Optimización de la extracción de aceite y proteínas en plantas trituradoras de soja

Qué determina la recuperación de aceite y la calidad de la harina en una planta de molturación

La molturación de soja en la industria de alimentos y piensos produce dos corrientes comercializables, aceite crudo y harina, a partir del mismo grano. La extracción con disolvente es hoy el proceso más habitual para recuperar el aceite y comprende, tras la preparación de la semilla y el laminado, la extracción del aceite, el desolventizado de la harina, el secado y enfriamiento de la harina, la destilación de la miscela y la recuperación del disolvente [1]. El hexano es el disolvente de extracción predominante, y una revisión exhaustiva de más de 70 disolventes descritos en la literatura señala que la elección del disolvente depende de qué producto final principal, aceite o harina, se quiere optimizar [2].

La harina se comercializa según su composición. Las normas comerciales de la NOPA indican especificaciones típicas de 44,0–49,0 % de proteína, 0,5 % de grasa, un máximo del 3,5 % de fibra y un máximo del 12,0 % de humedad, todas ellas modificables por acuerdo entre comprador y vendedor [3]. Según las mismas normas, un lote que quede hasta un 0,5 % por debajo de la especificación de proteína no se penaliza, y las deficiencias de proteína mayores se liquidan al doble del precio facturado en destino por unidad de proteína [3]. Por tanto, la proteína y la humedad deciden el valor comercial de cada lote.

El desolventizador-tostador: un equipo, varios objetivos

Tras la extracción, las escamas húmedas de disolvente pasan al desolventizador-tostador (DT). Su finalidad principal es separar el hexano de la harina; debe recuperar la mayor cantidad posible de hexano y producir una harina de buena calidad nutricional con un bajo consumo de energía [4]. Estos objetivos están acoplados: en un modelo por etapas de un DT industrial, Paraíso et al. examinaron cómo influye el contenido de hexano de la torta de entrada en la humedad de la harina y en el consumo de vapor directo [4]. En 48 ensayos en planta piloto con escamas extraídas con hexano, Mustakas et al. observaron que la calidad de la harina mejoraba con el tiempo de calentamiento, la presión del vapor de la camisa y el contenido de humedad, y que el nivel de humedad durante el tostado se veía directamente afectado por el nivel de hexano del material alimentado al tostador [5]. Mustakas et al. señalan además que tanto las harinas infracalentadas como las sobrecalentadas tienen un valor nutritivo inferior [5].

Métodos de referencia e indicadores de procesado

La composición se define mediante métodos AOCS, resumidos en la tabla siguiente; la NOPA expresa los componentes sobre la base tal como se recibe y convertidos a una base del 12 % de humedad [3], y el programa de aptitud de la AOCS para harina de soja sin moler añade el Ba 9-58 para la actividad ureásica [6].

El tratamiento térmico en el DT se evalúa de forma indirecta. La actividad ureásica (AOCS Ba 9-58) y la solubilidad de la proteína en KOH al 0,2 % se utilizan desde hace tiempo, y se ha propuesto como alternativa el índice de dispersabilidad de la proteína (PDI) [7]. Batal et al. autoclavaron escamas de soja extraídas con disolvente durante tiempos crecientes y las administraron a pollitos: el índice de ureasa se mantuvo alto (un aumento de pH de 1,65 a 2,4) con tiempos de calentamiento cortos y luego cayó bruscamente a 0,3 o menos, la solubilidad en KOH disminuyó, aunque a menudo de forma irregular, y el PDI descendió de manera constante desde más del 70 % hasta, en general, menos del 30 %, lo que llevó a los autores a concluir que el PDI era el indicador más coherente y sensible del tratamiento térmico mínimo adecuado [7]. Los resultados de PDI dependen del método: el AOCS Ba 10b-09, de agitación lenta, da en general valores más bajos que el Ba 10-65, de agitación rápida, por lo que el método debe indicarse junto con el resultado [8].

Parámetro	Especificación NOPA típica [3]	Método de referencia AOCS
Proteína	44,0–49,0 % [3]	Ba 4f-00 (NOPA) [3]; Ba 4d-90 o Ba 4e-93 nitrógeno (AOCS LPP) [6]
Grasa (aceite)	0,5 % [3]	Ba 3-38 [3][6]
Fibra	3,5 % máximo [3]	Ba 6-84 [3][6]
Humedad	12,0 % máximo [3]	Ba 2a-38 [3][6]
Actividad ureásica	—	Ba 9-58 [6]

Dónde encaja la medida de infrarrojo cercano

El NIR tiene un papel oficial al inicio del proceso. AOCS Am 1-92 abarca la determinación simultánea de aceite, humedad y materia volátil, y proteína en semillas oleaginosas mediante reflectancia en el infrarrojo cercano, sobre semilla limpia o sobre la muestra tal como se recibe siempre que las impurezas no superen el 2,0 % en masa, y solo es válido dentro de los intervalos de calibración del analizador [9]. Es un método para semillas; aplicar el NIR a la harina requiere calibraciones desarrolladas sobre harina. Para ingredientes de piensos ricos en proteína, Fontaine et al. construyeron calibraciones NIRS para aminoácidos, proteína y humedad con más de 1.000 muestras y, al validarlas con muestras independientes de soja y de harinas cárnicas, comprobaron que, salvo algunas excepciones, se explicaba el 85–98 % de la varianza de los aminoácidos [10]. ISO 12099 establece cómo deben desarrollarse y validarse estas calibraciones para piensos [11].

Los indicadores de procesado son un objetivo más difícil. En un informe de investigación de la Kansas State University sobre escamas de soja autoclavadas de 0 a 60 minutos, los modelos de regresión NIRS predijeron la lisina total (r² 0,969) y la lisina reactiva (r² 0,988) a partir de los resultados oficiales; la actividad ureásica, la actividad inhibidora de tripsina y la solubilidad en KOH se midieron solo con los métodos oficiales, y no se informó de modelos NIRS para ellas [12]. De ello se derivan dos consecuencias prácticas:

• Separar la composición de la calidad de procesado. Los modelos NIR para humedad y proteína en harina se apoyan en una literatura sustancial [10][11]; la ureasa, el PDI y la solubilidad en KOH deben seguir siendo determinaciones de referencia salvo que se haya validado una calibración NIR específica de la planta frente al Ba 9-58 o el Ba 10b-09 [6][8][12].
• Calibrar con los datos de referencia de la propia planta. Los modelos de aceite residual, humedad y proteína deben construirse con resultados de los métodos AOCS que utiliza el comercio [3], y su exactitud debe establecerse con muestras independientes de la misma planta, tal como describe ISO 12099 [11].

Cómo lo aborda USTECH

USTECH respalda este flujo de trabajo con el analizador at-line MasterLine17EC para el grano de entrada y las muestras de harina, el analizador NIR en línea ProLine17EC, que puede montarse en conductos de caída tras el secador-enfriador, y la suite caliX para desarrollar y validar las calibraciones PLS descritas anteriormente de acuerdo con ISO 12099 [11]. Qué parámetros de la harina alcanzan la exactitud que necesita una planta, y si algún indicador de procesado puede predecirse de forma fiable, se establece en un estudio de viabilidad con sus propias muestras y análisis de referencia AOCS.