PT776357E - Modificacao de oleos - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO “MODIFICAÇÃO DE ÓLEOS”

Os processos de fraccionamento a seco para fraccionar gorduras, descritos na técnica anterior, assentam todos na utilização de um sistema que compreende um permutador de calor para o óleo inicial, um cristalizador para o óleo obtido a seguir à permuta de calor e uma prensa filtrante onde os cristais são separados dos componentes líquidos.

Devido às condições aplicadas durante estes processos conhecidos de fraccionamento a seco, os produtos contêm grandes quantidades de cristais cineticamente instáveis. Além disso, esses processos conhecidos exigem níveis elevados de subarrefecimento, o que faz com que os processos sejam difíceis de regular. Em consequência do que se disse, os produtos não são substâncias óptimas sob o ponto de vista da filtração, daí resultando rendimentos exíguos e uma diminuta eficiência de separação.

Seria bastante vantajoso se houvesse um processo de fraccionamento a seco que não tivesse os inconvenientes supramencionados.

Efectuámos um estudo com o intuito de descobrir se seria possível desenvolver um tal processo. Esse estudo teve como consequência um processo (semi-)contínuo de fraccionamento a seco, exequível sob o ponto de vista económico, para a cristalização de moléculas gordas polimórficas. Assim sendo, a nossa invenção diz respeito a um processo para a cristalização de moléculas gordas polimórficas num processo pseudoestacionário, em que a cristalização é realizada num sistema de fraccionamento a seco mediante a selecção e o ajustamento do caudal, do fluxo da quantidade de movimento e da temperatura, de tal modo que a forma cristalina do produto seja uma forma cristalina cineticamente estável, sendo mantido simultaneamente durante a cristalização um valor σ inferior a 0,5, de preferência inferior a 0,3 e mais preferencialmente compreendido entre 0,001 e 0,2, durante um período não inferior a 12 horas, em que: 1

U, σ = 1--^-

SE sendo Sc a percentagem de sólidos no cristalizador à temperatura de cristalização; e sendo SE a percentagem de sólidos após estabilização durante 48 horas à temperatura de saída do cristalizador.

Assim, para se medir o valor SE retira-se uma amostra do cristalizador no instante correspondente às 0 horas e mantém-se durante 48 horas à temperatura final do cristalizador, sem agitação. No instante t=48 horas mede-se a percentagem de sólidos na amostra por RMM oscilatória.

Parta a medição do valor Sc efectua-se a medição dos sólidos no cristalizador imediatamente antes de o material seguir para a fase de compressão. 0 instante t=0 horas é considerado como o momento em que o material pela primeira vez sai do cristalizador para a fase de compressão.

Se os valores de Sc e SE estiverem bastante próximos pode suceder, devido a razões provocadas por erros experimentais, que sejam tais que SE < Sc pelo que daí resulta um valor de σ negativo.

0 processo anterior de acordo com a presente invenção é executado de tal modo que o sistema se mantenha sempre próximo do seu equilíbrio, o que permite obter consequentemente níveis elevados de cristais mais estáveis sob o ponto de vista cinético. 0 processo é executado melhor mantendo o material em agitação muito lenta durante o passo de cristalização. Em consequência, é mais fácil filtrar os cristais e é possível obter uma produção óptima com elevados rendimentos e com uma alta eficiência de separação.

Define-se uma forma cristalina cineticamente estável como sendo qualquer forma cristalina que nas condições de processo e em estado estacionário não mude substancialmente durante o processo, podendo portanto abranger a forma cristalina termodinamicamente estável. 2 V ^^ y

Consegue-se outra vantagem aplicando o nosso processo novo a gorduras polimórficas. As gorduras obtidas de acordo com o nosso processo novo contêm mais cristais β estáveis do que os produtos obtidos pelos processos convencionais (que contêm muito mais cristais β1) . As gorduras polimórficas são gorduras que podem cristalizar sob diferentes formas cristalinas. 0 processo supramencionado pode ser executado como um processo pseudoestacionário durante mais de 24 horas, de preferência durante mais de 48 horas, podendo mesmo ser conseguido um período de mais de 60 horas.

Para que o processo referido supra seja executado, a gordura deve ser mantida no cristalizador durante um período mínimo de residência (τ) . Os períodos de residência adequados são os valores de τ superiores a 1 hora, de preferência superiores a 4 horas e mais preferencialmente superiores a 12 horas, sendo o período de residência (τ) definido pela expressão: volume do cristalizador τ = caudal médio

Define-se o caudal médio como sendo o volume total do material que sai do cristalizador durante uma experiência, dividido pelo tempo total de duração da experiência (a começar no instante t=0).

