegetal - Google Patents
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Abstract
CONCENTRADO DE PROTEìNA VEGETAL. A presente invenção refere-se a um processo para preparar um concentrado de proteína vegetal a partir de material vegetal oleaginoso que compreende as etapas de: a)pré-tratar o material vegetal oleaginoso para abrir as células; b) extrair o material vegetal pré-tratado em um primeiro extrator com um solvente apoIar para produzir um material vegetal desengordurado molhado com solvente; o) por em contato o material vegetal desengordurado com etanol aquoso com uma concentração de etanol de pelo menos 80% em peso para um material vegetal desengordurado molhado com etanol; d) molhar o material vegetal desengordurado molhado com etanol, com etanol aquoso; e) extrair o material vegetal num extrator final para produzir um material proteináceo molhado com solvente; f) dessolventizar o referido material proteináceo molhado com solvente para produzir um concentrado de proteína vegetal.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CONCENTRADO DE PROTEÍNA VEGETAL".
Campo da Invenção
A presente invenção refere-se à produção de concentrados deproteína vegetal a partir de material vegetal oleaginoso com gordura total ouparcialmente desengordurado.
Antecedentes da Invenção
Por causa do teor de proteína relativamente alto de material ve-getal oleaginoso, como, mas não-limitado a soja, esse material é um materialde partida altamente adequado para a produção de ingredientes proteiná-ceos de alimentos, baseados em vegetais, como concentrados e isolados.Mais recentemente, concentrados de soja estão também sendo usados co-mo ingrediente de alimentos em aquicultura para reduzir a falta de farelo depeixe e/ou proporcionar uma alternativa mais barata e isenta de dioxina. Porrazões nutricionais, esta aplicação requer uma remoção completa de oligos-sacarídeos do material vegetal.
Como mencionado na Patente US N° 4 219 470, a composiçãototal de soja em base seca é de 40% de proteína, 29% de carboidratos efosfatídeos, 21% de óleo de triglicerídeos e 10% de cinzas e fibras. O au-mento do teor de proteína, portanto, acarreta necessariamente, a remoçãode outros constituintes. Se o óleo é removido por extração, o teor de proteí-na no farelo resultante contendo 13% em peso de umidade, é aumentadopara 44% em peso e se os grãos fossem debulhados antes de serem extraí-dos, o farelo resultante teria um teor de proteína de 48% em peso. A produ-ção de concentrado de proteína por remoção de carboidratos solúveis (oli-gossacarídeos como sacarose, rafinose e estaquiose) do último farelo, porextração do farelo com etanol aquoso pode aumentar adicionalmente seuteor de proteína para algo como 70% em peso em base seca.
Aumento ainda maior e produção de isolados a partir de flocosde soja desengordurados, requer a dissolução da proteína e separação daproteína dissolvida dos constituintes insolúveis do farelo como as fibras in-cluídas nas paredes das células e subsequente precipitação da proteína porredução do pH da solução de proteína e separação do precipitado dos car-boidratos que permanecem em solução. Isolados assim preparados podemconter mais de 90% de proteína em base seca.
Entretanto, este processo gera um efluente aquoso que demanda tra-tamento intensivo antes do descarte. Portanto, isolados são caros e paramuitas aplicações, o teor de proteína um pouco menor dos concentrados étotalmente aceitável. Assim, vários processos para produzir concentrados desoja foram desenvolvidos.
Estes processos diferem na ordem em que eles extraem o óleo eos carboidratos ou açúcares. O processo descrito na Patente U.S. N° 3 971856 se inicia com a remoção de açúcares de grãos de soja debulhados comágua, secagem dos grãos extraídos e formação de flocos e extração do óleocom um solvente apoiar. Outros processos como por exemplo o descrito naPatente U.S. N° 3 268 503, usam flocos de soja desengordurados como ma-terial de partida para a extração dos açúcares com uma solução aquosa deetanol a 50-70%. No entanto, ambos os processos possuem a desvantagemde que o produto intermediário, isto é, o produto que já sofreu uma extraçãoe ainda tem de ser submetido a um segundo processo de extração tem deser seco ou dessolventizado.
Para evitar esta secagem ou dessolventização, vários sistemassolventes foram descritos. A Patente U.S. N° 3 714 210 descreve um solven-te líquido bifásico: uma fase consistindo essencialmente em um ou mais sol-ventes lipofílicos e a outra fase consistindo essencialmente em uma misturade água e um ou mais solventes miscíveis em água. Óleo e materiais não-proteináceos são simultaneamente extraídos provendo um produto concen-trado de proteína de soja que tem cor clara e gosto suave. Neste processo édifícil manter a integridade do floco de modo que uma percolação apropriadado leito de material que está sendo extraído não pode sempre ser assegurada.
