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Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 36, Nº2, 29 - 39, 2013
Experimental design applied to the oil extraction of the corozo’s kernel (Acrocomia aculeata) América Arveláez, Alberto Mieres Pitre y Carlos Enrique Hernández Escuela de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería, Universidad de Carabobo. Avenida Bolívar 125-39. Valencia, Venezuela. Telefax: 58-241-8674828.
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[email protected] Abstract The study centred on the application of an experimental design for the determination of the most suitable conditions of extraction oil of the corozo’s kernel, to infer from the physicochemical properties of the same one the possible uses. There were in use mature fruits gathered in Boquerón, Carlos Arvelo municipality, Carabobo state, of which there were obtained the kernels that surrendered to a process of conditioning and reduction of size. The extraction oil was realized by two procedures, dragging by steam and extraction with n-hexane, with the purpose of selecting the most suitable method and of applying an experimental design 32 studying the effect on the percentage of extraction oil of the time of extraction, size of particle and the interaction of both. The physicochemical characterization it effect following the limits described in the procedure COVENIN for this type of product. The extraction with nhexane threw major percentages of extracted oil, being the maximum 49.05%, when the size of particle and time of extraction they were 0.65 mm and 5 hours respectively. The oil presented 56.6% of lauric acid, which indicates that it is similar to the oil of coconut and palmiste, being able to be in use in diverse nourishing and industrial applications. Key words: Experimental design, extraction oil, kernel, corozo, Acrocomia.
Diseño experimental aplicado a la extracción de aceite de la almendra del corozo (Acrocomia aculeata) Resumen El estudio se centró en la aplicación de un diseño experimental para la determinación de las condiciones más idoneas de extracción del aceite de la almendra del corozo, para inferir a partir de las propiedades fisicoquímicas del mismo los posibles usos. Se utilizaron frutos maduros recolectados en Boquerón, municipio Carlos Arvelo, estado Carabobo, del cual fueron obtenidas las almendras que se sometieron a un proceso de acondicionamiento y reducción de tamaño. La extracción de aceite se realizó por dos procedimientos, arrastre con vapor y extracción con n-hexano, con la finalidad de seleccionar el método más adecuado y aplicar un diseño experimental 32 estudiando el efecto sobre el porcentaje de extracción de aceite del tiempo de extracción, tamaño de partícula y la interacción de ambos. La caracterización fisicoquímica se efectuó siguiendo los lineamientos descritos en las normas COVENIN para este tipo de producto. La extracción con n-hexano arrojó mayores porcentajes de aceite extraído, siendo el máximo 49,05%, cuando el tamaño de partícula y tiempo de extracción fueron
0,65mm y 5 horas respectivamente. El aceite presentó 56,6% de ácido láurico, lo que indica que es similar al aceite de coco y palmiste, pudiendo utilizarse en diversas aplicaciones alimenticias e industriales. Palabras clave: Diseño experimental, extracción de aceite, almendra, corozo, Acrocomia. Introducción La especie Acrocomia comprende dos especies que están distribuidas desde México hasta Paraguay. El corozo posee muchos nombres y características según la zona de la que provenga la fruta. Pertenece a la especie Acrocomia, que significa en vocablos griegos: Akros: extremidad o fin, y Kome: follaje o cabellera. La palma corozo venezolana (Acrocomia aculeata) posee un tallo espinoso, largo y aéreo de 4 a 16 metros de alto y de 10 a 35 centímetros de diámetro, cubierto con espinas fuertes y largas, hasta de 6 centímetros de largo [1]. Se conoce por estudios