Extrusoras/Estabilizadores de salvado de arroz Insta-Pro

El aumento de la producción de alimentos es un punto importante en los programas de desarrollo de muchos países. Mientras que el énfasis principal de estos programas es usualmente el desarrollo agrícola, el aumento en la producción de alimentos también puede lograrse mediante la reducción de las pérdidas posteriores a la cosecha y mejorando la utilización de los productos disponibles y subproductos. Una importante iniciativa es la recuperación de aceite comestible de salvado de arroz, un significativo recurso alimenticio sub-utilizado.

El arroz con cascara o paddy, se compone del grano de arroz blanco almidonado, rodeado de una cubierta de color marrón altamente adhesiva y encerrado dentro de un casco exterior suelto (cáscara). Durante el proceso de molienda de arroz, la cáscara y el salvado se eliminan mecánicamente para obtener arroz blanco, que es el alimento básico y principal de más de dos billones de personas. La producción mundial de arroz con cáscara es de más de 400 millones de toneladas métricas. 

Las cáscaras de arroz están mayormente compuestas de celulosa, lignina y minerales, y no contienen valores alimenticios significativos. En su mayor parte, las cáscaras, que promedian el 20% del peso del arroz, se descartan cómo una pérdida de material o se usan como acondicionador de bajo valor, combustible o abrasivo crudo.  

Por otro lado, el salvado de arroz, es rico en proteína (15-18%) y energía y contiene altos niveles de vitaminas naturales y minerales esenciales. Estas cualidades conducen a una alta demanda de salvado de arroz como ingrediente para la alimentación animal, y es ampliamente utilizado con este propósito alrededor del mundo. El salvado representa del 4 al 9% del peso del arroz con cáscara, variando de acuerdo a la ubicación y el grado de molienda.

El salvado de arroz contiene aceite de buena calidad que es adecuado para el uso en  ensaladas o de cocina, similar al los aceites de maní, algodón o maíz. La cantidad de aceite en el salvado de arroz oscila entre menos de 10% hasta más del 20%, dependiendo del proceso de molienda, la cantidad de contaminación del salvado con la cáscara y pedazos rotos de arroz, y si la obtención del salvado se hace a partir de arroz crudo o pre-cocido. Típicamente, el salvado de arroz contiene alrededor de un 15% de aceite cuando está relativamente libre de cáscaras, un nivel que se aproxima a la soya, que contiene un 18-20% de aceite. El salvado de arroz tiene un único y poderoso sistema de enzimas, que se activa durante el proceso de molienda haciendo que el aceite se hidrolice rápidamente en ácidos grasos libres (FFA*) y glicerina. El aceite de arroz con cáscara sin moler y de arroz integral es relativamente estable porque las enzimas lipolíticas potencialmente degradativas se encuentran principalmente en las células testa y transversales de la cubierta de la semilla, mientras que la mayor parte del aceite se almacena en las células aleuronas y en el germen. Cuando la separación física es interrumpida por las operaciones de molienda, por naturaleza, la alta actividad de la lipasa, genera la hidrólisis de la grasa neutral. La tasa de hidrólisis varía con la temperatura y otros factores, pero puede conducir a que aproximadamente un 30-50% del aceite se convierta en FFAs dentro de una semana bajo condiciones de almacenamiento tropicales.

Además, cuando el aceite de salvado de arroz es refinado para producir aceite comestible, las pérdidas de refinamiento recuperadas utilizadas como jabón u otros usos industriales, generalmente equivalen a un poco más del doble de la cantidad de ácidos grasos libres en el aceite. Por lo tanto, para el aceite de salvado de arroz crudo que contiene un 30% de ácidos grasos libres, menos de un tercio del aceite crudo podrá recuperarse como aceite comestible. Por esta razón, el salvado sin tratar debe ser extraído rápidamente luego de la molienda, generalmente dentro de las pocas horas, para recuperar el aceite comestible de forma económica.