Em vez de um sistema solvente bifásico, um sistema solvente defase única pode também ser usado como descrito pela Patente U.S. N° 4219 470. Os dois solventes usados são álcool (etanol) e água e pela varia-ção da razão entre eles, a mistura de solvente mostra preferência pela ex-tração de lipídios ou açúcares. Em primeiro lugar, pondo em contato flocosde soja com gordura total com uma corrente aquosa de etanol contendo 50-70% em peso de álcool, os açúcares contidos nos referidos flocos são extra-ídos. Subseqüentemente, os flocos úmidos são secos pelo contato dosmesmos com etanol aquoso concentrado e quando o etanol não é mais dilu-ído com água, ele começa a dissolver e extrair os lipídios ainda presentesnos flocos isentos de açúcar. Este processo também faz com que as proteí-nas sejam extraídas de modo que o rendimento do concentrado é inaceita-velmente baixo.
Como descrito pela Patente U.S. 3.734.901, é também possívelextrair primeiramente os lipídios e então extrair os açúcares do resíduo deextração livre de lipídios. Para isto, os lipídios são inicialmente extraídosdos flocos de soja com um solvente hidrocarboneto/álcool mono-hídricoseguindo-se extração aquosa dos constituintes solúveis em água. Noentanto, este processo ainda incorpora a remoção por evaporação dehexano dos flocos extraídos que são substancialmente isentos de lipídiosantes destes flocos serem expostos a solvente aquoso para a extraçãodos constituintes solúveis em água.
Sumário da Invenção
É uma vantagem da invenção que lipídios e açúcares possamser extraídos do material vegetal oleaginoso evitando a necessidade de des-solventização completa do intermediário.
Foi surpreendentemente verificado que a etapa de dessolventi-zação do intermediário pode ser muito simplificada ou mesmo omitida emum processo para preparar um concentrado de proteína vegetal a partir dematerial vegetal oleaginoso contendo óleo de triglicerídeos, açúcares e pro-teína, que compreende as etapas de:
a) pré-tratar o material vegetal oleaginoso para abrir as células;
b) extrair o material vegetal oleaginoso pré-tratado resultante daetapa (a) em um primeiro extrator com um solvente apoiar para produzir umaprimeira micela contendo óleo e material vegetal desengordurado molhadocom solvente;
c) por em contato o referido material vegetal desengorduradocom etanol aquoso com uma concentração de etanol de pelo menos 80%em peso para substituir o solvente apoiar pelo menos parcialmente com eta-nol e produzir uma segunda micela e material vegetal desengordurado mo-lhado com etanol;
d) molhar o referido material vegetal desengordurado molhadocom etanol, com etanol aquoso enquanto o referido material é transferido doreferido primeiro extrator para um extrator final;
e) extrair o referido material vegetal no referido extrator final comuma corrente de etanol aquoso contendo 50 a 90% em peso de etanol paraproduzir uma terceira corrente de micela contendo açúcares e um materialproteináceo molhado com solvente;
f) dessolventizar o referido material proteináceo molhado comsolvente para produzir um concentrado de proteína vegetal.
Aspectos da presente invenção são também realizados pelo concentradovegetal produzido pelo processo descrito acima.
É uma vantagem do processo de acordo com a invenção que ocontato do material vegetal desengordurado com etanol aquoso concentradosubstitua o solvente apoiar e assim evite a necessidade de dessolventizaçãocompleta.
É uma vantagem de certas modalidades do processo de acordocom a invenção que o molhamento do material vegetal desengordurado mo-lhado com etanol mantenha sua integridade e assegure assim percolaçãoeficiente na subsequente etapa e) de extração.
É também uma vantagem de certas modalidades do processo deacordo com a invenção que as proteínas presentes no material vegetal man-tenham sua digestibilidade quando é usado como um ingrediente de ração.
É uma vantagem de certas modalidades do processo de acordocom a invenção que o consumo de vapor seja menor do que nos processosda técnica.Breve Descrição do Desenho
A única figura mostra um diagrama de fluxo de uma modalidadeparticular do processo de acordo com a invenção; ela também ilustra váriascaracterísticas opcionais deste processo.
Descrição Detalhada da Invenção
O termo micela, usado na descrição da presente invenção, signi-fica uma solução de óleo em um solvente como a que resulta de um proces-so de extração por solvente.
O termo concentrado de proteína, usado na descrição da pre-sente invenção, significa um derivado de um resíduo de extração de semen-te oleosa (farinha) com um teor aumentado de proteína.
