UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA – MESTRADO DISCIPLINA: PROCESSO DE TRANSFORMAÇÃO DE ÓLEOS VEGETAIS
PROFESSOR: DR. LUIZ FERREIRA DE FRANÇA
CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DE ÓLEOS VEGETAIS
Discente:
Ádina Lima de Santana - 2011010M0001
BELÉM 2011
ROTEIRO
INTRODUÇÃO
OBJETIVO
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA:
REAÇÕES QUÍMICAS
ANÁLISES
CONCLUSÃO
REFERÊNCIAS
INTRODUÇÃO:POR QUE CARACTERIZAR?
•REAÇÕES QUÍMICAS → Forma de avaliar a qualidade;
•CONSUMO HUMANO → Não pode conter substâncias dissolvidas em níveis tóxicos e nem transportar em suspensão microrganismos patogênicos que provocam doenças;
•Padrões (Normas/Métodos) →AOAC, AOCS, ASTM, ABNT.
CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DOS ÓLEOS VEGETAIS
•ÍNDICE DE ACIDEZ
•ÍNDICE DE PERÓXIDO
•POTENCIAL ANTIOXIDANTE (ORAC)
•ÍNDICE DE IODO
•ÍNDICE DE SAPONIFICAÇÃO
•CROMATOGRAFIA GASOSA
•CAROTENÓIDES TOTAIS
•ÍNDICE DE REFRAÇÃO
•VISCOSIDADE
•DENSIDADE
NEUTRALIZAÇÃO
- PRINCÍPIO: Neutralizar grupo carboxílico com uma base forte [NaOH ou KOH]:
R-COOH + NaOHRCOO-Na
++ H
2O
– Utilizada na análise de ácidos graxos totais livres;
– O no de equivalentes de –OH necessário para neutralizar os ácidos graxos livres será o mesmo no de equivalentes destes ácidos presentes no óleo;
– Estimativa de acidez do óleo/gordura.
NEUTRALIZAÇÃO
ÍNDICE DE ACIDEZ AOCS Cd 3d-63
•DEFINIÇÃO: peso de hidróxido de potássio, em mg, necessário para neutralizar um grama de amostra;
•FINALIDADE: mede a presença de ácidos graxos livres e está relacionado à qualidade do processo.
•APLICAÇÃO: óleos vegetais brutos e refinados e gordura animais.
•MATERIAIS E REAGENTES: Solução 1:1 de Isopropanol- Tolueno, solução indicadora fenoftaleina e solução de hidróxido de sódio (NaOH) ou de potássio (KOH), 0,1N.
PROCEDIMENTO :
1- Determinar a quantidade de amostra pela tabela a seguir:
2-Pesar a quantidade especifica de amostra em uma balança analítica;
ÍNDICE DE ACIDEZ (mgKOH/g) MASSA DE AMOSTRA (g)
0-1 20
1-4 10
4-15 2,5
15-75 0,5
75 ou mais 0,1
Tabela 1: Relação entre a quantidade de massa a ser pesada e suposto índice de acidez.
3- Add 125 ml de uma mistura solvente, em partes iguais (50% v/v), de Isopropanol e Tolueno.;
4-Add fenolftaleína e titular com KOH 0,1 N (branco)
5- Anotar o volume gasto na titulação do branco; add o branco à amostra e titular; anotar o volume do titulado
CÁLCULO
AMOSTRA
KOH KOH
KOH
m
f . .PM
B).N ) (A
KOH/g de
(mg Acidez
de
Índice
Onde:
A – volume de KOH usado na titulação da amostra, mL;
B – volume de KOH usado na titulação do branco, mL;
N – normalidade da solução de KOH (0,1);
PMKOH – Peso molecular do KOH (56,1 g/mol);
fKOH - Fator de correção do KOH;
mAMOSTRA – massa da amostra, g.