El aceite de salvado de arroz crudo con niveles de FFAs mayores al 10% generalmente no es económicamente conveniente para la producción de aceite comestible  y es designado como aceite de grado industrial. El aceite industrial de salvado de arroz es utilizado en la producción de jabón y artículos similares en los cuales los FFAs puedan ser utilizados.

El aceite comestible de salvado de arroz ha sido recuperado de forma muy limitada en los Estados Unidos y en otros lugares en donde el procesamiento y logística permiten un intervalo de tiempo extremadamente corto entre la molienda y la extracción del salvado. Sin embargo, el tiempo necesario para recolectar el salvado de arroz, transportarlo desde los molinos de arroz hasta las plantas de extracción de aceite y llevar a cabo la operación de extracción, es generalmente demasiado largo para realizar operaciones prácticas de recuperación del aceite comestible a partir del salvado sin tratar.

Un segundo problema importante relacionado con la recuperación de aceite comestible de salvado de arroz es la práctica de molienda de arroz en grandes cantidades en molinos de “una etapa” (huller) que eliminan una mezcla de cáscara y salvado de arroz. Cuando las cáscaras y el salvado están muy mezclados, el contenido de aceite es tan bajo (menor al 10%) que no es económicamente factible la extracción del mismo. Sin embargo, el uso de molinos de arroz de “dos etapas”, en los cuales la cáscara y el salvado son recuperados por separado, está creciendo. A medida que la proporción de arroz molido en molinos de dos etapas aumente, la cantidad de salvado disponible para la extracción de aceite crecerá. 

Los científicos han encontrado que las enzimas perjudiciales en el salvado de arroz pueden ser desactivadas mediante calor. Cuando el salvado de arroz se mantiene a una temperatura elevada por suficiente tiempo, la acción de la enzima puede ser ralentizada o hasta totalmente detenida. Como en otros procesos de inactivación de enzimas, el grado de inactivación se eleva a medida que aumenta la temperatura, la humedad y el tiempo de exposición al calor. En el salvado de arroz estabilizado, el aceite no se degrada aun cuando el salvado es almacenado por varios meses, y el contenido de FFAs se mantiene fijo en el nivel que tenía al momento de la estabilización. Por lo tanto, si un salvado que contiene niveles bajos de FFAs es estabilizado, puede ser almacenado y extraído luego para producir aceite para usos alimenticios.

Claramente, el hecho de que el estabilizador Insta-Pro resulte en la inactivación de enzimas no es suficiente para justificar la elección de este proceso. El proceso debe ser operable en una base continua y relativamente sin problemas bajo condiciones comerciales normales: deben existir mercados asegurados para todos los productos y subproductos y la operación debe ser financieramente viable en la medida en que el valor de los productos debe cubrir los costos y generar una rentabilidad atractiva. Sin el cumplimiento de estos requerimientos, las operaciones de estabilización no pueden tener ningún futuro comercial.  

Los estabilizadores de salvado de arroz Insta-Pro que no requieren agua agregada, inyección de vapor o calor externo, cocinan mediante la conversión de la energía mecánica del tornillo en calor por fricción y cizallamiento, porque material granulado se comprime y se fuerza a través de un orificio. Este proceso ha sido ampliamente utilizado para mezclar y cocinar granos de cereal y oleaginosas en la producción de alimentos.

Los estabilizadores de salvado de arroz Insta-Pro, tienen las siguientes ventajas:

Todas estas razones hacen a esta tecnología especialmente atractiva para ser utilizada en pequeños molinos de arroz que se encuentran en los países en desarrollo.

La extracción con solvente es el método preferido de recuperación de aceite de salvado de arroz. Antes de la extracción, el salvado de arroz es generalmente granulado para mejorar las características de su manejo. La estabilización y extrusión de salvado aglomera las partículas más finas y evita la necesidad de granulación. Además, el calor hace que la grasa en la célula se una con las gotas de aceite y rompa la estructura celular, mejorando la velocidad y la extracción de aceite.    

