Estrazione

Estrazione

Le sostanze grasse sono presenti nelle cellule vegetali o animali, e sono sempre accompagnate da una matrice proteica che le supporta; i semi contengono sostanze grasse, come riserva di energia disponibile per la riproduzione, ma solo alcuni le contengono in quantità così elevata da essere utilizzabili per l'estrazione. Scopo della tecnologia di estrazione è di conseguire la separazione di questi componenti (grassi e proteine), fra loro immiscibili, pervenendo all'isolamento di ciascuna con il massimo di purezza e di rendimento, al costo minore, evitando inoltre l'insorgere di reazioni collaterali.
I processi tecnologici di estrazione sono raramente semplici, più spesso rappresentano una successione di operazioni la cui complessità dipende dalla morfologia della materia prima. L'invenzione della pressa idraulica (Braham, 1795), della pressa meccanica a vite (Anderson, 1900) e l'impiego di solventi volatili (Deiss, 1855) hanno permesso di sviluppare l'industria olearia.

Oggi le tecniche di estrazione sono di tipo:

  • meccanico (normalmente a pressione)

  • chimico (a solvente,di solito esano).

Nella pratica, i due sistemi sono quasi sempre combinati. In linea indicativa, l'estrazione meccanica viene operata su semi contenenti materia grassa (MG) in quantità superiore al 20% (ad esempio per colza e girasole, che sono caratterizzati da contenuti iniziali di MG di circa il 40%) e consente di arrivare fino al 10-15 % residuo, mentre per valori inferiori si procede con quella chimica.
Gli oli estratti con i solventi, prima di essere commerciati per scopi alimentari, richiedono una raffinazione che, quasi sempre, comprende trattamenti di demucillaginazione, deacidificazione, decolorazione, deodorazione e demargarinazione.
Il principale prodotto del processo è l'olio grezzo; con l'estrazione meccanica si ottiene inoltre il panello proteico o expeller mentre con l'estrazione chimica la farina. Quest'ultima, utilizzata nell'alimentazione animale, incide in modo critico sull'economia della produzione e della lavorazione dei semi oleosi. La produzione di olio di soia è, oggi, strettamente collegata alla domanda di farina proteica e ciò vale, in misura minore, anche per gli altri semi.
L'olio grezzo può essere successivamente rettificato con una serie di trattamenti fisico-chimici che hanno lo scopo di:

  • correggere il pH;
  • eliminare le impurezze (es.: lipidi glicerici idratabili) e pigmenti (decolorazione).

L'analisi quantitativa (bilancio di massa) dell'intero processo calcolata per una tonnellata di semi di girasole è la seguente (valori medi in base ad un contenuto di olio del 42%):

Prodotto principale Sottoprodotto

1 tonnellata di semi di girasole + 2,63 tonnellate di residui colturali

= 420 kg di olio grezzo + 580 kg di panello

= 390 kg di olio raffinato + 30 kg residui di processo

Considerando che la resa media in semi del girasole si aggira attorno alle 2.6 t/ha (+/- 15%) si può calcolare che la resa per ettaro di olio raffinato è pari a circa 1 tonnellata. Tale relazione, seppure grossolana, è valida anche per il colza.



Le principali fasi dell'estrazione possono essere così sintetizzate:

Pulizia

I semi, prima della lavorazione, devono essere separati dalle eventuali impurità (es.: ferro, pietrisco, terra ecc.) provenienti dalle operazioni di raccolta in campo e trasporto nei sili. L'operazione si rende necessaria per ottenere una buona qualità del prodotto e preservare l'integrità dell'impianto. I materiali metallici vengono facilmente eliminati con elettromagneti; per quelli non metallici, invece, si ricorre a vibrovagli.

Decorticazione

Elimina lo strato protettivo ligno-cellulosico (pericarpo) che caratterizza alcuni semi (es.: girasole). Questo non contiene olio e il relativo contenuto proteico è generalmente modesto. Conseguentemente, la decorticazione consente di diminuire la dimensione delle presse, la relativa abrasione e il quantitativo di solvente necessario.
I decorticatori sono essenzialmente di due tipi: a cilindro e a dischi. Il principio su cui operano è, tuttavia, analogo: leggera pressione sul seme per l'apertura del pericarpo e relativa separazione dalla mandorla mediante corrente d'aria. La decorticazione non è mai totale; tende, infatti, a raggiungere un compromesso fra eliminazione del pericarpo e perdita di sostanza grassa durante il processo.
E' da sottolineare che, mentre l'eliminazione del tegumento ligno-cellulosico dei semi di soia e di colza sia una pratica ricorrente (in considerazione dell'importanza che la farina disoleata assume come integratore proteico per i mangimi destinati agli animali monogastrici), la sgusciatura del seme di girasole è ancora largamente disattesa, in quanto rallenta il processo di lavorazione e pone il grave problema dello stoccaggio e della utilizzazione dei gusci, un materiale povero e a basso peso specifico.