OXIDAÇÃO
• Peróxidos → produtos primários da oxidação lipídica;
• Óleos e gorduras→ são oxididados quando entram em contato com o O2(g);
• O2(g) → pode estar no espaço livre do recipiente e dissolvido no óleo;
• Produtos da oxidação → sabor e odor desagradáveis; pode afetar o valor
nutricional do óleo; ácidos graxos essenciais como o linoléico e linolênico são destruídos e certas vitaminas lipossolúveis desaparecem;
• ÁCIDOS GRAXOS → Oxidados pelos mecanismos: AUTOXIDAÇÃO E FOTOXIDAÇÃO
OXIDAÇÃO
• AUTOXIDAÇÃO → ausência de ar por espécies de O2(g) reativos ou
´´radicais livres´´;
• Temporariamente prevenido por antioxidantes naturais contidos no óleo que absorvem esses radicais livres;
• Quando os antioxidantes estão desgastados, o óleo degrada rapidamente.
• FOTOXIDAÇÃO → ocorre quando o óleo é exposto a fontes de luz natural e artificial (incluindo luzes halogenias e de estocagem). → deterioração séria no óleo, e pode ocorrer cerca de 30000 vezes mais rápido que a autoxidação;
• Quanto mais rançoso ou oxidado for o óleo, maior índice de peróxido ele terá;
OXIDAÇÃO /AUTOXIDAÇÃO
•Processo de cadeias de radicais, p.ex., os intermediários são radicais (espécies ímpares de elétrons) e a reação envolve iniciação e a sequência de propagação, que continua até a operação de uma ou mais etapas de finalização.
Iniciação
Propagação (Reação rápida)
(Etapa de taxa determinante) Terminação
Figura: Autoxidação de olefinas (RH representa uma molécula olefínica, na qual o H é anexado num átomo de carbono alílico
Fonte:HAMM; HAMILTON, 2000.
FOTOXIDAÇÃO
•Interação entre uma ligação dupla e uma molécula altamente ativada de O2 produzido por um O3;
•Energia da luz é transferida para o oxigênio via um sensitizador, como a clorofila.
•Espécies reativas de O2 reagem com olefinas resultando em hidroperóxidos alílicos.
ÍNDICE DE PERÓXIDO
•DEFINIÇÃO: todas as substâncias, em termos de miliequivalentes de peróxido por 1000 g de amostra, que oxidam o iodeto de potássio.
•FINALIDADE: devido a sua ação oxidante, os peróxidos orgânicos, formados no início da rancificação, atuam sobre o iodeto de potássio liberando iodo que será titulado com tiossulfato de sódio, em presença de amido como indicador.
•APLICAÇÃO: óleos vegetais brutos e refinados e gordura animais.
•MATERIAIS E REAGENTES: Óleo; Solução de Iodeto de potássio;
Solução indicadora de amido; Solução de Ácido Acético Glacial/Clorofórmio; Tiosulfato de sódio (Na2S2O3);
PROCEDIMENTO
• Pesar 5 ± 0,05g da amostra no erlenmeyer de 250mL com tampa esmerilhada;
• Adicionar 30 mL da solução ácido acético glacial/clorofórmio 3:2 e misturar com leve agitação;
• Adicionar com uma pipeta, 0,5mL da solução de KI→repouso por 1 minuto → 30mL de água destilada;
• Titular com solução de tiossulfato 0,1 N com agitação constante até a cor do iodeto ter quase desaparecido;
• Adicionar cerca de 2mL da solução indicadora de amido → Continuar titulação com agitação constante especialmente próximo do ponto final para liberar todo o KI da camada de solvente;
• Adicionar a solução de tiossulfato gota a gota até a cor azul desaparecer
CÁLCULO
AMOSTRA O Cr K
m
.1000 B).N
) (S 000g Peróxido/1
(mEq Peróxido
de
Índice 2 2 7
Onde:
S – volume de tiossulfato usado na titulação da amostra, mL;
B – volume de tiossulfato usado na titulação do branco, mL;
N – normalidade da solução de K2Cr2O7; mAMOSTRA – massa da amostra, g.
ORAC
•PRINCÍPIO: Transferência dos átomos de O2(Radical Livre); trata-se de uma simulação da reação que rotineiramente ocorre no corpo humano (combate dos radicais livres pelos agentes antioxidantes).