A diferencia de otros aceites vegetales, el aceite crudo de salvado de arroz contiene cera (alrededor del 1.5%), que debe ser eliminada si el aceite se utilizará como aceite de ensalada. Esto se logra mediante el enfriando del aceite crudo extraído y separando la cera por centrifugación.

Por lo tanto, el refinado de aceite crudo de salvado de arroz implica el des-parafinado, seguido de la neutralización para eliminar las trazas de clorofila, y finalmente la desodorización. Los productos derivados del procesamiento de aceite incluyen aceite comestible refinado, jabón, cera y subproductos. El aceite de salvado de arroz procesado es un aceite de color claro, blando y estable en comparación con el aceite de maní, algodón o maíz. Este aceite altamente oleico y linoleico, es estable por su bajo contenido de ácido linolénico. Los puntos de humo, inflamación y combustión son comparables a los de otros aceites comestibles de alta calidad, y se espera que sus principales usos alimenticios sean para grasa y aceite para cocinar o para ensaladas.

El salvado de arroz debe estar recientemente molido y relativamente libre de cáscaras si quiere estabilizarse y ser usado como fuente de aceite comestible. En el entorno descentralizado ideal, la unidad de estabilización estará ubicada en yuxtaposición con un molino de arroz para que en cuestión de minutos luego de la molienda, el salvado sea trasladado a un estabilizador en una operación continua, este sistema descentralizado es posible tanto para pequeños como grandes molinos de arroz. 

Las operaciones de molienda de arroz y los aspectos comerciales asociados no están estandarizados. Por ejemplo, las operaciones de molienda difieren entre las distintas áreas de un país y entre distintos países. Los molinos de arroz de dos etapas de pequeña escala típicamente muelen dos toneladas (o menos) de arroz por hora, mientras que molinos de mayor tamaño a veces muelen hasta 8 toneladas por hora. Las capacidades de las plantas de extracción de aceite, los precios del salvado y de aceites comestibles, y el costo de mano de obra y de energía difieren entre distintos países.

Debido a la diversidad de técnicas operacionales y estructuras de precios, las situaciones específicas de cada país deben ser consideradas individualmente para brindar un asesoramiento más realista teniendo en cuenta las factibilidades operativas y financieras de los potenciales sistemas para la estabilización del salvado y la recuperación de aceite comestible. 

La instalación operativa básica de estabilizadores de salvado de arroz se muestra en la Figura 1. La Figura 1 muestra una operación descentralizada en la cual grandes estabilizadores (1000 kilos de salvado por hora) son instalados en molinos de arroz individuales con una capacidad de 6 a 8 toneladas de arroz por hora. El salvado estabilizado acumulado en casa molino es transportado internamente a la planta de extracción de aceite mediante un óptimo uso del transporte, almacenamiento y capacidades de extracción.  El plan en la Figura 1 también puede ser utilizado para estabilizar salvado de arroz directamente en molinos de arroz pequeños de 2 toneladas de arroz por hora (250 kilos de salvado por hora).

Las operaciones que deben realizarse para recuperar el aceite comestible refinado del salvado de arroz estabilizado están detalladas en la Tabla 1. La estabilización puede ser realizada en cada molino individualmente con estabilizadores pequeños (250 kilos de salvado por hora) o grandes (1000 kilos por hora), dependiendo del tamaño del molino de arroz. La operación de estabilización puede realizarse bajo gerencias separadas o integrada junto con la extracción de aceite y refinamiento en una sola gerencia.      

Tabla 1 – La operación requerida para estabilizar y transportar el salvado de arroz hasta una planta de extracción de aceite y para extraer y refinar el aceite de salvado de arroz con dos sistemas diferentes.

