Proceso de cristalización fraccionada de modo continuo de materia grasa comprendiendo las etapas siguientes de:

- fusión completa de la materia grasa, - preenfriado de ésta a una temperatura de supersaturación, en un cristalizador o intercambiador, - tratamiento por ultrasonidos para provocar una siembra, caracterizado por el hecho de que - la siembra es una siembra de modo continuo de un flujo de dicha grasa, en un pequeño reactor o una tubería "on line", sometido a la acción de un emisor de ultrasonidos, y por el hecho de que la materia grasa se transfiere después de modo continuo a una instalación con una temperatura decreciente.

AMBITO DE LA INVENCIÓN

La cristalización fraccionada de los cuerpos grasos tiene como objetivo de cristalizar una grasa para separar de ésta una fracción sólida rica en triglicéridos (TG) saturados conocida como estearina de una fracción líquida de bajo punto de fusión conocida como oleína. La cristalización fraccionada, más generalmente conocida como fraccionamiento en seco es decir sin solvente o aditivo, es una tecnología utilizada habitualmente para las grasas de palma, de mantequilla y animales, los aceites parcialmente hidrogenados, aceite de pescado y muchos otros. Para el fraccionamiento en seco por ejemplo, la grasa de palma, semisólida en los países tropicales, se separa en dos nuevas fracciones de valor añadido superior al de la grasa de inicio: la estearina utilizada en margarina y la oleína utilizada como aceite de mesa y de fritura. En el caso de la grasa de mantequilla, gracias al fraccionamiento en seco, se puede producir estearinas que presentan la misma textura toda el año independientemente de la variación estacionaria de la materia grasa de inicio e incluso producir mantequillas untables al salir del frigorífico.

De manera general, la grasa se derrite y se calienta completamente para eliminar todos los cristales y el efecto memoria de los cristales. La grasa derretida se enfría bajo agitación y enfriamiento controlado para generar las primeros gérmenes a partir de los triglicéridos de alto punto de fusión. Estas semillas engordan para formar los cristales de tamaño requerido. Cuando la cristalización progresa suficientemente para permitir que los cristales engorden y se aglomeren, la suspensión de cristales o estearina se separa de la parte líquida, la oleína.

Tradicionalmente, la separación se hace con la ayuda de un filtro al vacío, por ejemplo el filtro de tambor rotativo o el filtro de banda continua, pero más generalmente con la ayuda de un filtro de membrana donde después de la filtración bajo presión, cada torta de estearina se comprime con la ayuda de un gas o de un líquido. Estos últimos filtros, a pesar de ser discontinuos con respecto a los filtros al vacío, ofrecen un mejor rendimiento de oleína. Otros medios de separación existen como los súper-decantadores o las centrifugadoras.

En la práctica, el fraccionamiento en seco se complica por el hecho de que la formación de las semillas depende de la presencia de partículas extrañas, impurezas, temperatura, supersaturación de la grasa, agitación, composición trigliceridica y calidad de la materia prima si ésta se ha prerefinado o refinado completamente. El crecimiento del cristal depende del número de semillas presentes y del grado de supersaturación de la grasa. Finalmente el crecimiento del cristal depende también del polimorfismo (propiedad que tienen los triglicéridos para cristalizarse en diferentes formas cristalinas de propiedad física diferente) y de la intersolubilidad o formación de cristales mixtos.

Teniendo en cuenta todos estos puntos, actualmente, el fraccionamiento en seco industrial se realiza por lotes, en enormes depósitos provistos de agitadores y de diferentes sistemas de enfriamiento ya que el proceso por lotes permite un control más fácil de los parámetros importantes de la cristalización, a saber el control de la temperatura, de la supersaturación de la materia grasa, de la velocidad de enfriamiento, de la agitación, del tiempo de cristalización.

Sin embargo esta técnica por lotes es lenta: se tiene que mantener la grasa durante varias horas, en una media de 8 a 10 horas, en depósitos de 5 a 90 toneladas ya que la formación de los gérmenes, etapa-clave del éxito de la cristalización, requiere mucho tiempo. Actualmente se alcanza una producción mundial anual de grasa de palma de 40 millones de toneladas, de la cual una gran parte se valoriza por el fraccionamiento en seco. Por lo que las instalaciones industriales son cada vez mas grandes y más costosas.

La nucleación o formación de gérmenes es la etapa más critica de toda la cristalización. Con el fin de crear los primeros gérmenes a partir de los TG de alto punto de fusión, la temperatura de la masa derretida se reduce por debajo de su punto de fusión (supersaturación). Teniendo en cuenta de que la velocidad de nucleación aumenta proporcionalmente con respecto al descenso de la temperatura de la masa derretida, el resultado es por lo tanto que los cristales formados son cada vez mas pequeños con un fuerte aumento de la viscosidad de la suspensión. Por lo que, con el fin de obtener cristales de un tamaño suficiente para una buena separación, se debe limitar la cantidad de gérmenes formados y en consecuencia disminuir la velocidad de nucleación. Industrialmente esta operación se realiza por enfriamiento lento y una agitación suave que es la etapa más larga de la cristalización.