Para que os valores de σ referidos antes sejam alcançados é conveniente trabalhar com um cristalizador cujo volume seja mais de 2 vezes, de preferência mais de 3 vezes, mais preferencialmente mais de 5 vezes a capacidade (volume) do separador utilizado. De forma muito conveniente, são utilizados cristalizadores com um volume superior a 10 m3, de preferência superior a 30 m3 e mais preferencialmente superior a 60 m3. A utilização dos volumes supramencionados para o cristalizador e para o separador (ou prensa filtrante) faz com que (tendo em consideração a duração do processo) apenas um volume limitado de óleo pré-cristalizado seja transportado do cristalizador para prensa filtrante. Isto faz aumentar o período disponível para residência 3 t u do óleo no cristalizador, fazendo pois com que seja possível uma grande aproximação às condições de equilíbrio.

Devido à condição anteriormente referida, a gordura separada, enquanto produto, irá estar numa forma cristalizada cineticamente estável. Significa isto que ao ser utilizada uma gordura polimórfica do tipo SOS, haverá nessa gordura mais de 25%, de preferência mais de 45% e mais preferencialmente mais de 60% de gordura sólida na forma cristalina polimórfica β.

Como exemplos de gorduras que é possível utilizar adequadamente refere-se as gorduras seleccionadas entre o conjunto constituído por óleo de palma, oleína do óleo de palma, cshea’, óleo de girassol de elevado teor oleico, estearina do óleo de palma, óleo de Faseoláceas de elevado teor esteárico, gorduras vegetais endurecidas, gorduras interesterificadas enzimaticamente, gorduras interesterificadas quimicamente ou suas misturas.

Uma vantagem importante do processo de acordo com a invenção é o facto de poder ser controlado seleccionando e ajustando apenas o caudal, o fluxo de quantidade de movimento e a temperatura.

As condições típicas que é possível aplicar para fraccionar a seco a oleína do óleo de palma são, v.g.: a temperatura do óleo inicial: 50°C a temperatura do óleo depois da permuta de calor: < 20°C a temperatura do óleo no fim do cristalizador: < 15°C a temperatura do óleo na prensa filtrante: < 15°C o caudal no permutador de calor: 6 m3/h o caudal pelo menos num dos cristalizadores: 3 m3/h o volume do cristalizador: 54 m3 o volume da prensa filtrante: 4 m3 (capacidade total: 5-7 irfj , pelo que: τ = 18 horas,

Sc aplicado: 20-30% SE aplicado: 25-35%, pelo que: σ mantém-se num valor entre 0,14 e 0,25.

Trabalhando nas condições referidas anteriormente, é possível fraccionar oleína de óleo de palma, dando origem a uma fracção da 4

U parte de cima (rendimento de 50%) e a uma fracção da parte de baixo (rendimento de 50%).

Tal processo pode ser executado durante 60 a 70 horas sem que haja problemas de incrustação, estabilidade das lamas, forma poli-mórfica ou viscosidade.

Exemplo I

Utilizou-se uma oleina de óleo de palma fraccionada a seco como material de partida. Este óleo tinha um valor I.V. = 55,9; um teor em gorduras sólidas (determinado por RMN oscilatória) a 20°C =5,0 e continha 35,9% em peso de triglicéridos SOS. (S = ácidos gordos Cie + Cis saturados; 0 = ácido oleico) .

Fraccionou-se o óleo introduzindo num cristalizador um volume de 10 L que foi agitado lentamente (10 r.p.m.). Arrefeceu-se o óleo, de acordo com o regime seguinte: 1 hora a 50°C, arrefecimento de 50°C para 31°C em 9 horas, 1 hora a 31°C, arrefecimento de 31°C para 29°C em 2 horas, arrefecimento de 29°C para 25°C em 40 horas, arrefecimento de 25°C para 14°C em 11 horas, arrefecimento de 14°C para 13,5°C em 5 horas.

Foram realizadas 3 passagens pela prensa. No quadro I estão indicadas as quantidades de materiais removidos em cada prensagem. A seguir a cada remoção introduziu-se na cristalizadora, no estado liquido e à temperatura de 13,5°C, a mesma quantidade de material de partida.