Oxygen Radical Absorbance Capacity
MATERIAIS:
1 – Óleo (1g);
2 - Solução de AAPH (2,2´-azobis (2-amidino-propano) dihidrocloreto);
3 - Solução de fluoresceína (representando o corpo humano) preparada com 0,0167g de fluoresceína sólida, dissolvidas em 100mL da solução tampão de pH=7,4. A
solução tampão de KH2PO4 (ácido) e KHPO4 (base) de pH=7,4. O pH é desse valor por ser equivalente ao do plasma sanguineo. A fluoresceína emitirá fluorescência
mediante a reação;
1 - Pesar 1g de óleo em tubo de ensaio;
PROCEDIMENTO
2 - Junto ao óleo pesado transferir uma alíquota de 4mL de acetona;
3 - Tapar o tubo de ensaio com papel parafina;
4 - Agitar o tubo com a amostra e a acetona;
5 - Transferir a mistura agitada em eppendorfes e centrifugar numa temperatura de 4oC, numa rotação de 8000 rpm, durante 20 minutos;
6 - Saturar a mistura com N2 gasoso durante 10 segundos.
PROCEDIMENTO
- Linhas B e C: Construção da curva de calibração da reação, estando os poços 1, 2 e 3 ocupados pela solução tampão (branco). Poços 4 e 5 → o primeiro ponto da curva, numa concentração de 1μmolar de trolox (análoga à vitamina E, essa substância tem a função de montar a curva de calibração.
Poços 6, 7 e 8 foi inserida uma concentração de 2 μmolar de trolox. Nos poços 9 e 10 foi inserida uma concentração de 4 μmolar de trolox. Nos poços 11 e 12 foi inserida uma concentração de 8 μmolar de trolox.
LEITURA: Microplaca branca constituídas de 96 poços de fundo chato sem tampa, onde as linhas foram representadas por letras e as colunas por números.
- Linhas A e H: água ultrapura (água destilada em osmose reversa).
PROCEDIMENTO
-Linhas D a G: Em cada poço foi posto um volume de 25 μL dos constituintes. Nessas linhas foram abrigadas as amostras, foram feitas 3 diluições em 6 replicatas.
-Se não sabe qual a diluição correta, deve ser feito um teste com 3 trincas de diluições (Tabela).
Partida Diluição
10X 160X 320X 640X
50X 1000X 2000X 4000X
50X 8000X 16000X 32000X
Tabela 2: Diluições de partida para ORAC do óleo de buriti bruto.
Microplaca → Fluorímetro acoplado de duas seringas (Figura). onde a primeira estava constituída da solução de fluoresceína e a outra da solução do AAPH (0,414 g de AAPH sólido diluído em 10mL de solução tampão) regidos pelo programa computacional Gen 5 .
•Ambientação das seringas/15 minutos, onde a primeira seringa foi ambientada com 1500 μL da solução de fluoresceína numa taxa de 275 μL/segundos e a segunda seringa foi ambientada com 1500 μL da solução de AAPH numa taxa de 175 μL/segundo;
•Temperatura de trabalho 37oC (temperatura do corpo humano);
• Pela primeira seringa, o programa injeta 150 μL de fluoresceína em cada um dos poços da placa, enquanto que pela segunda seringa, o programa injeta 25 μL do AAPH completando o volume total de 200 μL em cada poço.
•O programa executa a leitura num intervalo de 50 minutos.
PROCEDIMENTO
CÁLCULO
- Valor médio das leituras obtidas na diluição;
- Volume de acetona, cerca de 4 mL;
– Massa de óleo pesada, cerca de 1g.
Onde:
ORAC óleo de buriti bruto = 542 µmolET/g
HALOGENAÇÃO
•Adição de halogênio [Cl, Br, I2] a ácidos graxos insaturados.
•Usado na determinação do índice de iodo: peso em g de I2 que reage com 100g de gordura, determina o grau de insaturação dos ácidos graxos.
H2C-[CH2]6CH=CH-[CH2]7COOH + Br2H3C-[CH2]6-CH-CH-[CH2]7 – COOH Br Br
ÍNDICE DE IODO
(MÉTODO AOCS CD 1-25)
•DEFINIÇÃO:
Medida do grau de insaturação dos ácidos graxos presentes na gordura → quanto maior a insaturação maior será a capacidade de absorção de iodo
e, conseqüentemente, maior será o índice de iodo.
Expresso em termos do número dos centigramas do iodo absorvidos por grama da amostra.
