Grasas, aceites y jabones
¿Cuál es la composición y estructura de las grasas y los aceites?
Se forman por la combinación del alcohol glicerol o propanotriol (comúnmente llamado glicerina) con ciertos ácidos, llamados ácidos grasos.
Las grasas y los aceites son ésteres (un alcohol más un ácido). Como el alcohol que los forma es el glicerol, se los llama también glicéridos. La numeración de la cadena se hace a partir del grupo carboxilo.
¿A qué se llama ácidos grasos?
Estos compuestos tienen, en general, una cadena hidrocarbonada larga, variable entre 12 y 26 átomos de carbono, en uno de cuyos extremos se encuentra el grupo ácido o carboxilo.
La cadena hidrocarbonada puede ser saturada, es decir, tener enlaces simples entre sus carbonos, o bien presentar uno o más dobles enlaces.
En las grasas de reserva de los animales existen sobre todo los ácidos de 16 y 18 átomos de carbono.
Además de la nomenclatura que les corresponde oficialmente (terminación oico), son conocidos por otros nombres que han sido derivados casi siempre de su origen.
Esto sucede, por ejemplo, con el ácido de 16 átomos de carbono, denominado hexadecanoico, que habitualmente se conoce como ácido palmítico por ser el principal componente del aceite de palma. Su fórmula molecular es C₁₆H₃₂O₂
Otro ácido graso importante es el ácido octadecanoico o esteárico. Su nombre se debe a que es el más abundante en el sebo animal.
Además de estos ácidos saturados, tiene importancia el ácido oleico, con 18 carbonos; su característica es la existencia de un doble enlace entre los carbonos nueve y diez. El ácido linoleico tiene igualmente 18 átomos de carbono, con dos dobles enlaces entre los carbonos 9 y 10 y entre los 12 y 13.
¿Cómo se forma una grasa?
El glicerol tiene tres grupos OH. Por lo tanto, se puede combinar hasta con tres ácidos grasos iguales o diferentes para constituir una gran variedad de grasas. Las grasas se nombran según las reglas de nomenclatura de un éster cualquiera. Es una reacción reversible, es decir, un proceso que se cumple en las dos direcciones. Por un lado, se forma la grasa; pero algunas moléculas de esta pueden reaccionar con el agua produciendo la reacción inversa en la que se regeneran el glicerol y el ácido graso. En las grasas naturales predominan los ésteres, en los que intervienen tres ácidos grasos iguales o diferentes. Se los denomina triglicéridos.
La grasa es un glicérido. El estado sólido se debe a que predominan los ácidos grasos saturados (sólidos). Además de los glicéridos existen ácidos grasos libres y un residuo formado por compuestos de estructura compleja, llamados esteroles, y también vitamina E, denominada tocoferol. Esta última sustancia, además de su actividad como vitamina, es un antioxidante natural que protege la grasa de la acción del aire.
¿Cuáles son las propiedades más importantes de una grasa?
Son sustancias insolubles en agua y menos densas que ella. En cambio, se disuelven en otros disolventes tales como la nafta, el éter, el benceno, el tetracloruro de carbono, el cloroformo.
Las grasas pueden descomponerse, dando nuevamente el glicerol y los ácidos grasos que las constituyen, en una reacción inversa a la de su formación. Como esta descomposición es producida por el agua, el fenómeno se llama hidrólisis. Se realiza con vapor de agua a presión, en autoclaves y utilizando catalizadores. En los seres vivos, la hidrólisis se activa por el concurso de enzimas llamadas lipasas.
¿Qué significa saponificación?
Esta importante reacción descompone las sustancias grasas cuando se las hierve con una solución de un hidróxido fuerte, como el de sodio o el de potasio.
El fenómeno es comparable a la hidrólisis pero, en lugar de quedar libres los ácidos, se convierten en las sales del metal del hidróxido empleado. Estas sales son los jabones.
Como los ácidos predominantes en las grasas son el palmítico, el esteárico y el oleico, se formaran mezclas de palmitatos, estearatos y oleatos de sodio o de potasio, que son los que componen la mayor parte de los jabones. Las reacciones de saponificación no son reversibles.
¿A qué se debe la rancidez de una grasa?
Las sustancias grasas sufren, por la acción del aire, el agua y las bacterias, fenómenos complejos de descomposición llamados de rancidez o enranciamiento.
Ocurren reacciones de hidrólisis lentas, catalizadas por enzimas, que dan lugar a la formación de aldehídos y cetonas. El oxígeno del aire ataca a los dobles enlaces y, en un proceso progresivo, termina por romper la cadena de carbonos produciendo compuestos de mal olor. En la manteca, esta alteración provoca la aparición del ácido butírico o butanoico, causante del sabor y del olor que toma esta sustancia cuando se altera.
¿Cómo se clasifican las sustancias grasas? Explicar cada una de ellas.
Las sustancias grasas se clasifican en grasas y aceites. Teniendo en cuenta su origen, pueden ser animales o vegetales.
