Processi di Raffinazione

Processi di raffinazione dell'olio grezzo

Si tratta di interventi finalizzati alla rimozione delle sostanze estranee (proteine, gomme, resine, fosfatidi, chetoni, aldeidi) che possono essere presenti sia in sospensione che in soluzione e che possono avere influenza negativa sulla combustione o sul processo di transesterificazione.

Due sono i processi che vengono effettuali per ottenere l'olio raffianto:

la depurazione consiste nella eliminazione di: acqua; impurità in sospensione; mucillagini (gomme),

la raffinazione, invece, mira all'ottenimento del grado qualitativo richiesto dalle diverse applicazioni alimentari o industriali.

Depurazione

E' costituita dalle seguenti fasi:

• sedimentazione;
  
  
• filtrazione;
  
  
• demucillaginazione;
  
  
• centrifugazione;
  
  

che possono essere svolte separatamente o con un certo grado di contemporaneità. Se la depurazione è particolarmente spinta, a volte si parla di pre-raffinazione.

Con la sedimentazione (o centrifugazione) si eliminano i residui di acqua e impurità grossolane (frammenti di semi, farine ecc.). La tecnica prevede l'impiego di apposite centrifughe che, abbreviando i tempi di lavorazione, impediscono l'insorgere di reazioni enzimatiche.

La filtrazione viene ottenuta con filtropresse, trattenendo tutte le sostanze in sospensione non separate con le centrifughe.

La demucillaginazione o degommaggio, dal canto suo, consente di rimuovere: lipidi polari idratabili (fosfolipidi, lipoprotidi, glicolipidi), resine e gomme. Tale trattamento si rende necessario soprattutto negli oli (es.: soia) che presentano substrati ricchi in fosfatidi (lecitine, recuperabili e riutilizzabili in varie preparazioni alimentari come emulsionanti). Neutralizzando (es.: con idrossido di sodio) gli oli grezzi si formano saponi che trattengono frazioni rilevanti di olio neutro. I trattamenti di demucillaginazione possono essere svolti con:

• acido solforico a varie concentrazioni.
  Il processo con acido solforico è il più diffuso. L'acido agisce sulle mucillagini, lipoprotidi, resine e lipocromi provocandone la coagulazione per disidratazione o carbonizzazione. Talvolta si ha anche la formazione di prodotti solubili nella soluzio-ne acquosa acida. La concentrazione dell'acido (1-2% di acido solforico a 66°Bè per oli fluidi a 15-20°C) deve essere tale da non provocare idrolisi, solfonazione o solfatazione della parte glicerica. Il contatto acido-olio deve essere molto breve. Successivamente, occorre diluire con acqua così da interrompere l'azione dell'acido concentrato. Attraverso sedimentazione (e successivi lavaggi con acqua calda per eliminare eventuali residui dell'acido) o centrifugazione si ottiene la separazione delle due fasi;
  
  
• acqua o soluzioni acquose di elettroliti.
  Il trattamento con acqua o soluzione acquose di elettroliti (0,5-2%) determina un rigonfiamento delle lecitine (principali costituenti delle mucillaggini), rendendole insolubili nell'olio. La separazione si ottiene per sedimentazione. Lo stesso risultato può essere conseguito trattando a caldo (50°C) l'olio con soluzioni diluite di idrossido di sodio o di cloruro sodico (soluzioni acquose di elettroliti) e lasciando poi sedimentare;
  
  
• terre adsorbenti.
  Le terre adsorbenti sono applicabili solo in presenza di quantità non elevate di mucillagini. Risultano economicamente valide solo quando le quantità necessarie di adsorbente non supera l'1% della massa di olio. Superando tale limite si incorre in notevoli perdite di olio (trattenuto dal panello di terra o, in alternativa, di carbone attivo).
  
  

Raffinazione
È ottenuta con le seguenti fasi:

• neutralizzazione o deacidificazione;
  
  
• decolorazione;
  
  
• deodorazione;
  
  
• demargarinazione.
  
  

Alcuni impianti, permettono la combinazione di più fasi (es.: deacidificazione in contemporanea con la deodorazione).

La demargarinazione è specifica per alcuni prodotti alimentari (es.: olio di oliva) e permette di eliminare l'eccesso di acidi grassi saturi, rendendo il prodotto finale più stabile alle basse temperature.

La neutralizzazione permette l'eliminazione degli acidi grassi liberi che si formano con l'attività delle lipasi. Queste ultime scindono enzimaticamente i legami estere dei trigliceridi nel periodo di tempo compreso tra la raccolta in campo e la lavorazione, oltre che durante la lavorazione stessa. La necessità del trattamento è legata all'impiego finale dell'olio e potrebbe essere evitato per destinazioni non alimentari. Il processo maggiormente diffuso per semplicità impiantistica consiste nell'impiego di soluzioni acquose (a concentrazione variabile da 15 a 40 °Bè) di sodio idrato (soda caustica) in eccesso del 10% rispetto al normale rapporto stechiometrico. Maggiori quantità di idrato sodico determinano un aumento delle perdite per saponificazione, così come l'elevata presenza di mucilla-gini.