•MATERIAL E REAGENTE: Óleo, Erlenmeyer de 500mL com boca esmerilhada; Pipeta de 25mL; Solução de Wijs; Iodeto de potássio;
Tetracloreto de Carbono; Solução de amido; Dicromato de potássio ( K2Cr2O7); Tiosulfato de sódio (Na2S2O3);
•IMPORTÂNCIA: Determinar o teor de ácidos graxos insaturados, medir a susceptibilidade à rancidez oxidativa, controlar o processo de hidrogenação e verificar adulterações em óleos e gorduras.
PROCEDIMENTO
• Pesar 10g da amostra no erlenmeyer de 500mL;
• Adicionar 15mL de tetracloreto de carbono e agitar até total diluição;
• Adicionar 25mL da solução de Wijs (iodo e cloro) e estocar o frasco ao abrigo da luz durante 30 min. Após os trinta minutos adicionar 20mL da solução de KI e 100 mL de água destilada.
• Titular o conteúdo do erlemeyer com solução de tiossulfato de sódio 0,1N.
• Durante a titulação verifica-se o aparecimento de uma coloração levemente amarela - neste momento adicionar de 1 a 2 mL de solução de amido mudando a coloração para azul intenso;
• Continuar a titulação até que a coloração azul desapareça.
CÁLCULO
Onde:
•B - Volume utilizado na titulação do branco (mL);
•S - Volume usado na titulação da amostra (mL);
•NNa2S2O3 - normalidade do Na2S2O3;
•PMKI – Peso molecular do iodeto de potássio;
•mAMOSTRA – Massa da amostra, em gramas;
•fNa2S2O3 – Fator de correção do tiossulfato de sódio.
AMOSTRA
O S Na KI
O S Na
2 m
f . .PM S).N
/100g) (B I
Iodo(g de
Índice 2 2 3 2 2 3
FAT OR OIL IODIN NUMBER
Linseed oil 173 - 201
Tung Oil 170.6
Menhaden oil 139 - 173
Whale oil 121 - 146.6
Soy bean oil 137 - 143
Sunflower oil 119 - 135
Corn oil 111 - 130
Cottonseed oil 108 - 110
Sesame oil 103 - 108
Rapeseed oil 94 - 102
Peanut oil (arachis) 83 - 100
Olive oil 79 - 88
Horse oil 71 - 86
Lard 46 - 70
Palm oil 51.5 - 57
Milk fat 26 - 50
Beef tallow 38 - 46
Mutton tallow 35 - 46
Cacao butter 32 - 41
Palm kernel oil 13 - 17
Coconut oil 8 - 10
Tabela 3: Índice de iodo de alguns óleos.
Fonte : ALSBERG; TAYLOR, 1928 apud LEWKOWITSCH, SD.
SAPONIFICAÇÃO – HIDRÓLISE BÁSICA
• Mecanismo:
Éster + Base Álcool + Sal Alcalino de um Ácido Carboxílico
Lipídios podem ser saponificáveis ou não saponificáveis
SAPONIFICAÇÃO – HIDRÓLISE BÁSICA
LIPÍDIOS SAPONIFICÁVEIS
–Todos derivados de triacilgliceróis (todas as gorduras e óleos).
LIPÍDIOS NÃO SAPONIFICÁVEIS
–Esteróides e derivados;
–Terpenos;
–Alcanos de cadeia longa (óleo mineral);
–Prostaglandinas;
–Poliacetilenos.
ÍNDICE DE SAPONIFICAÇÃO
DEFINIÇÃO:
Número dos miligramas de hidróxido de potássio (KOH) necessário É para neutralizar os ácidos graxos resultantes da hidrolise de 1 grama da
amostra.
MATERIAL:
•Erlenmeyer de 250 ou 300 mL resistente a base;
•Condensadores com t 24/4 para ajustar os erlenmeyers;
•Banho ou chapa quente com controle de temperatura; Frasco para destilação 2 ml com t 24/40, ajustado a condensador resfriado com água, para refluxo e álcool 95% para destilação.
REAGENTES:
• Ácido hidroalcoólico 0,5 N padronizado;
•KOH alcoólico; Solução indicadora de fenolftaleína 1% em álcool etílico 95%.
PROCEDIMENTO
5 - Titular as amostras e o branco com HCl 0,5N.