O processo de acordo com a invenção refere-se à produção deconcentrados de proteína vegetal a partir de material vegetal oleaginoso emgeral e sementes oleosas contendo óleo vegetal, proteína vegetal e oligos-sacarídeos em particular. Ele produz os referidos concentrados de proteínavegetal com a extração do óleo do referido material vegetal oleaginoso comum solvente apoiar como, mas não-limitado a hexano, e subsequente extra-ção dos oligossacarídeos do resíduo de extração desengordurado com eta-nol aquoso.
Por causa de seu teor de proteína e composição de aminoáci-dos, grãos de soja constituem uma matéria-prima preferida para o processode acordo com a invenção. No entanto, grãos de soja também contêm oli-gossacarídeos que incluem sacarose, rafinose e estaquiose onde os doisúltimos contêm ligações p-galactosídicas. Os humanos não possuem as en-zimas que hidrolisam estas ligações e assim não podem digerir estes açúca-res. Consequentemente, elas são quebradas microbialmente no intestinogrosso e isto conduz à flatulência. A ausência destes oligossacarídeos emum produto proteináceo baseado em grão de soja a ser usado para alimen-tação humana é, portanto, altamente desejável. Similarmente, concentradosa serem usados para alimentação de peixes exigem um preço tanto maiorquanto menor seu teor residual de açúcar.
Grãos de soja também contêm componentes de fibra e emborasua presença no produto proteináceo fabricado pelo processo de acordocom a invenção possa ser bastante aceitável para algumas aplicações, ou-tras aplicações, como alimentação de peixe, se beneficiam de um teor baixode fibra do produto proteináceo. Como cascas de grãos de soja possuem umteor de fibras relativamente alto, os grãos de soja são preferivelmente debu-Ihados por qualquer processo conhecido pelos versados na técnica antes deserem tratados pelo processo de acordo com a invenção. Os grãos de soja aserem usados no processo de acordo com a invenção podem ser resultadode modificação genética. Se esta modificação genética alterou a composiçãode aminoácidos da proteína dos grãos de soja de acordo com exigênciasespecíficas para o produto da invenção esses grãos de soja são especial-mente preferidos.
O processo da invenção não é limitado a grãos de soja. Outrosgrãos como, mas não-limitados a feijão alado (Psophocarpus tetragonolo-bus) que está sendo cultivado em quantidades crescentes na Ásia, tambémconstituem matérias-primas adequadas para o processo de acordo com ainvenção. Outras sementes oleosas como, mas não-limitadas a canola(Brassica napus e B repa) ou semente de g\rasso\(Helianthus annuus) po-dem também servir como matérias-primas adequadas. Novamente, estassementes oleosas são preferivelmente debulhadas antes de serem tratadaspelo processo de acordo com a invenção, isto é, antes do pré-tratamento domaterial vegetal oleaginoso para abertura das células. Ainda outro materialvegetal oleaginoso que pode ser vantajosamente processado de acordo coma invenção é germe de milho.
Para facilitar a extração, a primeira etapa a) do processo de a-cordo com a invenção envolve um pré-tratamento do material vegetal oleagi-noso para romper as paredes das células deste material. Este pré-tratamento pode incluir um tratamento de formação de flocos. Neste trata-mento, as sementes oleosas são prensadas entre dois rolos cilíndricos e achatados formando flocos. Antes deste tratamento, as sementes oleosaspodem ter sido condicionadas por um tratamento térmico para amaciar omaterial e assim reduzir a exigência de energia do processo de formação deflocos em questão. Por causa das forças de compressão e cisalhamento en-volvidas neste processo de formação de flocos, quase todas as células dasemente de óleo são abertas pela ruptura de suas paredes. Esta aberturadas células facilita grandemente a extração dos conteúdos da célula evitan-do a necessidade de difusão através das paredes das células. Grãos sãopreferivelmente quebrados usando rolos de craqueamento corrugados antesde se tornarem flocos, sendo que esta operação de quebra pode fazer partedo tratamento de debulha. Uma espessura típica de flocos almejada no casode grãos de soja é de 0,25 a 0,35 mm ou preferivelmente 0,28 a 0,32 mm.
Outro pré-tratamento que faz com que as paredes das células domaterial vegetal oleaginoso sejam rompidas é a prensagem mecânica, jáque isso acarreta fortes forças de compressão e cisalhamento. A prensagemmecânica não remove todo o óleo do material vegetal oleaginoso de modoque a torta de prensagem resultante ainda contém algum óleo e assim cons-titui um material adequado a ser extraído na etapa b) do processo de acordocom a invenção. Este pode ser extraído como tal, mas preferivelmente apóster sido peletizado já que este tratamento também causa ruptura adicionaldas paredes das células. Além disso, os péletes possuem melhores caracte-rísticas de percolação do que a torta de prensagem. Em ainda outra modali-dade da etapa a) do processo de acordo com a invenção, um expansor éutilizado para pré-tratar o material vegetal oleaginoso.