As condições de prensagem foram: 0-24 bar em 2 horas (aumento linear) , seguindo-se 1 hora a 24 bar. A temperatura de prensagem em todas as experiências foi a temperatura observada no cristalizador no instante em que o material seguiu para a prensa. 5

I

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Quadro I #1 #2 #3 Tempo (h) 0 21,5 45,5 Sc {%) 23,3 22,2 25,7 SE (%) 29,0 29, 0 29, 0 σ 0,20 0,23 0,11 Peso da massa retirada em cada prensagem(g) 455 457 452 τ (ao fim de 3 prensagens) (h) 300 Eficiência do passo executado na prensa (%) 49, 6 51,1 50,3 Quantidade percentual de estearina (%) 47,5 53,4 54,2 Qualidade de oleina IV 64,2 66,4 67, 6 NO 8, 6 5,4 3,6 Qualidade da estearina SOS 52,0 50,9 52,0 (40 h/20°C) N20 47,6 47,1 49,3

Tanto a oleína como a estearina são de boa qualidade.

Exemplo 2

Submeteu-se a estearina obtida no exemplo 1 a um fraccionamento a seco. Foram aplicadas as condições seguintes: volume do cristalizador: 10 L mecanismo de agitação a trabalhar a 10 r.p.m., programa de arrefecimento: 1 hora a 70°C, arrefecimento de 70°C para 30°C em 4 horas, arrefecimento de 30°C para 27,2°C em 4 horas, 8 horas a 27,2°C, arrefecimento de 27,2°C para 26,2°C em 33 horas.

Foram realizadas 4 passagens pela prensa. No quadro 2 estão indicadas as quantidades de materiais retirados e acrescentados em 6 U, t cada prensagem. Os materiais acrescentados estavam a uma temperatura de 26,2°C.

Condições de prensagem: 0-24 bar em 2 horas, 1 hora a 24 bar. A temperatura da prensa em todas as experiências foi igual à temperatura do cristalizador no momento em que o material seguiu para a prensa.

Quadro 2 #1 #2 #3 #4 Tempo (h) 0 24 48 72 Sc (%) 18,4 19,2 19,0 18,0 SE (%) 21,1 21,1 21,1 21,1 σ 0,13 0,09 0,10 0,15 Peso da massa retirada em cada prensagem(g) 358 388 368 346 τ (ao fim de 3 prensagens) (h) 450 Eficiência do passo executado na prensa (%) 42, 6 43,9 44,2 43,1 Quantidade percentual de estearina (%) 58,1 54,1 53,3 54,0 Qualidade da estearina SOS (%) 72,0 73,4 72, 6 71,8 (40 h/26°C) N2C 72,8 74,9 75,0 73,5 Qualidade da oleina SOO 17,5 16,4 16,3 16,0

Tanto a estearina como a oleina são de boa qualidade.

Exemplo 3

Repetiu-se o exemplo 2. No entanto, ajustou-se o valor de σ para 0,73 por adição de uma quantidade suficiente de estearina recente a 7 uma temperatura de 26,2°C. Esta operação foi realizada juntando 1081 g da estearina liquida recente a 512 g do óleo # 4 com σ = 0,15.

Depois da passagem pela prensa o produto obtido não era bom. O exemplo anterior prosseguiu. No entanto ajustou-se a temperatura do cristalizador para 23,0°C, dai resultando um valor Sc = 19,2% e um valor σ = 0,09. O momento em que o material seguiu para a prensa é agora o instante t=0. O produto resultante desta passagem pelo prensa mais um vez não era bom, tendo-se concluído que o período de duração desta operação, embora o valor de σ estivesse no intervalo adequado, era inferior a 12 horas.

Os resultados obtidos podem ser resumidos do modo seguinte: t=0 horas no momento em que fizemos a prensagem com σ aproxi-madamente igual a 0,7, temperatura no cristalizador = 26,2°C, prensagem a 0 - 24 bar em 3 horas mais 1 hora a 24 bar. A temperatura na prensa foi também de 26,2°C. t=0 horas no instante em que se fez a passagem pela prensa com σ aproximadamente igual a 0,1, temperatura no cristalizador = 23,0°C, prensagem a 0 - 24 bar em 2 horas mais 1 hora a 24 bar. A temperatura na prensa foi também de 23,0°C.

U

Quadro 3 #1 #2 Tempo (h) 0 0 Sc (%) 5,8 19,3 SE (%) 21,1 21,1 σ 0,73 0,09 Peso da massa retirada em cada prensagem (g) Peso da massa removida (g) 416 360 τ (h) 7,5 (cristalizador 28 (cristalizador de 3 L) de 10 L) Eficiência do passo executado na prensa (%) 18,9 38,2 Quantidade percentual de estearina (%) 59,1 78,5 Qualidade da estearina SOS (%) 62,9 64,0 (40 h/26°C) N20 58,1 59,6 Qualidade da oleina SOO 12, 6 16,3

Em nenhuma das duas prensagens foi boa a qualidade da estearina. (Os níveis de SOS e N20 são muito baixos) .