1 - Preparação da Solução alcoólica de KOH.
2 - No erlenmeyer, pesar a amostra (1,2-2,2g) e adicionar 25mL de solução alcoólica junto a amostra.
3 - Preparação do branco: em um erlenmeyer adicionar 25mL da solução alcoólica de KOH.
4 - Colocar em condensador de refluxo por 1hora as amostras e o branco.
Onde:
B – volume de ácido clorídrico gasto na titulação do branco, mL;
A – volume de ácido clorídrico gasto na titulação da amostra, mL;
NHCl– normalidade da solução do ácido clorídrico;
mAMOSTRA – massa da amostra, em g;
PMKOH – Peso molecular do KOH;
fHCl – Fator de correção do HCl.
AMOSTRA
HCl KOH
HCl
m
f . .PM
A).N (mgKOH/g) (B
ção Saponifica
de
Índice
CÁLCULO
CROMATOGRAFIA GASOSA
•FINALIDADE: Separar componentes de uma mistura, inclusive compostos voláteis, para uso ou quantificação subsequente;
•COMPONENTES: Porta de injeção através do qual as amostras
são carregadas, a "coluna" na qual os componentes são separados, um fluxo regulamentado de um gás portador (muitas vezes hélio) que transporta a amostra através do instrumento, um detector, e um processador de dados.
Fotografia 1: Vista da frente de um cromatógrafo a gás.
Fonte: GAS CHROMATOGRAPHY, 2011
Fotografia 2: Vista traseira de um cromatógrafo a gás.
Fonte: GAS CHROMATOGRAPHY, 2011
PORTA DE INJEÇÃO
•Volatilizar a amostra (apenas na fase gasosa a amostra é conduzida à coluna pelo gás de arraste – He – ou fase móvel);
• Amostras de 1 microlitro são injetadas na coluna;
COLUNA
•Onde os componentes da amostra são separados;
•Contém a fase estacionária;
•2 tipos: capilar e encamisada;
•Os componentes da amostra são separados na coluna em função dos
≠s tempos que passam na coluna dependendo em como da força de interação com a fase estacionária→ o processo repete várias vezes à medida que os compostos migram para a coluna
CROMATOGRAFIA GASOSA
•DETECTOR: Se as condições da coluna foram escolhidas corretamente os componentes da amostra vão sair da coluna vão sair da coluna e passarão pelo detector apenas uma vez.
•A escolha do detector é feita em função das classes de compostos analisadas e da sensitividade;
•GRAVADOR DE INTEGRAÇÃO: A saída do detector
(convertida da corrente para voltagem) é enviada para um gravador de integração que plota, armazena e analisa os dados.
CROMATOGRAFIA GASOSA
Figura 1: Cromatograma de óleo de buriti bruto (cromatografia gasosa)
Tabela 2: Continuação do Cromatograma de óleo de buriti bruto
• DETERMINAÇÃO: Espectrofotometria;
• A partir da leitura da absorbância da amostra na região do UV a um comprimento de onda de máxima absorção, em éter de petróleo, de 450 nm;
CAROTENÓIDES TOTAIS
104
. 2592
).
(ppm) ( Carotenos
x
m A mL V
o
•O valor registrado da absorbância → cálculo da concentração de carotenos, usando a equação:
Onde:
•V – Volume da amostra, em mL;
•A – Absorbância;
•2592 – cte Lambert-Beer para o éter de petróleo;
•m – Massa da amostra, em g;
• Obtenção da curva de calibração do padrão comercial de β–caroteno → Pesar cerca de 5,2 mg desta substância e diluir em 100 mL de éter de petróleo.
• Solução → varredura no espectrofotômetro para se conhecer o comprimento de onda de máxima absorção do β–caroteno nas condições propostas e desta forma, utilizá-lo como parâmetro na leitura dos extratos das amostras.
• Posteriormente, a partir da solução concentrada preparar sete amostras diluídas, cada uma, em 25 mL de éter de petróleo (P.A.), com concentrações variando de 0.4 a 2.8 µg/mL.
PROCEDIMENTO
Refratômetro de bancada Refratômetro portátil
ÍNDICE DE REFRAÇÃO
DETERMINAÇÃO: Refratometria.