Macinazione

L'olio è contenuto nelle cellule oleifere, all'interno di organuli citoplasmatici, detti vacuoli. La rottura di queste strutture, mediante schiacciamento (per lacerazione o laminazione), determina un incremento della velocità di estrazione. Quest'ultima, in sintesi, è funzione dello spessore delle lamine di seme. Di conseguenza, è conveniente sminuzzarlo il più finemente possibile. Lamelle troppo sottili, tuttavia, portano alla formazione di polveri che ostacolano il drenaggio del solvente nella relativa fase di estrazione.

Riscaldamento e condizionamento

Il primo aumenta la velocità di estrazione dell'olio e rende più efficiente il drenaggio della matrice proteica. Con il secondo si forma un film d'acqua sulla superficie del seme, in modo da favorire la diffusione dell'olio dall'interno verso l'esterno e determinare la rottura dei vacuoli residui.

Riscaldamento e condizionamento sono ottenuti con specifici dispositivi (cookers) che vengono sovrapposti alle presse.

Spremitura

Interessa solo i semi ad elevato contenuto in olio. Può essere totale o parziale: nel primo caso, la maggior parte dell'olio presente viene estratto in un solo passaggio; nel secondo, ne viene estratta una quantità minore e il residuo trattato chimicamente (estrazione con solvente) ottenendo una farina. La spremitura totale, ottenuta impiegando presse continue, comporta un assorbimento di circa 45 kWh/t di seme e fornisce un panello (expeller) con residuo oleoso minimo del 5-12%. Nel secondo caso, invece, la spremitura lascia un contenuto in olio del 20-24%.

Prima depurazione

Le impurità più grossolane (frammenti di seme, farinette ecc.) sono rimosse con decantatori, vibrovagli o centrifughe. Le particelle più minute vengono invece eliminate con filtropresse.

Estrazione con solventi

La velocità di diffusione della sostanza grassa dal seme al solvente dipende da una serie di fattori legati dalla relazione:

log Q/Q0 = 0.0911 - 4.286 * D/(2*L)^2*t

dove:

  • Q = olio per unità di peso di seme dopo l'estrazione (%);
  • Q0 = olio per unità di peso di seme prima dell'estrazione (%) ;
  • D = costante di diffusione ad una data temperatura (cm²/s);
  • L = semispessore delle lamelle (mm);
  • t = tempo di estrazione (h).

Il coefficiente di diffusione è influenzato dalla durata del processo, in quanto: l'olio proveniente dalla rottura delle cellule oleifere viene recuperato per diluizione diretta con il solvente; quello delle cellule integre, invece, per diffusione. In una prima fase, quindi, la quantità di olio estratta è direttamente proporzionale al tempo, mentre, successivamente, segue andamenti di tipo asintotico. La maggior parte dell'olio, comunque, viene estratta nei primi 30 minuti, durante i quali si riesce ad ottenere un residuo grasso del 2,5% circa per il girasole e dell'1,4% circa per il colza. Per ridurre il residuo a meno dell'1%, invece, occorre superare le due ore nel colza e un'ora nel girasole.

Altri parametri o fattori tecnologici che influenzano il procedimento sono i seguenti:

  • pretrattamento (laminazione, schiacciatura, condizionamento ecc.);
  • quantità, temperatura e tipo di di solvente.

Il rapporto seme-solvente, in particolare, può raggiungere valore limite di 1:18. Ulteriori aumenti determinano incrementi di resa ridotti. Il processo estrattivo migliora anche con temperature crescenti fino a 50°C oltre le quali tende a decrescere.
I solventi utilizzati sono:

  • esano;
  • benzina solvente;
  • trielina (tricloroetilene);
  • solfuro di carbonio.

In linea generale, un aumento del potere solvente è accompagnato da un peggioramento delle caratteristiche dell'olio. Esempio: la trielina (tricloroetilene) consente, da un lato, di migliorare il potere estrattivo e dall'altro di lasciare maggiori residui di composti insolubili in etere. È evidente che queste problematiche interessano la produzione di olio alimentare, per la quale oggi è preferito l'esano, in quanto non è corrosivo e la tossicità risulta limitata. Il tricloroetilene, invece, viene impiegato nel caso in cui sia necessario l'impiego di prodotti non infiammabili e la qualità del prodotto sia trascurabile.

L'estrazione tramite solvente può essere condotta con flussi di materia (expeller e solvente) in controccorente:

  • per percolazione. Si ottiene facendo cadere sulla massa il solvente per gravità;
  • per immersione. Si immerge nel solvente in movimento la massa da disoleare;
  • in controcorrente mista.

In tutti i casi, quindi, l'expeller con minore contenuto in olio viene in contatto con il solvente a minore concentrazione. L'estrazione per percolazione, in particolare, necessita di una granulometria del seme accentuata, mentre quella per immersione è adatta per le farine. Il rendimento del processo, tuttavia, è inferiore.
Resa
La resa in olio del processo di estrazione è variabile, dal colza e dal girasole si estrae circa il 36-38% in peso di olio. E' ovviamente una resa media influenzata dalle modalità di estrazione e dalla specie vegetale.



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