preliminares, que la densidad de plantación puede oscilar de 150 a 200 árboles por hectárea. El rendimiento por planta puede variar de dos a diez racimos por año, encontrándose en los mismos de 600 a 900 frutos, los cuales son de forma esférica y con dimensiones aproximadas de 28-49 mm por 26-49 mm. Generalmente hay una semilla por fruto, algunas veces dos y eventualmente 3 semillas por fruto [2]. Datos reportados en el boletín estadístico por la Asociación de Cultivadores de la Palma Africana en Venezuela [3], en el país, las grasas y aceites son parte integral de la alimentación de la población, sin embargo, un poco más del 80% de este rubro es importado, ya sea para el consumo directo o para la elaboración de derivados grasos alimenticios como la mayonesa y la margarina. El mercado venezolano es el segundo en importancia dentro de los países de la Comunidad Andina de Naciones (CAN), con un consumo anual de 530 mil toneladas de aceites y grasas (20 kg por persona al año, aproximadamente), la cual debe importar de otros países de la región para poder suplir la demanda [4]. Ante este panorama, en Venezuela se han venido realizando de forma aislada algunas investigaciones sobre el uso potencial de los frutos de algunas palmas autóctonas, de diferentes regiones del país, como posibles fuentes de alimentos. En este sentido, se ha evaluado fisicoquímicamente el aceite crudo extraído con n-hexano de la almendra del fruto del corozo (Acrocomia aculeata), el cual fue recolectado en “El Chaparro” estado Anzoátegui, determinando a través del perfil de ácidos grasos, su uso potencial en la industria aceitera [5]. También se ha extraído y caracterizado el aceite de la almendra de frutos como la coroba (Jessenia polycarpa Karst) [6] y endospermo del fruto de la palma yagua (Attalea cryptanher) [7], dada la necesidad de explorar nuevas fuentes no tradicionales de producción de aceite. En este sentido, el objetivo de este estudio fue determinar las condiciones de extracción más adecuados aplicando un diseño experimental, así como también evaluar la calidad del aceite obtenido a partir de la almendra del corozo (Acrocomia aculeata) mediante su caracterización fisicoquímica, infiriendo a partir de éstas los posibles usos industriales o alimenticios. Parte Experimental Recolección de las muestras y acondicionamiento Los frutos de la palma fueron recolectados en la región de Boquerón, estado Carabobo, en los meses comprendidos entre enero y marzo. De un total aproximado de 100 palmas se recolectaron 25 frutos maduros por cada palma, los cuales fueron colocados y mezclados aleatoriamente en sacos limpios y libre de humedad, para su transporte y traslados hasta el
laboratorio de Alimentos de la Escuela de Ingeniería Química de la Universidad de Carabobo. Una vez obtenida la materia prima para el análisis, la misma se sometió a un secado ambiental por 5 días, a condiciones de temperatura y humedad relativa de 25°C y 60% respectivamente. Este tratamiento se realizó con la finalidad de lograr eliminar con mayor facilidad el epicarpo y mesocarpo del fruto y por tanto extraer la almendra rápidamente y en forma adecuada. Realizado el secado, se fracturó el epicarpo con la ayuda de un martillo, separándolo del fruto. El resto de los elementos se sometieron a una segunda extracción mecánica para facilitar la extracción manual de la almendra, las cuales se almacenaron en recipientes limpios, en un ambiente refrigerado [8]. La reducción de tamaño de la almendra se realizó, haciéndola pasar por un molino mecánico marca Quaker City Mill, modelo 4-E, de tiempo continuo y 86 rpm, obteniendo diferentes tamaños de partículas ajustando la abertura de los platos reductores. Análisis proximal de la almendra del corozo La caracterización proximal se desarrolló por los métodos recomendados por la normativa COVENIN, haciendo los análisis por triplicado. La Tabla 1, presenta los ensayos realizados y las normas usadas en los mismos.