- Grasas animales, como el sebo extraído del tejido adiposo de bovinos y ovinos, grasa de cerdo, la manteca, etc
- Aceites animales, entre los que se encuentran los provenientes de peces como sardinas y salmones, del hígado del tiburón y del bacalao, o de mamíferos marinos como el delfín o la ballena; de las patas de vacunos, equinos y ovinos se extraen también aceites usados como lubricantes e impermeabilizantes
- Aceites vegetales, el grupo más numeroso; por sus usos pueden ser clasificados en alimenticios, como los de girasol, algodón, maní, soja, oliva, uva, maíz y no alimenticios, como los de lino, coco y tung
Explicar la elaboración del aceite de semillas.
Podemos dividir su fabricación en las siguientes etapas:
a) Tratamientos preliminares de la materia prima
b) Extracción del aceite
c) Filtración y purificación
d) Refinación
e) Conservación
a. Tratamientos preliminares de la materia prima
Consisten en operaciones que posibilitarán la extracción eficaz del aceite. Estas son:
1) Limpieza de la semilla, para eliminar los cuerpos extraños,
2) Secado, para reducir la humedad a un 10 %,
3) Trituración o molido,
4) Cocción con vapor de agua, de la que se obtiene una pasta caliente que pasará al proceso siguiente.
b. Extracción del aceite
Luego de la obtención de la pasta caliente, se comienza la extracción propiamente dicha, que deja un residuo llamado "torta". Este puede destinarse a la alimentación animal.
La separación del aceite se puede hacer:
- Por prensado en frío o en caliente,
- Por medio de disolventes,
- Por ambos métodos combinados
Hay diferentes tipos de prensas, pero el más usado actualmente es el que permite una extracción contínua. La prensa tiene forma cónica; en su interior hay una espiral que al moverse arrastra la pasta oleaginosa hacia el extremo de menor diámetro, donde es comprimida,
El aceite fluye a través de los orificios de la prensa. Este tipo de máquina es llamado prensa propulsora; la torta que se separa tiene todavía entre un 6 % y un 8 % de aceite.
Más eficaz es la extracción de aceites por medio de disolventes, que deja un residuo con menos del 1 % de dicha sustancia. El disolvente más usado, por su menor precio, es la nafta; pero también pueden utilizarse otros como el tetracloruro de carbono, el dicloroetileno, etc.
Usando este método, el disolvente es conducido varias veces a través de la pasta, hasta que queda saturado. La solución de aceite en el disolvente se destila; queda el aceite (que no destila), y el disolvente puede volver a usarse varias veces.
c. Filtración y purificación
El aceite extraído tiene impurezas en suspensión que es necesario separar. Para ello se lo pasa a través de filtros - prensas, formados por placas perforadas recubiertas por un paño filtrante. El aceite crudo se envía a presión y, al atravesar los paños deja las partículas sólidas que lo impurifican; el aceite purificado se recolecta en el fondo del filtro.
d. Refinación
El aceite tiene naturalmente algunos ácidos grasos libres, cuya cantidad puede aumentar por los tratamientos a que es sometido durante su extracción. También contiene sustancias que le dan olores y sabores desagradables. Todos estos compuestos deben ser eliminados por refinación.
Los ácidos libres se neutralizan agregando la proporción necesarias de soda cáustica a 60 °C.
Para eliminar las sustancias que lo colorean se usan diversos agentes blanqueadores, como tierras adsorbentes o carbón activado, los cuales se mantienen en contacto con el aceite por medio de agitadores.
Después de decolorarlo, se lo desodoriza en tanques donde se hace el vacío (a 1 mm Hg). Se calienta el aceite y se le inyecta vapor de agua a 300 °C. Los compuestos volátiles que le dan mal olor son arrastrados por el vapor. Finalmente, se lo lleva a tanque de almacenamiento.
e. Conservación
El aceite contiene naturalmente ciertas sustancias, como el tocoferol, que lo protege de la oxidación y facilita su conservación. Esta sustancia se pierde durante las operaciones de refinación, por lo que se le deben agregar sustancias antioxidantes, permitidas por la ley.
Explicar el proceso de fabricación del jabón.
Las materias primas fundamentales son las grasas y sebos animales, los aceites vegetales y de pescados, y también los residuos de la fabricación de aceites comestibles.