Con este tipo de estabilizador, el estabilizado de salvado es descargado de la extrusora a temperaturas de alrededor de 140 grados. Por lo tanto, para prevenir el deterioro del color, el salvado debe ser enfriado antes de que sea empaquetado y colocado en almacenamiento temporal. El enfriamiento por evaporación durante el traslado del salvado en una cinta transportadora será suficiente para prevenir un excesivo deterioro del color.

La construcción para albergar el equipo de estabilización y enfriamiento, las operaciones de empaquetado y el almacenamiento temporal del salvado estabilizado deben ser construidos con pisos de concreto y paredes de ladrillo reforzado. Un espacio adecuado debe estar disponible para la salida del salvado estabilizado.

El costo total de producción de aceite comestible de salvado de arroz puede ser estimado como la suma de los costos de estabilización del salvado de arroz, su transporte hasta la planta de procesamiento de aceite, la extracción y refinamiento del aceite y el costo de la materia prima. Los costos de la materia prima necesaria para producir aceite refinado de salvado de arroz se componen con los costos del salvado utilizado, más una asignación para la humedad y otras pérdidas de procesamiento (alrededor del 5%) cuando el salvado es estabilizado.

El porcentaje de retorno sobre la inversión es un indicador común de la rentabilidad de un emprendimiento. Este retorno se computa deduciendo el total anual de costos del total anual de ingresos y dividiendo el resto (ingresos anuales) por la inversión total.

Los ingresos provenientes de la producción de aceite de salvado comestible se derivan de la venta del aceite, el salvado desgrasado y los subproductos tales como jabón y cera.

La diferencia entre el precio del salvado sin procesar y el salvado desgrasado varía. El efecto de estas variaciones de precios se analiza a continuación.

El jabón y la cera de salvado de arroz tienen mayor valor que el salvado de arroz, el ingreso proveniente de la cera no es muy grande, y su mercado no está bien definido por el momento, por lo tanto su posible recuperación y valor son ignorados para este análisis. El valor del jabón, que es vendido como alimento para el ganado y otros usos industriales, probablemente alcance la mitad del valor del aceite crudo de salvado de arroz con alto contenido de ácidos grasos libres.

NB – El jabón puede ser tanto el “sedimento” proveniente del refinamiento del aceite o aceite crudo con un contenido demasiado alto de ácidos grasos libres para ser refinado. En este contexto, es el sedimento proveniente del refinamiento del aceite de salvado de arroz. 

Una serie de variables pueden tener efecto sobre el retorno de la inversión (ROI) en la estabilización del salvado de arroz y la operación de recuperación de aceite. Estas variables incluyen la escala de la operación, los ingresos del aceite crudo de salvado de arroz y del refinamiento de aceite crudo, las diferencias entre el precio del salvado sin procesar y el salvado desgrasado, los precios obtenidos de la venta de los productos principales y sus subproductos y la inversión requerida. 

Se entiende una inversión con un retorno del 30% o más será muy satisfactoria por que el negocio usualmente acepta este nivel de rendimiento aún con un riesgo moderado. Un nivel de retorno entre el 30 y el 15% puede  o no puede ser satisfactorio para las empresas, dependerá entonces de las alternativas de inversión. Por último, un retorno menor al 15% será considerado insatisfactorio porque el dinero podría ser prestado a esa tasa con poco o ningún riesgo.

Utilizando este criterio, la estabilización de salvado de arroz y recuperación de aceite comestible parece ser financieramente sólida, particularmente a la luz del interés actual de reducir las necesidades de divisas.