Na etapa seguinte do processo de acordo com a invenção, omaterial pré-tratado é extraído com um solvente apoiar como, mas não-limitado a 'hexano', que é o nome dado a uma fração industrial do petróleoque consiste principalmente de hidrocarbonetos C6 saturados como n-hexano, metilpentanos, metilciclopentano etc. A extração é realizada em umprimeiro extrator, que é preferivelmente do tipo de percolação usando umacorreia móvel já que este tipo tem a vantagem de preservar a integridadedos flocos, mas o processo de acordo com a invenção não está, de modoalgum, limitado a este tipo de extrator. Neste tipo de extrator, os flocos desementes de óleo e o solvente de extração se movem em direções opostasde modo que é realizada extração em contracorrente.No entanto, como ilustrado na figura, o primeiro extrator podeser dividido em duas seções. A primeira seção na qual o material pré-tratadoresultante da etapa a) é introduzido em uma extremidade e hexano fresco éintroduzido na outra extremidade, assegura remoção de óleo do referido ma-terial pré-tratado. Assim, uma micela de hexano-óleo deixa a primeira seçãona extremidade onde o material pré-tratado é introduzido e um bagaço mo-lhado com hexano deixa a seção na outra extremidade para penetrar na se-gunda seção. As condições padrão do processo podem ser adotadas naprimeira seção do referido primeiro extrator. Assim, uma concentração mice-lar de, por exemplo, 25-30% em peso de óleo pode ser objetivada e umatemperatura de operação um pouco abaixo do ponto de ebulição atmosféricodo hexano (62°C) é perfeitamente adequada. Desta forma, um teor de óleoresidual do material desengordurado de menos de 1% em peso ou preferi-velmente de menos de 0,5% em peso pode ser obtido.
Na referida segunda seção, etanol de mais de 80% de concen-tração em peso é alimentado na extremidade oposta à extremidade onde omaterial molhado de hexano é introduzido e escoa em contracorrente ao re-ferido material na etapa c) do processo de acordo com a invenção. A con-centração preferida do etanol aquoso usado na etapa c) do processo de a-cordo com a invenção é de cerca de 95% em peso, esta sendo a concentra-ção de etanol no azeótropo atmosférico etanol/água. O uso de etanol destaconcentração também tem a vantagem de que ele desnatura a proteína ve-getal e a torna menos solúvel no etanol aquoso usado na extração da etapae) sem reduzir apreciavelmente sua digestibilidade. Assim, uma segundamicela consistindo de uma mistura de hexano e etanol deixa a segunda se-ção do primeiro extrator na extremidade onde o material desengorduradomolhado de hexano foi introduzido e material molhado de etanol deixa a se-gunda seção na outra extremidade.
Em uma modalidade do processo de acordo com a invenção, omaterial molhado com etanol, o bagaço resultante da etapa c) é transferidoimediatamente para a unidade de molhamento da etapa d). Em outra moda-lidade, o bagaço é pelo menos parcialmente dessolventizado pela exposiçãodo mesmo a pressão reduzida em um tipo de dessolventizador que permite aoperação a pressão subatmosférica. Isto causa a evaporação da parte maisvolátil do solvente presente no bagaço e diminui ou diminui virtualmente aquantidade de hexano que se move a jusante. Etanol e hexano formam umazeótropo que ferve a 58, 7°C em pressão atmosférica que contém 21 % empeso de etanol. Consequentemente, o condensado do dessolventizador é,preferivelmente, combinado com a corrente de etanol a ser enviada para oseparador onde água é adicionada e as fases resultantes são separadas. Nafigura, os fluxos envolvidos nesta última modalidade foram desenhados comlinhas tracejadas.
Se o dessolventizador inclui aquecimento indireto, este podeaumentar a temperatura do material sendo dessolventizado e assim reduzira solubilidade em água das proteínas presentes neste material. Isto aumen-tará o rendimento do produto final, mas por outro lado, deve ser tomado cui-dado para não afetar as propriedades críticas do produto final como digesti-bilidade de proteína. Em ainda outra modalidade, o bagaço molhado cometanol é parcialmente dessolventizado por meios mecânicos como a espre-medura da camada de flocos na correia móvel. Esta dessolventização parci-al é, assim, realizada no final da segunda seção do primeiro extrator e o lí-quido retirado por espremedura do bagaço é combinado com a corrente deetanol a ser enviada para o separador onde água é adicionada para obteruma separação de fase. Durante esta dessolventização por espremedura,deve ser tomado cuidado para se manter a integridade dos flocos.