La fabricación de jabones consta de las siguientes etapas:
- Saponificación o empaste: las materias primas (grasas o aceites) se funden en calderas de forma cilíndrica y fondo cónico. Se agrega una solución concentrada de un hidróxido fuerte (lejía). La masa se mezcla y agita mediante vapor de agua inyectado en el seno del líquido. Después de unas cuatro horas, se ha formado el jabón
- Salado: consiste en el agregado de una solución concentrada de sal común (cloruro de sodio, NaCl) para separar el jabón de la glicerina formada y del exceso de hidróxido de sodio. Como el jabón es insoluble en el agua salada, se acumula en forma de grumos y sube a la superficie por su menor densidad. Después de varias horas, se extrae por la parte inferior la mezcla de glicerol y agua salada
- Cocción: al jabón formado en la caldera se le agregan nuevas cantidades de Na(OH) para lograr una saponificación completa, y se calienta. Al enfriarse, se separan nuevamente dos capas: La superior, de jabón, y la inferior, de lejía. Al jabón se le agrega agua y se cuece nuevamente; de esta manera se eliminan los restos de sal, glicerina y lejía
- Amasado: tiene por objeto lograr una textura homogénea, sin gránulos. Durante esta etapa se le incorporan a la pasta sustancias tales como perfumes, colorantes y resinas, para favorecer la formación de espuma persistente
- Moldeado: el jabón fundido se vuelca en moldes de madera donde, por enfriamiento lento, toma la forma de panes o pastillas; mediante equipos desecadores, se disminuye el contenido de humedad hasta el 20%
¿Cómo se explica la acción detergente de los jabones?
La estructura de un jabón puede considerarse formada por dos partes:
a) Una cadena larga, formada por carbonos en unión covalente;
b) El grupo carboxilo, que, al estar disociado, tiene cargas eléctricas
La cadena hidrocarbonada no es soluble en agua, pero tiene afinidad con las grasas, por lo que se la denomina cola lipofílica o liposoluble. El extremo iónico tiene cargas eléctricas y tiende a disolverse en el agua. Se lo llama cabeza hidrofílica o hidrosoluble.
Si se disuelve jabón en agua y se agrega un aceite, éste (por su menor densidad) forma una fase sobre el agua. Las moléculas de jabón se orientan y se disponen en la interfase con la cabeza hacia el agua y la cola hacia el aceite.
Si se agita este sistema, el aceite se subdivide en gotitas y cada una es rodeada por agua. Las moléculas de jabón se orientan de la manera indicada.
Cada glóbulo de grasa tiene a su alrededor cargas eléctricas del mismo signo que, al repelerse, hacen que las partículas grasas queden separadas entre sí, formando una emulsión estable. En caso contrario, si no existiera el jabón, al agitar el sistema agua - aceite, se formaría en el primer momento una emulsión, pero al cesar la agitación, debido a la gran atracción entre sus moléculas, las gotitas se unirían entre si formando nuevamente dos capas. Se dice, por esta propiedad, que el jabón emulsiona las grasas.
En las superficie de ropas u objetos, la suciedad se adhiere por medio de una película grasa que el agua no puede disolver. Al agregar jabón al agua y agitar, la grasa se emulsiona y forma pequeñas gotas separadas, que son arrastradas por el agua del lavado.
En los últimos años se han desarrollado detergentes sintéticos que, aunque de origen distinto al de los jabones, tienen también en su constitución una porción lipofílica y otra hidrofílica, y ejercen frente a las grasas una acción similar a la de los jabones. Tienen la ventaje de que pueden sintetizarse a partir de los derivados del petróleo, por lo que su costo es menor que el de los jabones. Actualmente se preparan detergentes que tienen cadenas carbonadas rectas, que son biodegradables.
¿Cómo se comportan los jabones en las aguas duras?
Sabemos que hay aguas que tienen disueltas una elevada proporción de sales de calcio y de magnesio; se las llama aguas duras. En esta clase de agua, el jabón precipita, o sea, se insolubiliza. La causa de este comportamiento es que la sal de sodio o potasio que forma el jabón se combina con los iones calcio o magnesio del agua y forma sales de estos metales, que son insolubles.
¿Cuáles son las variedades comerciales de los jabones?
Según el hidróxido usado en la saponificación, los jabones obtenidos tienen distintas características; por ellas se clasifican en:
- Jabones duros, compuestos por sales de sodio;
- Jabones blandos, compuestos por sales de potasio
Los jabones para lavar son jabones de sodio, elaborados a partir de materias primas de poco costo, como los sebos y las grasas animales. Si su elaboración no es cuidadosa, pueden contener restos de hidróxido de sodio.
Hay diferentes calidades, que en el comercio se clasifican en:
a) Extra puros;
b) Puros;
c) De 1ª calidad;
d) De 2ª;
e) De 3ª
La manera más generalizada de usarlos es en forma de polvo, obteniendo desecando una solución jabonosa, que contiene además una porción de soda Solvay (Na₂CO₃•10·H₂O), dentro de calderas por donde circula aire caliente. Los jabones en polvo se clasifican en: especiales, comunes e industriales.
Los jabones de tocador se elaboran a partir de aceites vegetales como materias primas; por ejemplo, de los aceites de coco, palma y oliva. Se refinan para librarlos de restos de soda cáustica, que perjudicarían la piel.
Los jabones de afeitar, las cremas jabonosas y las pastas dentífricas son preparados a partir de jabones de potasio.
Autor: Ignacio Rodríguez Quintana.
Editor: Ricardo Santiago Netto (Administrador de Fisicanet).