Exemplo 4

Efectuou-se um fraccionamento de uma estearina de óleo de palma com: IV = 31,8 ponto de fusão ao deslizamento = 51,3°C SSS = 33,3%.

Pormenores experimentais:

Volume do cristalizador: 3 litros, mecanismo de agitação a trabalhar a 10 r.p.m., programa de arrefecimento: 1 hora a 70°C,

CS arrefecimento de 70°C para 52°C em 1 hora, arrefecimento de 52°C para 42°C em 10 horas.

Foram efectuadas quatro passagens pela prensa. No quadro 4 estão indicadas as quantidades de materiais retirados e acrescentados em cada prensagem. Os materiais acrescentados no estado liquido estavam a iima temperatura de 50°C, pois se assim não fosse a estearina do óleo de palma não estaria no estado liquido.

Prensagem: 0-24 bar durante 1 hora, seguindo-se 30 minutos a 24 bar. A temperatura de prensagem foi de 42°C.

Quadro 4 #1 #2 #3 #4 Tempo (h) 0 24 48 120 Sc (%) 14,1 14, 8 15,2 15,9 SE (%) 14,7 14,7 14,7 14,7 σ 0, 04 - 0,01 - 0,03 - 0,08 Peso da massa retirada em cada prensagem(g) 131 130 139 157 τ (ao fim de 4 prensagens) (h) 560 Eficiência do passo executado na prensa (%) 68,0 66,8 67,4 66, 5 Quantidade percentual de estearina (%) 34,4 34, 6 34,7 33,8 Qualidade da estearina Cl 6 82,9 82,6 82,5 82,1 IV 10,8 9,6 9,9 10,1 p.f. 59,8 59,6 59, 6 59,1 Qualidade da oleina SOO 14, 6 14,3 14,3 13,9

Tanto a estearina como a oleina são de boa qualidade. Γ

Exemplo 5

Fraccionou-se óleo de soja endurecido, com um ponto de fusão p.f. = 39°C, em duas fracções (uma fracção A da parte de cima e uma fracção B oleinica). 0 óleo de soja endurecido tinha os seguintes valores N: N20 = 68, 6 N30 30,6 N35 = 10,9

Pormenores experimentais: capacidade do cristalizador: 10 litros mecanismo de agitação a trabalhar a 10 r.p.m., programa de arrefecimento: 1 hora a 70°C, arrefecimento de 70°C para 40°C em 5 horas, arrefecimento de 40°C para 33°C em 7 horas. A temperatura final é decidida pela qualidade da fracção A da parte de cima.

Foram efectuadas três passagens pela prensa. No quadro 5 estão indicadas as quantidades de materiais retirados e acrescentados em cada prensagem. Os materiais acrescentados no estado liquido estavam a uma temperatura de 40°C, para se garantir a possibilidade de vazamento.

Prensagem: 0-24 bar em 2 horas, mais 1 hora a 24 bar.

Temperatura de prensagem = 33°C. 11 Γ u

Quadro 5 #1 #2 #3 Tempo (h) 0 24 44 Sc (%) 13,3 12, 6 14,1 SE (%) 13,3 13,3 13,3 σ 0 0,05 -0, 06 peso da massa retirada em cada prensagem(g) 469 505 453 τ (ao fim de 4 prensagens) (h) 290 Eficiência do passo executado na prensa (%) 76,4 71,2 70,0 Quantidade percentual de A (%) 20,5 22,2 24,7 Qualidade de A N35 75,1 72,8 69,5 ponto de deslizamento 46,7 45,0 44,7 Qualidade da oleina B N20 ~ N35 53,3 53,1 51,4

Tanto A como B são de boa qualidade.

Exemplo 6

Efectuou-se o fraccionamento de uma fracção de oleina do óleo de palma, com os seguintes dados analíticos: IV = 57,5 SOS = 33,5% N20 = 3,9%

Pormenores experimentais: capacidade do cristalizador: 220 L, conteúdo de 200 kg de massa, mecanismo de agitação a trabalhar à velocidade de 4 r.p.m., programa de arrefecimento: 1 hora a 60°C, arrefecimento de 60°C para 30°C durante 5 horas, 12 Γ -7 arrefecimento de 30°C para 25 °C durante 10 horas, arrefecimento de 25°C para 20 °c durante 20 horas, arrefecimento de 20°C para 15 °c durante 10 horas, 12 horas a 15°C, arrefecimento de 15°C para 14,4°C durante 5 horas.