Extracción del aceite crudo de la almendra del corozo La extracción del aceite se realizó por dos procedimientos, arrastre con vapor y extracción con n-hexano. La primera técnica consistió en poner la muestra de almendra en contacto con vapor de agua, en una relación masa de almendra, masa de agua de 1:2, destilando posteriormente y realizando una separación de las fases formadas (acuosa y orgánica). La fase orgánica se secó y se evaporó el solvente usado, quedando el aceite crudo. La extracción con n-hexano se realizó de acuerdo a la norma COVENIN 3218-1996 [12], utilizando un equipo soxhlet a nivel de laboratorio. Finalmente, se seleccionó el mejor método de extracción en función de los mayores rendimientos obtenidos. Determinación de las condiciones más adecuadas para la extracción del aceite crudo En función de los rendimientos obtenidos preliminarmente con las técnicas evaluadas, se seleccionó la extracción con n-hexano para el estudio experimental de la determinación de las condiciones más idóneas de obtención del aceite crudo de la almendra del corozo. Se seleccionó como variable respuesta el porcentaje de aceite extraído (rendimiento de la extracción), ya que permite cuantificar la eficiencia del proceso. Las variables independientes que se utilizaron
fueron el tamaño de partícula y el tiempo de extracción. La primera de las variables se seleccionó por medio de una batería de tamices (S.U. Standard Sieve Series-A.S.T.M. Specifications), usando tres tamices, con aberturas de 0,65; 1,18 y 1,65 mm. Los tiempos de extracción seleccionados fueron 3, 4, y 5 horas [13], dejando constante la masa de almendra, la cual fue de 5,00 gramos. El tipo de diseño experimental seleccionado fue el diseño factorial, ya que permitió observar la influencia de cada una de las variables en el proceso y la interacción entre ellas. Se realizó una réplica por experimento para estimar errores y corroborar datos, los cuales son más precisos si se expresa como la media de dos valores. El análisis de los resultados obtenidos de las pruebas experimentales se efectúo mediante la ejecución del programa estadístico MINITAB 13.2, el cual permitió hacer el análisis de varianza correspondiente. Caracterización fisicoquímica del aceite crudo de la almendra del corozo Los ensayos fueron realizados por triplicado y siguiendo los lineamientos de las normas COVENIN, cuya descripción se muestra en la Tabla 2.
Resultados y Discusión Análisis proximal de la almendra del corozo En la Tabla 3 presenta los resultados del análisis proximal, donde se aprecia el alto contenido de aceite y proteínas presentes en la almendra. La grasa cruda y el valor de cenizas resultaron similares al encontrado en los estudios realizados en la almendra del corozo proveniente del estado Portuguesa y al del coquito del fruto de la palma africana [8, 21].
La humedad de la almendra del corozo es baja y favorable para la obtención del aceite. La humedad es una variable muy importante en la composición de toda muestra y especialmente si de la misma se extraerá aceite. Por otra parte, se menciona que cada semilla tiene un óptimo de humedad, que debe ser conocido si se pretenden obtener buenos resultados en la extracción, pero que valores alrededor de 9% son buenos para la mayoría de las oleaginosas. Una humedad por encima de 9% representa disminución de la efectividad de la extracción debido a la formación de emulsiones entre el agua y la grasa, en la superficie de las partículas, lo que impide que el solvente extractor penetre las fibras de la almendra y solubilice al aceite [22]. Con respecto al contenido de proteínas, la almendra de corozo que se evaluó cuyos frutos provienen de Boquerón, municipio Carlos Arvelo del estado Carabobo, presentó un porcentaje similar al determinado para la almendra del mismo fruto proveniente del estado Anzoátegui [5]; pero menor que el valor encontrado para la almendra del corozo del estado Portuguesa, el cual fue de 17,23% [8]. Estas diferencias son atribuibles a los periodos de recolección del fruto y a las condiciones ambientales donde se desarrollaron las palmas, ya que presentan condiciones climáticas diferentes. Otros estudios relacionados con almendras de frutos como la coroba (palma autóctona venezolana) y palma africana, indican que sus valores de proteínas son de 9,10% y 9,14% respectivamente [6, 21], reflejando un menor contenido con respecto al corozo evaluado. De acuerdo al nivel de carbohidratos y proteínas encontrados para la almendra, la misma puede ser aprovechada como alternativa para la elaboración de alimentos concentrados, bien sea, para el consumo animal o humano, sustituyendo a las harinas de coco y palmiste (coquito del fruto de la palma africana) actualmente utilizadas en la fabricación de estos productos [23]. Selección del método de extracción de aceite Los rendimientos obtenidos tras la aplicación de las técnicas de extracción de aceite fueron de 1,03% y 42,90% para la extracción con arrastre con vapor y con solvente respectivamente. Esta diferencia se debe a que se da un mejor proceso difusional del aceite presente en la almendra con el hexano, dado principalmente por la afinidad química que ambos presentan [22]. Diseño experimental aplicado
En la Tabla 4 se observan los porcentajes de aceite extraído para los diferentes tiempos y tamaños de partículas seleccionados en el diseño de experimento.