Na etapa d) do processo de acordo com a invenção, o materialdesengordurado molhado com etanol é molhado com etanol aquoso. Duran-te este tratamento de molhamento, o referido material absorve uma quanti-dade apreciável deste solvente e relegando este molhamento a uma etapaseparada e introduzindo o material molhado em um último extrator, é manti-da percolação apropriada deste material. A etapa real de molhamento daetapa d) pode ser executada de várias maneiras, mas deve ser tomado cui-dado para manter a integridade do material desengordurado tanto quantopossível. Uma maneira preferida envolve o uso de um parafuso helicoidal derotação lenta que combina a mistura de material molhado com etanol com oagente de molhamento enquanto é efetuado o transporte do material para oextrator final, por exemplo, do primeiro extrator para o último extrator duranteo qual este é opcionalmente aquecido. Este parafuso deve ter uma propor-ção tal que o tempo mínimo de molhamento seja de 10 minutos e este temponão exceda 20 minutos. O uso de um parafuso helicoidal também oferece apossibilidade de aquecimento do material que está sendo molhado e assimpermite que o extrator final seja operado em uma temperatura mais alta doque o primeiro extrator. Para isto, a carcaça ao redor do referido parafusotransportador helicoidal pode possuir uma camisa de vapor. Outra maneirade aumentar a temperatura do material que está sendo extraído no extratorfinal é aquecendo o solvente de extração antes de este ser pulverizado nomaterial que está sendo extraído.
A realização da extração do material pré-tratado com hexano e asubsequente substituição do hexano pelo etanol no mesmo primeiro extratortem a desvantagem de que os vapores de solvente podem ficar misturados.Assim, outra modalidade do processo de acordo com a invenção acarreta ouso de um extrator intermediário entre o primeiro extrator e o último. O ba-gaço molhado com hexano é introduzido em uma primeira seção do referidoextrator intermediário, onde o bagaço molhado com hexano é lavado cometanol com concentração de pelo menos 80% e preferivelmente cerca de95% em peso produzindo uma segunda micela. Após a remoção do hexano,o material molhado com etanol é molhado tomando-se cuidado para mantera integridade do material de modo a não reduzir suas características de per-colação. Após o tratamento de molhamento da etapa d), os açúcares sãoextraídos usando etanol aquoso mais diluído. Isto pode ser feito em umasegunda seção do extrator intermediário, mas para evitar a mistura de dife-rentes vapores de solventes, é preferivelmente ser feito em um extrator se-parado final.
Como ilustrado na figura, o solvente usado para molhar os flocosmolhados com etanol faz parte da terceira micela originada do último extra-tor. Nesta modalidade particular, sua composição refletirá o processo de ex-tração da etapa e). Esta será um etanol aquoso diluído com alguns oligossa-carídeos dissolvidos e seu uso como agente de molhamento economiza apurificação de solvente. No entanto, o processo de acordo com a invençãonão é limitado a esta modalidade particular. Em outra modalidade, a quanti-dade total da terceira micela, que deixa o último extrator, é alimentado a umdecantador, fornecendo assim um sobrenadante claro e uma corrente desólidos (lama) que é usada no tratamento de molhamento da etapa d); senecessário, esta corrente de sólidos pode ser diluída com as micelas quedeixam o último extrator. O uso de um decantador como ilustrado na figuratem a vantagem de que finos são reciclados para o extrator e que o sistemade tratamento de micelas é largamente protegido de incrustação.
A quantidade composição do etanol aquoso usado para extrairaçúcares dos flocos desengordurados e molhados da etapa e) dependemdas exigências do produto final. Em geral, foi verificado que quando o etanolcontém mais água, este é mais eficaz na extração de açúcares. Consequen-temente, menos solvente de extração é necessário e o resultado será umamicela mais concentrada. No entanto, um etanol aquoso menos concentradoé também um solvente melhor para proteínas e seu uso faz com que, assim,o teor de proteína do concentrado final de proteína seja reduzido. Esta redu-ção pode em certa extensão ser limitada pelo ajuste do pH do etanol aquosoao ponto isoelétrico da proteína. Para proteína de soja, isto significa reduziro pH a um valor de cerca de 4,5. Consequentemente, um teor de proteína demais de 70% em peso requer um teor de etanol do solvente de extração demais de 60 ou até 70% em peso e isto pode levar a uma terceira micela con-tendo somente 6% de açúcares ou mesmo menos. De maneira semelhante,açúcares residuais do concentrado de proteína afetam seu teor de proteína eespecialmente a quantidade de solvente a ser usado e dessa forma seu teorde açúcar.