PROCEDIMENTO:
•Calibrar o refratômetro com água destilada (IR 20 oC = 1,333);
•Inserir a amostra e executar a leitura.
•Obtido pela relação entre a velocidade da luz no ar (v) e no material analisado → óleo/gordura (v´).
VISCOSIDADE
DEFINIÇÃO: resistência de um fluido ao escoamento quando submetido a uma tensão cisalhante e está diretamente ligadas com as interações intermoleculares presentes.
•Tipos: Dinâmica (μ), em Pa.s (N/m2.s) e Cinemática (ν), em cSt (mm2/s);
•Medição: viscosímetro.
Fotografia 3: Viscosímetro rotacional VT 550, Haake.
Fotografia 4: Viscosímetro Cannon-Fenske AVS250, Schott.
PROCEDIMENTO
VISCOSIDADE CINEMÁTICA
Viscosímetro Cannon-Fenske (SCHOTT GERATE, Tipo n 513 10 );
•Tubo capilar n 300 ( = 1,26 mm);
•Banho termostático a 40oC
•Normas: ASTM 446, ASTM D 2515 e Norma ISO 3105
) (t
.
k e
v
Onde:
v – viscosidade cinemática cSt (mm2/s);
k – constante característica do viscosímetro; k=0,25 para o capilar de 300;
t – tempo de escoamento da amostra, em s;
e – correção da energia cinética para o valor de T (Tabela do manual).
•Cálculo:
DENSIDADE (ρ)
•PRINCÍPIO: determinar relação sólido/líquido das gorduras comerciais;
•Determinação: por densímetro; picnômetro; dilatômetro.
Fotografia 5: Densímetro digital Kem Kyoto Electronics.
Fotografia 6: Picnômetro de 20mL com óleo de buriti.
PROCEDIMENTO
MÉTODO PICNOMÉTRICO
•Pesar o picnômetro vazio;
•Pesar o picnômetro com a amostra;
•Subtrair a massa do picnômetro com a amostra da massa do picnômetro vazio (massa da amostra);
•Dividir essa massa pelo volume do picnômetro, conforme a Equação.
Onde:
ρ – densidade (g/mL);
m – massa da amostra (g);
V – volume ocupado pela amostra (mL)
CONCLUSÃO
• De um modo geral, foram abordadas algumas análises físico-químicas feitas para óleos
vegetais a fim de se conhecer as suas
propriedades e o seu estado de conservação, bem como algumas reações químicas que corriqueiramente ocorrem com essas matérias
primas.
•ALSBERG, C.L.; TAYLOR, A.E. The Fats and Oils: a General View. California:
Research Institute, Stanford University, 1928.
•AMERICAN OIL CHEMISTS SOCIETY – AOCS. Official and Tentative Methods of the American Oils Chemists Society:
•ASSOCIATION OFFICIAL ANLYTICAL CHEMISTS – AOAC, 15 ed. Champaign:
v.1, p.69-70, AOAC, 1990.
•GAS CHROMATOGRAPHY. Disponível em:
<pages.pomona.edu/~wes04747/lab/gaschrom.doc> – Acesso em 28.10.2011.
REFERÊNCIAS
•MENDONÇA, M.A.; BORGO, L.A.; ARAÚJO, W.M.C.; NOVAIES, M.R.C.G. Alterações físico-químicas em óleos de soja submetidos ao processo de fritura em unidades de produção de refeição no Distrito Federal. Com. Ciências Saúde. v.19; n.2; p.115- 122. 2008.
•PORIM. Test Methods Carotene Content. Malaysia, 1995.
•PRIOR, R.L.; HOANG, H.; GU, L.; WU, X.; BACCHIOCCA,M.; HOWARD, L.; HAMPSCH- WOODILL, M.; HUANG, D.; OU,B.; JACOB,R. Assays for Hydrophilic Antioxidant Capacity (OXYGEN RADICAL ABSORBANCE CAPACITY - ORAC) of Plasma and Other Biological and Food Samples. Journal of Agricultural and Food Chemistry. V.51. p.
3273-3279, 2003.
•THE OLIVE OIL SOURCE. Disponível em: <http://www.oliveoilsource.com> - Acesso em 28.10.2011.