Una de las variables más importantes es el lapso de tiempo entre la molienda de arroz y la estabilización del salvado. Este período tiene un efecto significativo sobre la inversión debido al aumento de los ácidos grasos libres y la correspondiente reducción en el rendimiento del aceite comestible. Asumiendo que el salvado de arroz contiene un 5% de ácidos grasos libres (igual al 10% de jabón) inmediatamente después de la molienda, y que la cantidad de ácidos grasos libres aumenta en alrededor de 5% por día. Para un salvado de arroz con un rendimiento de aceite crudo del 15% y con un lapso de un día (la situación más probable para una estabilización centralizada) el rendimiento de aceite comestible refinado a partir de aceite crudo es del 80%. Con la estabilización instantánea luego de la molienda, el rendimiento del aceite refinado sería del 90%. Con un lapso de dos días entre la molienda y la extracción, el rendimiento de aceite refinado caerá al 70%. Para un rendimiento del aceite crudo del 15% o más, se esperará un retorno satisfactorio si la estabilización se lleva a cabo dentro de los dos días, pero la rentabilidad será dudosa en lapsos mayores.

En rendimientos de aceite crudo menores al 15%, resultando principalmente de un mayor contenido de cáscaras en el aceite, incluso con una estabilización inmediata luego de la molienda, la viabilidad económica será cuestionable.

Otras consideraciones para el análisis de sensibilidad son los precios recibidos del aceite refinado de salvado de arroz, el valor comparativo de salvado desgrasado o salvado sin procesar, el precio de la electricidad y el costo total de inversión.

Las cualidades nutricionales del salvado pueden ser mejoradas con un tratamiento térmico. (Bajos niveles de inhibidores de tripsina y hemaglutininas están presentes en el salvado de arroz, principalmente en el germen. Estos factores anti nutricionales son destruidos bajo condiciones que desnaturalizan a las enzimas lipolíticas). El significado práctico de la inactivación de estas enzimas para la alimentación de ganado con salvado de arroz no ha sido claramente demostrado. Por el contrario, el salvado que contiene aceite que ha sufrido una degradación liposlítica y oxidativa, causa trastornos digestivos cuando se alimenta al ganado.

 

Es operativa y financieramente factible la estabilización de salvado de arroz mediante la extrusión para la producción de aceite comestible. Dependiendo de las horas anuales de esta operación, los estabilizadores en molinos grandes pueden producir de 1.200 a 2.400 toneladas por año de salvado estabilizado, equivalente a 150-300 toneladas de aceite comestible.

Las Estabilizadoras Extrusoras Insta-Pro tienen las siguientes capacidades mínimas:

El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos nos ha expedido un certificado acreditando que con el Modelo 2000R se alcanzan los 1000 kg/hr.

Las temperaturas de salida de aproximadamente 140 grados son recomendadas para reducir no solamente la actividad de la enzima, sino también el contenido de agua, fúngico y la actividad microbiana.

La estabilizadora extrusora Insta-Pro es utilizada en numerosas situaciones en el mundo. La instalación más significativa y de mayor renombre es la instalación Ike Farmers Rice Co-operative & International Rice Bran Industries en West Sacramente, California.

El aceite extraíble es de grado humano y el salvado puede ser utilizado para consumo humano y animal.

Con las actuales operaciones de molienda, el salvado de arroz es empaquetado y vendido con cláusula F.O.B., el molino de arroz y bolsas son reciclados y reparados hasta que ya no son utilizables*. Por lo tanto, cuando la estabilización es impuesta en el sistema actual, no se esperan requerimientos adicionales de mano de obra para empaquetar el salvado de arroz en el molino o costos de bolsas.

En cada uno de los pequeños molinos de arroz individuales, un trabajador adicional puede ser requerido para operar el estabilizador de salvado de arroz y mantenerlo en funcionamiento. Para grandes unidades descentralizadas, los requerimientos de mano de obra adicional probablemente consistirán en un operador de equipo y tres trabajadores para recibir y volcar el salvado sin procesar, empaquetar el salvado estabilizado, y transportar las bolsas al almacenamiento temporal.

Como el salvado es actualmente vendido F.O.B. en el molino de arroz, hay que añadir un costo de carga para transportar el salvado hasta la planta de extracción de aceite.

Los costos por tonelada métrica de salvado estabilizado en pequeñas plantas descentralizadas no son mucho más altos que para las grandes plantas cuando el traslado está incluido.