Finalmente, o bagaço que deixa o extrator final é dessolventiza-do na etapa f) do processo de acordo com a invenção. Como o calor latentede evaporação do solvente usado na etapa e) do processo é alto (40 kJ/molou 2,2 kJ por grama para água e 38 kJ/mol ou 0,83 kJ por grama para etanolem oposição a 29 kJ/mol ou somente 0,34 kJ por grama para hexano), évantajoso minimizar a quantidade de solvente que tem de ser evaporado.Como neste estágio do processo, a integridade dos flocos não é mais crítica,uma prensa padrão é usada, em uma modalidade preferida, para retirar porespremedura a quantidade maior possível de solvente contido nos flocosmolhados com solvente que deixam o extrator final, desde que esta prensatenha sido construída de uma maneira a prova de explosão. Como mostradona figura, a mistura de solvente que deixa a prensa, tendo quase a mesmacomposição do solvente de extração alimentado ao último extrator pode van-tajosamente ser retornada para o referido extrator.
A torta de filtração que resulta da prensa usada para recuperaralgum solvente pode, então, ser totalmente dessolventizada em um dessol-ventizador padrão pelo suprimento de calor indireto, calor direto por meio devapor, ou ambos. Durante a dessolventização, tempo e temperatura são pa-râmetros críticos com relação à desnaturação de proteína, cuja magnitude égovernada pela especificação do produto final. Como ilustrado na figura, oproduto dessolventizado é seco e resfriado antes de ser adicionalmente con-vertido no produto final para venda. Este condicionamento pode compreen-der, moagem, classificação, mistura e embalagem.
No processo de acordo com a invenção, três correntes de mice-las são geradas. Existe a corrente de micela apoiar contendo o óleo que foiextraído dos flocos na primeira seção do primeiro extrator. Esta corrente demicelas é evaporada para separar óleo e solvente como a micela que se ori-gina em uma planta de extração de sementes oleosas padrão. Assim, se aplanta que opera o processo de acordo com a invenção faz parte de umcomplexo de moagem de óleo, pode ser vantajoso ter esta micela evaporadano evaporador multiestagios que forma parte da unidade de extração porsolvente desta moenda de óleo.
A segunda micela que se origina do processo de acordocom a invenção aparece na segunda seção do primeiro extrator ou no extra-tor intermediário. Ela consiste basicamente de uma mistura de um solventeapoiar, como hexano e etanol, e alguma água embora os flocos desengordu-rados molhados com hexano possam absorver bem alguma água quandopostos em contato com etanol aquoso, mesmo quando o teor de água doetanol está próximo à condição azeotrópica. De acordo com o diagrama defases hexano/eta no l/água mostrado na Patente U.S. N° 3.998.800, segue-seque a adição de mais água a esta mistura de solvente logo levará à forma-ção de duas fases : uma fase hexano contendo somente uma pequenaquantidade de etanol e uma fase de etanol aquoso. Assim, em uma modali-dade preferida do processo de acordo com a invenção, água é acrescentadaà referida segunda corrente de micelas e após deposição, a camada superi-or de hexano é enviada para a primeira seção do primeiro extrator, como umsolvente de moagem de óleo, enquanto a camada aquosa inferior de etanolé enviada ao extrator final, como solvente de extração de açúcar.
Esta extração de açúcar leva a uma terceira micela contendoetanol, água e açúcares; ela pode também conter alguma proteína e outroscomponentes de sementes oleaginosas que são solúveis em etanol aquoso.Como mostrado na figura, os açúcares são primeiramente recuperados co-mo melaço por evaporação de solvente etanólico, e então são isolados comosólidos secos por evaporação da água contida no melaço. No entanto, esta ésomente uma modalidade particular do processo de acordo com a invençãoe a invenção não é absolutamente limitada a essa modalidade. Com a esco-lha das condições apropriadas de evaporação, etanol de diferentes concen-trações pode ser recuperado nos diferentes estágios de evaporação e osversados na técnica estão totalmente familiarizados com a otimização darecuperação de solvente em função das exigências particulares do processo.
Assim, a figura somente indica uma seção de recuperação de etanol semprover qualquer detalhe acerca dos teores de água das várias correntes deetanol.