Mediante el programa estadístico MINITAB se obtuvo el análisis de varianza cuyos resultados se muestran en Tabla 5. Se observan los grados de libertad (DF); la suma de los cuadrados (SS); media de los cuadrados (MS), factor de Fischer (F) y nivel de significancia (P) para los factores estudiados: tamaño de partícula (A), tiempo de extracción (B) y la interacción de ambos (A*B). Los factores analizados de forma individual, así como la interacción de éstos, afectan significativamente (P<0,005) el porcentaje de aceite extraído, obteniéndose un rendimiento máximo de 49,05% (promedio de las mediciones), con un tiempo de 5 horas y un tamaño de partícula de 0,65 mm.
Las investigaciones sobre el rendimiento de la extracción de aceite de la almendra del corozo del estado Anzoátegui y coroba, arrojaron como resultados rendimientos de 53,13% y 54,50% respectivamente [5, 6], lo que refleja mayores niveles de grasas en las almendras de estos frutos con respecto al analizado en este estudio. Caracterización fisicoquímica del aceite crudo de la almendra del corozo Las propiedades fisicoquímicas del aceite de la almendra del corozo de frutos provenientes de Boquerón, municipio Carlos Arvelo del estado Carabobo, se encuentran dentro de lo esperado para este tipo de aceite [5-8], igualmente es comparable con los aceites de coco y palmiste [5, 8]. La Tabla 6 muestra los resultados de la evaluación de las propiedades fisicoquímicas del aceite de la almendra del corozo; el valor obtenido de acidez libre, expresada como porcentaje de ácido oleico, es superior al valor reportado en la norma COVENIN 2185-1999 [24], la cual establece un máximo de 0,1% para el aceite refinado de coco; lo que indica que el fruto pudo haber sufrido ataques de hongos u otros microorganismos que favorecieron la hidrólisis enzimática y la formación de ácidos grasos libres (AGL). Esto sugiere que el aceite crudo obtenido debe ser sometido a un proceso de refinación para reducir hasta niveles aceptables, el contenido de los AGL [25]. El índice de peróxido, el cual es una medida del grado de rancidez oxidativa, está por debajo del máximo estipulado por la norma, que establece un máximo de 5 meq O2/kg para un aceite refinado de coco [24].
El índice de saponificación es alto, 241,9 g KOH/kg., lo cual es un indicio de la longitud de la cadena, esto lo hace muy apreciable para la fabricación de jabones. El índice de yodo, 16,50 cgI2/g es bajo, indicativo de que el aceite posee pocas insaturaciones en su composición, lo que se confirmó con el perfil de ácidos grasos. En la Tabla 7, se muestra el perfil de ácidos grasos del aceite de la almendra del corozo. Allí se observa que los ácidos grasos predominantes son el láurico con 56,6%, seguido del mirístico 15,5%, y oleico 10,6%; composición muy semejantes a los aceites de coco y palmiste [5, 8, 21], caracterizados por un contenido elevado en ácidos grasos saturados, lo cual los hace estables a los diversos mecanismos oxidativos de deterioro, confiriéndoles propiedades importantes para aplicaciones alimenticias, debido a que son de bajo peso molecular y bajo grado de insaturación, por lo que constituyen valiosas grasas comestibles para ciertas finalidades.