ESTADO DE TÉCNICA ANTERIOR

Los ultrasonidos se utilizaron ya para la cristalización de productos químicos y en particular de cuerpos grasos (EP 0957 953 A; Patente Estadounidense 6630185). El proceso descrito en este documento se caracteriza por el hecho de que

el líquido cristalizado por lotes se expone a los ultrasonidos en la ausencia de cavitación ("transient cavitation"), es decir mediante el uso de una fuente de ultrasonidos de una intensidad relativamente débil. Este documento se refiere a los criterios para estimar la presencia o la ausencia del fenómeno de cavitación.

El documento EP 0765605A1 describe un «Process for accelerating the polymorphic transformation of edible fats using ultrasonication» en el que la manteca de cacao expuesta a sobrefusión de aproximadamente 4°C se somete a ultrasonidos en una duración y una frecuencia capaz de inducir una nucleación de cristales estables de polimorfismo beta. Este proceso sin embargo no es un proceso de fraccionamiento.

La cristalización de modo continuo también se ha industrializado (Sociedad Bernardini -Italia) en los años 80 pero sin éxito. Por falta de una etapa de nucleación o siembra adecuada, este proceso implicaba una nucleación espontánea que conduce a una formación de gérmenes sobre las paredes, los agitadores y las tuberías y por lo tanto una inmovilización completa. Más recientemente Hartel (Continuous crystallization system with controlled nucleation for milk fat fractionation, 31 octubre 2000 - PCT WO 98/51753 ) describió un sistema de cristalización continuo para el aceite de mantequilla con control de la nucleación. La etapa de nucleación consiste en supersaturar el flujo de aceite y a hacerlo pasar en un pequeño reactor provisto de un agitador a gran velocidad para crear las semillas. A pesar de que estar descrito a escala piloto, tal sistema es difícil de poner en práctica industrialmente y fue abandonado ya que se basa en el impacto, o la energía, traída por el agitador en función de la grasa, que es un producto natural y cuyo comportamiento varía de un aceite a otro.

La presente invención propone un proceso ventajoso para cristalizar la materia grasa de modo continuo utilizando una radiación ultrasónica para la generación controlada de gérmenes cristalinos y el paso por una serie de cristalizadores de pequeñas dimensiones con respecto al proceso "por lotes", agitados mecánicamente y/o bien con la ayuda de un gas.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Y REALIZACIONES PREFERIDAS

Según el proceso de la presente invención se provoca una siembra (nucleación o formación de gérmenes) controlada de modo continuo para poder reducir así considerablemente el tiempo necesario para la etapa de formación de los gérmenes. El resultado es que el ciclo de enfriamiento realizado actualmente por lote y que dura habitualmente de 5 a 6 horas para el proceso rápido y de 9 a 10 horas para el proceso lento se reduce a un tiempo total de 2 a 3h30, es decir a un ciclo 2 veces incluso 3 veces más corto. La cristalización continua que incluye las etapas de carga, calentamiento, preenfriado, siembra de modo continuo y de cristalización en una serie de cristalizadores, de preferencia cristalizadores pequeños, en cascada, para poder obtener un proceso mucho más rápido. Las instalaciones de fraccionamiento siendo también más compactas, el coste de inversión se reduce mucho más.

Se entiende por cristalizadores pequeños, cristalizadores cuyas dimensiones son muy inferiores a las dimensiones de cristalizadores utilizados en el método por lotes de la técnica anterior para una producción equivalente. Por ejemplo se puede citar una capacidad... [Seguir leyendo]

REIVINDICACIONES

1. Proceso de cristalización fraccionada de modo continuo de materia grasa comprendiendo las etapas siguientes de:

- fusión completa de la materia grasa,

- preenfriado de ésta a una temperatura de supersaturación, en un cristalizador o intercambiador,

- tratamiento por ultrasonidos para provocar una siembra, caracterizado por el hecho de que

- la siembra es una siembra de modo continuo de un flujo de dicha grasa, en un pequeño reactor o una tubería "on line", sometido a la acción de un emisor de ultrasonidos, y por el hecho de que la materia grasa se transfiere después de modo continuo a una instalación con una temperatura decreciente.

2. Proceso según la reivindicación 1 en el que la intensidad de los ultrasonidos emitidos por el emisor es tal que se induce un fenómeno de cavitación en la materia grasa.

3. Proceso según la reivindicación 1 o 2 en el que la temperatura decreciente es decreciente por nivel.

4. Proceso según la reivindicación 1, 2 o 3 en el que la instalación o circuito se constituye de cristalizadores dispuestos en serie comprendiendo medios de agitación y elementos de enfriamiento.

5. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que la instalación se constituye de un único cristalizador capaz de producir niveles de temperatura decreciente.

6. Proceso según la reivindicación 3, 4 o 5 en el que el decremento es de 3 a 7°C.

7. Proceso según la reivindicación 4 en el que el tiempo de residencia en un cristalizador varía de 30 a 60 minutos.

8. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 donde la frecuencia ultrasónica es de 16 a 100 Khz. con una zona preferencial de 20 a 40 Khz.

9. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 donde la potencia del emisor de ultrasonidos es de 10 a 3000 W, de preferencia de 20 a 50 W.

10. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que el emisor de ultrasonidos se dispone en línea sobre una tubería.

11. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1-4 y 5-10 en el que la materia grasa sembrada se transfiere por gravedad a los cristalizadores pequeños dispuestos en serie.

12. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que el aceite sembrado se agita por medio de un gas, de preferencia el nitrógeno para disminuir el grado de cizallamiento.

13. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que el flujo es de 100 litros a 50 m3 por hora.

14. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 en el que el flujo es de 1 a 100 litros por hora.