Foram efectuadas cinco passagens pela prensa. No quadro subsequente estão indicadas as quantidades de materiais retirados em cada prensagem. A seguir a cada remoção introduziu-se no cristalizador a mesma quantidade de material no estado liquido e à temperatura de 14,4 °C. O volume da prensa pode variar entre 10 e 50 litros. A prensa é de tipo prensa de membrana filtrante.

Perfis de prensagem

Prensagens 1, 2 e 3: 0-20 bar durante 50 minutos (aumento linear), seguindo-se um período de 10 minutos a 20 bar;

Prensagens 4 e 5: 0-24 bar durante 50 minutos (aumento linear), seguindo-se um período de 10 minutos a 24 bar. A temperatura de prensagem na totalidade das 5 passagens pela prensa foi igual à temperatura do cristalizador no instante em que o material seguiu para a prensa. Nesta experiência foi de 14,4°C. 13 #1 #2 #3 #4 #5 Tempo (h) 0 4 24,5 28,5 46,5 Sc (%) 24,7 22,6 22,4 19,8 21,7 Ss (%) 21,8 21, 8 21, 8 21,8 21,8 σ -0,13 -0, 04 -0,03 0,09 0, 005 Peso da massa removida em cada prensagem(kg) 16,7 21,7 11,2 11,7 13,8 τ (ao fim de 5 prensagens) (h) 3 Eficiência do passo executado na prensa (%) 49,7 49,4 45, 0 44,7 44, 9 Quantidade percentual de estearina (%) 45,8 41,4 52, 0 53,5 50, 9 Qualidade da estearina IV 65.5 63.9 64.9 63.6 67.4 NO 8.4 12.0 9.0 11.0 7.0 Qualidade da estearina SOS 49, 0 50, 8 47,7 45,8 51,5 (40 h/20°C) 49,9 54,1 43,9 46,4 46,7 n20

Tanto a oleina como a estearina são de qualidade aceitável.

Lisboa, 13 de Dezembro de 2000

O AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL

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Claims (6)

1. V

   REIVINDICAÇÕES 1. Processo para a cristalização de moléculas de gorduras poli-mórficas num processo pseudoestacionário, em que a cristalização tem lugar num sistema de fraccionamento a seco mediante a selecção e o ajustamento do caudal, do fluxo de quantidade de movimento e da temperatura, de tal modo que a forma cristalina do produto seja uma forma cristalina cineticamente estável, ao mesmo tempo que se mantém durante a cristalização o valor σ inferior a 0,5, de preferência inferior a 0,3 e mais preferencialmente compreendido entre 0,001 e 0,2, durante um período não inferior a 12 horas, em que:

   sendo Sc a percentagem de sólidos no cristalizador à temperatura de cristalização, e sendo SE a percentagem de sólidos após a estabilização durante 48 horas à temperatura de saída do cristalizador.
2. 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, o qual é executado de forma pseudoestacionária pelo menos durante 24 horas, de preferência pelo menos durante 48 horas e mais preferencialmente pelo menos durante 60 horas.
3. 3. Processo de acordo as reivindicações 1 a 2, em que o período de residência τ da gordura no cristalizador é superior a 1 hora, de preferência é superior a 4 horas e mais preferencialmente é superior a 12 horas, sendo τ definido pela expressão: volume do cristalizador τ = -. caudal médio
4. 4. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 3, em que se utiliza um cristalizador cuja capacidade é mais de 2 vezes, de preferência 1 é mais de 3 vezes e mais preferencialmente é mais de 5 vezes o volume do separador utilizado.
5. 5. Processo de acordo com a reivindicação 4, em que a capacidade do cristalizador é superior a 10 m3, de preferência é superior a 30 m3 e mais preferencialmente é superior a 60 m3.
6. 6. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 5, em que a gordura é seleccionada entre o conjunto constituído por óleo de palma, oleína do óleo de palma, ‘shea’, óleo de girassol de elevado teor oleico, estearina do óleo de palma, óleo de Faseoláceas de elevado conteúdo esteárico, gordura vegetal endurecida, gorduras interesterificadas enzimaticamente, gorduras interesterificadas quimicamente ou suas misturas. Lisboa, 13 de Dezembro de 2000 0 AGENTE OEÍCÍAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL

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