En la actualidad los productos basados en aceite de palmiste, siendo éste también rico en ácido láurico; se les usa en panaderías, elaboración e imitación de cremas, cremas vegetales, emulsiones alimenticias, entre otros [26], pudiendo recomendarse al aceite de la almendra de corozo como sustituto o complemento del aceite de palmiste, en los productos antes señalados. Con respecto al potencial nutricional de los aceites ricos en ácido láurico (C12:0), como el de la almendra del corozo, se han realizado pruebas sobre la lipoproteína sérica en seres humanos y su efecto en el colesterol, comparando el consumo de grasas sólidas ricas en ácido láurico y grasas sólidas ricas en ácidos grasos trans. La investigación ha arrojado como resultado que el consumo de grasas con alto contenido en ácido láurico, es más favorable sobre el colesterol sérico total, que el consumo de grasas hidrogenadas ricas en ácidos grasos trans, como la obtenida a partir del aceite de soya [27]. Conclusiones La técnica de extracción con hexano, resultó ser mejor que la de arrastre con vapor, ya que se obtiene mayor porcentaje de aceite extraído. El tiempo de extracción, tamaño de partícula y la
interacción de ambos, influyen significativamente en el porcentaje de aceite obtenido, para un nivel de significación del 5%. La almendra contiene cantidades apreciables de proteínas y carbohidratos, aspectos que realzan su valor nutricional como componente en la elaboración de alimentos balanceados para consumo humano y animal. Las características fisicoquímicas y perfil de ácidos grasos del aceite extraído son muy semejantes a las del aceite de la almendra del corozo de los estados Anzoátegui y Portuguesa, igualmente similar al de coco y palmiste, pudiendo sustituirlos en diversos productos industriales y alimenticios, donde éstos se usen. Referencias Bibliográficas 1. Hoyos, J. y Braun, A.: “Palmas en Venezuela”. Caracas: Editorial Sociedad de ciencias naturales La Salle, Caracas, 2002. [ Links ] 2. Hayes, G.P.: “Manual de Datos para Ingeniería de Alimentos”. Editorial Acribia, S.A., Zaragoza, España, 2001. 3. Asociación Venezolana de Cultivadores de Palma Aceitera.: “Boletín Estadístico Sector Oleaginosas, Aceites y Grasas del año 2006”, Caracas, Venezuela, 2007. 4. Rodríguez, D.: “Situación y Perspectiva de la Industria de Aceites y Grasas en la Comunidad Andina de Naciones (CAN)”. Revista Aceites y Grasas, Vol. 1, No 67 (2007) 1-2. 5. Belén D., López I., García D., González M., Moreno M. y Medina C.: “Evaluación Fisicoquímica de la Semilla y Aceite de la Semilla del Corozo (Acrocomia aculeata Jacq.)”. Revista Grasas y Aceites, Vol. 56, No 4 (2005) 311-316. 6. Belén D., Herrera S., Castillo A., Moreno M., García D. y Medina C.: “Características Físicas y Químicas del Fruto de la Coroba (Jessenia polycarpa Karst): Una Especie Oleaginosa de Venezuela”. Revista Grasas y Aceites, Vol. 56, No 4 (2005) 317-323. 7. García D., González J., Moreno M., Belén D., Medina C. y Linares O.: “Características Fisicoquímicas del Aceite del Endospermo de la Palma Yagua (Attalea cryptanher)”. Revista Grasas y Aceites, Vol. 57, No 3 (2006) 308-312. 8. Hernández C. y Mieres A.: “Extracción y Purificación del Aceite de la Almendra de la Palma Corozo (Acrocomia aculeata)”. Revista Ingeniería UC, Vol. 12, No 1 (2005) 68-75. 9. Comisión venezolana de normas industriales COVENIN 1156-1979.: “Determinación de la Humedad”. Ministerios de industrias ligeras y comercio-COVENIN. Venezuela, 1979. 10. Comisión venezolana de normas industriales COVENIN 1155-1979.: “Determinación de Cenizas”. Ministerios de industrias ligeras y comercio-COVENIN. Venezuela, 1979. 11. Comisión venezolana de normas industriales COVENIN 1195-1980.: “Determinación de Nitrógeno y Proteínas”. Ministerios de industrias ligeras y comercio-COVENIN. Venezuela, 1980. 12. Comisión venezolana de normas industriales COVENIN 3218-1996.: “Aceites y grasas vegetales. Extracción de Aceite con Solvente”. Ministerios de industrias ligeras y comercioCOVENIN. Venezuela, 1996.