Uma outra modalidade do processo de acordo com a invençãoque não foi incluída na figura compreende o uso de um solvente apoiar comohexano na etapa f) de dessolventização. Provendo o extrator final com umasegunda seção e alimentando esta segunda seção não só com o materialproteináceo molhado com etanol, mas também com o referido solvente apo-lar, pelo menos substituição parcial (deslocamento) do etanol pelo solventeapoiar pode ser obtido, seguindo-se uma remoção por evaporação dos sol-ventes presentes. Se a temperatura do material na primeira parte do extratorfinal estiver acima do ponto de ebulição do hexano de 62°C, esta deve serreduzida pela pulverização do mesmo com álcool aquoso frio no final da pri-meira seção do extrator final antes de pulverizá-lo com hexano na segundaseção do referido extrator. Para isto, um trocador de calor tem de ser incor-porado no sistema de distribuição de álcool aquoso. A mistura eta-nol/hexano/água resultante pode, então, ser transferida para o separadormostrado na figura e o material proteináceo molhado com solvente pode serdessolventizado, embora exigindo muito menos energia do que quando osúnicos solventes presentes eram etanol e água. Nesta modalidade, o con-densado do dessolventizador compreendendo principalmente o referido sol-vente apoiar e etanol deve também ser tratado no separador mostrado nafigura.
Similarmente, em ainda outra modalidade do processo de acor-do com a invenção, o material proteináceo molhado com etanol é "seco" porlavagem do mesmo com etanol aquoso com uma concentração de etanol depelo menos 80% em peso e preferivelmente de cerca de 95 % em peso se-guida por uma remoção por evaporação de quaisquer solventes presentes.Isto leva a um bagaço com um teor de água baixo que requer menos energiana dessolventização e uma mistura de solvente que pode ser usada paraextrair açúcares do material molhado resultante da etapa d) do processode acordo com a invenção. Outras modalidades junto com asmostradas acima ocorrerão aos versados na técnica; elas fazem parte doprocesso de acordo com a invenção.
Exemplos
Nos experimentos de laboratório que ilustram o processo de a-cordo com a invenção, grãos de soja foram transformados em flocos e osflocos resultantes foram extraídos em um Soxhlet com hexano por 15 horas.Os flocos desengordurados resultantes foram, então, transferidos para umacoluna de vidro (altura 30 cm e 5 cm de diâmetro) equipada com um filtro euma válvula na extremidade inferior e provida com uma camisa liga-da a um banho de óleo. Uma bomba de recirculação coleta o solven-te abaixo do filtro e o reintroduz no topo da coluna para simular apercolação de um extrator industrial. A velocidade de percolação foimedida determinando duração de tempo que o nível de solvente levapara descer de uma marca da coluna para uma inferior.
Após molhar os flocos desengordurados com algum hexano paracompensar qualquer hexano perdido por evaporação e um tempo de drena-gem de alguns minutos, os flocos molhados com hexano foram tratados cometanol com teores variados de água. Após a mistura hexano-etanol ter sidodeixada drenar, os flocos molhados com etanol foram removidos da colunade vidro, postos em um béquer de vidro e postos em contato com o etanolmais diluído a ser usado para a extração de açúcar fazendo-os inchar. Apóso inchamento, os flocos foram transferidos de volta para a coluna e extraídoscom etanol diluído. Esta extração compreendeu oito lavagens com etanoldiluído, cada lavagem durando 20 minutos mais 2 minutos de tempo de dre-nagem. Após a última lavagem, os flocos extraídos foram dessolventizadospor 120 minutos a 85°C e então de um dia para o outro em temperatura am-biente.
Amostras de solvente de extração foram retiradas para determi-nar a perda de açúcares e o rendimento de proteína foi determinado poranálise do material de partida e da amostra final; o teor de nitrogênio foi de-terminado com o uso do método Kjeldahl e o teor de proteína foi calculadode acordo com N x 6,25.
Exemplo 1
Neste exemplo, o efeito do teor de água do etanol aquoso usadopara extrair os açúcares dos flocos desengordurados molhados com etanol éinvestigado. Flocos de soja foram extraídos com hexano, os flocos desen-gordurados molhados com hexano foram lavados com o azeótropo de eta-nol-água por um período de contato de 5 minutos e então extraídos com e-tanol aquoso a uma temperatura de 62,5°C.Tabela 1
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O experimento usando a mistura etanol/água 70/30 foi realizadoem triplicata. A tabela 1 mostra que a reprodutibilidade do experimento não éperfeita e a causa provável é o fato de que matéria prima de diferentes bate-ladas foi usada. Por outro lado, a tabela 1 mostra claramente que aumen-tando o teor de etanol da mistura de solvente de extração pode levar a ummaior rendimento de proteína por causa da solubilidade reduzida da proteí-na. Este alto teor de etanol também leva a uma alta velocidade de percola-ção e pode causar uma pequena redução do rendimento da extração já queum baixo teor de água pode reduzir bem a solubilidade dos açúcares queestão sendo extraídos.