Se l'olio di partenza ha un basso contenuto di mucillagini è possibile effettuare demucillaginazione e neutralizzazione in un solo passaggio. Durante questa ultima fase anche una certa percentuale di olio neutro viene conglobato e trascinato nella massa saponosa (oltre a mucillagini e sostanze estranee). La quantità persa varia in funzione dell'acidità di partenza: con soda, a esempio, si ottengono dei risultati validi se l'acidità iniziale non supera il 15% in acido oleico.

Le perdite di raffinazione vengono espresse tramite un indice di neutralizzazione che esprime la variazione totale di peso subita dall'olio al momento della neutralizzazione di 1 g di acidi grassi liberi. In dettaglio:

Indice di neutralizzazione = (calo di peso di 100 g di olio/ acidità dell'olio in %)

A esempio, considerando: 100 kg d'olio grezzo al 3,1% di acidità prima del trattamento e 94 kg d'olio grezzo allo 0,1% di acidità dopo il trattamento, l'indice di neutralizzazione risulta prossimo a 2.

Ciò sta ad indicare che per ogni grammo di acidi neutralizzati, un grammo d'olio neutro viene trascinato nella parte saponosa.

La perdita totale in olio neutro e sostanze non gliceridiche è, invece, pari a:

Perdita totale = calo di deacidificazione - % di acidità

Dovendo neutralizzare una tonnellata di olio fluido a temperatura ambiente con acidità del 5% espressa in acido oleico, la quantità X di idrato sodico da impiegarsi è pari a:

X = (40*50)/280=7.14 kg

ove:

280 = peso molecolare dell'acido oleico;
40 = peso molecolare dell'NaOH;
50 = kg acido oleico da neutralizzare.

La raffinazione può essere svolta anche in continuo. Il principale vantaggio è dato dalla rapidità (pochi minuti contro alcune ore per i processi discontinui); ma si osservano anche minori perdite di olio neutro. Per contro si ha una maggiore complessità e costi impiantistici elevati.

Tipico esempio è il procedimento Short Mix formato dalle seguenti fasi:

• neutralizzazione con pretrattamento di demucillaginazione;
  
• ri-raffinazione;
  
• lavaggio;
  
• essiccamento sotto vuoto.
  
  

L'impianto è stagno. Il contatto con l'aria, infatti, determina un aumento del numero di perossidi, influendo sulla conservabilità del prodotto finito.

Una soluzione alternativa è il metodo Sharples che opera secondo sei stadi:

• condizionamento mucillagini;
  
• neutralizzazione;
  
• ri-raffinazione;
  
• primo lavaggio;
  
• secondo lavaggio;
  
• essiccazione sottovuoto.
  

Il condizionamento permette la separazione delle mucillagini; la prima raffinazione con soda caustica in dose stechiometrica evita la saponificazione dell'olio neutro; la seconda raffinazione seguita dai lavaggi porta l'olio allo 0,1% di acidità; l'essiccazione elimina l'umidità residua. La raffinazione si ottiene anche con la distillazione a ridotta pressione (raffinazione fisica), che consente di eliminare gli acidi grassi liberi e di deodorizzare l'olio. Il processo è però applicabile a tutte le sostanze grasse e, di regola, si opera su oli con acidità libera medio-alta (5-10%) che non contengono trigliceridi a basso peso molecolare. Permette, comunque, una riduzione dei tempi e dei costi presentando, tuttavia, limiti nei confronti dell'acidità residua (1-1,5%).

L'essicazione finale consente l'allontanamento dell'umidità residua.

La decolorazione o sbiancamento, dal canto suo, permette l'eliminazione della maggior parte di pigmenti (carotenoidi e clorofille) ancora presenti nell'olio. L'olio viene trattato con piccole quantità di terre attivate (0,5-4%) miscelate con carboni attivi (10% delle terre) a temperature di 60-100°C per tempi variabile tra 15 e 30 minuti. La massa (olio+terre+carboni) viene filtrata attraverso una filtropressa. I carboni possono essere recuperati, mentre le terre vengono smaltite.

Con la deodorazione, infine, vengono eliminate le sostanze maleodoranti che possono risultare nocive per l'utilizzo alimentare. Si tratta, in sostanza, di: acidi grassi liberi (presenti nei residui saponosi); composti volatili (aldeidi e chetoni derivanti da processi di ossidazione degli acidi grassi insaturi); caroteni residui; principi tossici naturali (es.: gossipolo nel cotone o isotiocianati nei semi delle Cruciferae). Il trattamento consiste nel passaggio di vapore deareato surriscaldato (200°C) attraverso strati di olio in recipienti sottovuoto.

Un altro trattamento a cui si sottopone l'olio ormai raffinato è il cosiddettto wintering che elimina i trigliceridi con elevato punto di fusione. Tale processo è utile nel caso di oli molto viscosi (palma), mentre è superfluo per gli oli utilizzati normalmente per scopi energetici (colza e girasole).