13. Soriano E.: “Evaluación de la Obtención del Aceite de la Almendra de Coroba (Jessenia Polycarpa Karst) Empleando Dos Métodos de Extracción”. Trabajo Especial de Grado. Escuela de Ingeniería de Química, Universidad de Carabobo, Valencia, Venezuela, 2002. 14. Comisión venezolana de normas industriales COVENIN 703-2001.: “Aceites y grasas vegetales. Determinación de la Densidad Relativa.” Ministerios de industrias ligeras y comercioCOVENIN. Venezuela, 2001. 15. Comisión venezolana de normas industriales COVENIN 702-2001.: “Aceites y grasas vegetales. Determinación del Índice de Refracción”. Ministerios de industrias ligeras y comercio-COVENIN. Venezuela, 2001. 16. Comisión venezolana de normas industriales COVENIN 323-1998.: “Aceites y grasas vegetales. Determinación del Índice de Saponificación”. Ministerios de industrias ligeras y comercio-COVENIN. Venezuela, 1998. 17. Comisión venezolana de normas industriales COVENIN 324-2001.: “Aceites y grasas vegetales. Determinación del Índice de Yodo”. Ministerios de industrias ligeras y comercioCOVENIN. Venezuela, 2001. 18. Comisión venezolana de normas industriales COVENIN 2281-2002.: “Aceites y grasas vegetales. Perfil de Ácidos Grasos”. Ministerios de industrias ligeras y comercio-COVENIN. Venezuela, 2002. 19. Comisión venezolana de normas industriales COVENIN 325-2001. “Aceites y grasas vegetales. Determinación de la Acidez Libre”. Ministerios de industrias ligeras y comercioCOVENIN. Venezuela, 2001. 20. Comisión venezolana de normas industriales COVENIN 508-2001. “Aceites y grasas vegetales. Determinación del Índice de Peróxido”. Ministerios de industrias ligeras y comercioCOVENIN. Venezuela, 2001. 21. Vargas E. y Zumbado M.: “Composición de los Subproductos de la Industrialización de la Palma Africana Utilizados en la Alimentación Animal en Costa Rica”. Revista Agronomía Costarricense, Vol. 27, No 1 (2003) 7-18.
22. Mattil K., Norris F., Sxirton A. y Swern D.: “Bailey’s Industrial Oil and Fat Products”. Interscience Publishers, New York, 2005. 23. Normas de la Fundación Española para el Desarrollo de la Nutrición Animal (FEDNA).: “Formulación de Piensos Compuestos”. España, 1999. 24. Comisión venezolana de normas industriales COVENIN 2185-1999. “Aceites y grasas vegetales. Grasa Comestible de Coco”. Ministerios de industrias ligeras y comercio-COVENIN. Venezuela, 1999. 25. Badui S.: “Química de los Alimentos”. Longman de México Editores. México, 2006. 26. Carr N. y Hogg W.: “A Manufacturer’s Perspective on Selected Palm-Based Products”. Asia Pacific Journal of Clinical Nutrition, Vol. 14, No 4 (2005) 381-386.
27. De Roos N., Schouten E. y Katan M.: “Human Nutrition and Metabolism: Consumption of a Solid Fat Rich in Lauric Acid Results in a More Favorable Serum Lipid Profile in Healthy Men and Women than Consumption of a Solid Fat Rich in Trans Fatty Acids”. Journal of Nutrition, Vol. 131, No 2 (2001) 242-245.