Exemplo 2
Neste exemplo, o efeito do período de contato durante o qual os flocos de-sengordurados molhados com hexano são molhados com etanol é estudadoem várias temperaturas de extração. A razão etanol/água foi de 70/30 emtodos os experimentos.
Tabela 2
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A partir da tabela 2 fica claro que a velocidade de percolaçãoaumenta quando o período de contato é aumentado, mas outros efeitos pa-recém ser menos ambíguos e parecem depender da temperatura, mas avariabilidade do material de partida pode também ter tido participação noresultado.
Claims (17)
1. Processo para preparar um concentrado de proteínavegetal a partir de material vegetal oleaginoso contendo óleo de triglicerí-deos, açúcares e proteína, o referido processo compreendendo as etapasde:a) pré-tratar o material vegetal oleaginoso para abrir as células;b) extrair o material vegetal oleaginoso pré-tratado resultante daetapa (a) em um primeiro extrator com um solvente apoiar para produzir umaprimeira micela contendo óleo e material vegetal desengordurado molhadocom solvente;c) por em contato o referido material vegetal desengorduradocom etanol aquoso com uma concentração de etanol de pelo menos 80%em peso para substituir o solvente apoiar pelo menos parcialmente com eta-nol e produzir uma segunda micela e material vegetal desengordurado mo-lhado com etanol;d) molhar o referido material vegetal desengordurado molhadocom etanol, com etanol aquoso enquanto o referido material vegetal é trans-ferido do referido primeiro extrator para um extrator final;e) extrair o referido material vegetal no referido extrator final comuma corrente de etanol aquoso contendo 50 a 90% em peso de etanol paraproduzir uma terceira corrente de micelas contendo açúcares e um materialproteináceo molhado com solvente;f) dessolventizar o referido material proteináceo molhado comsolvente para produzir um concentrado de proteína vegetal.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1 em que o materialvegetal oleaginoso compreende sementes oleosas que foram pelo menosparcialmente debulhadas antes de serem pré-tratadas na etapa a).
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2,em que o pré-tratamento da etapa a) é realizada por formação de flocos dematerial vegetal.
4. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2,em que o pré-tratamento da etapa a) é realizado por prensagem mecânicado material vegetal.
5. Processo de acordo com a reivindicação 4 em que o materialvegetal que foi prensado mecanicamente é subseqüentemente peletizadoantes de ser extraído na etapa b).
6. Processo de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 5,em que o etanol aquoso usado para contactar o material vegetal desengor-durado da etapa c) possui a composição do azeótropo etanol/água.
7. Processo de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 6,em que o material vegetal desengordurado molhado com etanol resultanteda etapa c) é pelo menos parcialmente dessolventizado.
8. Processo de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 6em que o material vegetal desengordurado molhado com etanol é pelo me-nos parcialmente dessolventizado pela exposição do mesmo a uma pressãosub-atmosférica.
9. Processo de acordo com as reivindicações 1-6 em que o ma-terial vegetal desengordurado molhado com etanol é pelo menos parcial-mente dessolventizado por meios mecânicos.
10. Processo de acordo com quaisquer das reivindicações pre-cedentes em que o material vegetal desengordurado molhado com etanol émolhado na etapa d) com parte da terceira micela que emerge do extratorfinal.
11. Processo de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 5,em que a terceira micela que emerge do extrator final é alimentada a umdecantador fornecendo, assim, um sobrenadante claro e uma lama, sendoque a lama é usada para molhar o material vegetal desengordurado molhadocom etanol da etapa d).
12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes em que o material vegetal desengordurado molhado com etanolé molhado na etapa d) quando está sendo transportado do referido primeiroextrator para o referido extrator final.
13. Processo de acordo com a reivindicação 12, em que o mate-rial vegetal desengordurado molhado com etanol que está sendo molhadona etapa d) é aquecido enquanto está sendo transportado.
14. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes em que uma prensa é usada para reduzir o teor de solvente nomaterial proteinaceo molhado com solvente resultante da etapa e) e em que a torta resultante da prensa é subseqüentemente dessolventizada.
15. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes em que a etapa de dessolventização da etapa f) compreendeum deslocamento pelo menos parcial do solvente presente no material prote-inaceo molhado com solvente resultante da etapa e) por um solvente apoiarseguido por uma remoção por evaporação de quaisquer solventes presen-tes.
16. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes em que a dessolventização da etapa f) compreende um deslo-camento pelo menos parcial do solvente presente no material proteinaceo molhado com solvente resultante da etapa e) por etanol aquoso com umaconcentração de etanol de pelo menos 80% em peso seguido por uma re-moção por evaporação de quaisquer solventes presentes.
17. Concentrado de proteína vegetal produzido por um processocomo definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 16.
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