26/3/12


BIOQUÍMICA

Método eficaz para elaborar combustible a partir de cierta clase de basura orgánica

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Productos vegetales como tomates, cerezas o plátanos, dejan de ser comercializables en los mercados al por mayor cuando se vuelven demasiado maduros. Pasan a ser un desecho que, hasta ahora, terminaba como abono orgánico en el mejor de los casos. En el futuro se les dará un mejor uso: Un equipo de investigadores ha desarrollado y se prepara para probar unas instalaciones en las cuales se fermenta a estos desechos para crear metano, el cual puede ser usado como combustible para vehículos.

Los conductores que usan en sus vehículos gas natural (compuesto mayormente por metano) como combustible, en vez de gasolina o de gasóleo, gastan menos y contaminan menos. El gas natural es más barato, y las emisiones que libera por el tubo de escape contienen menos dióxido de carbono y casi nada de partículas de hollín. Como resultado, más y más propietarios de automóviles y otros vehículos están adaptando sus motores de gasolina para que funcionen con gas natural. Pero, al igual que el petróleo, el gas natural es también un combustible fósil, y sus reservas son limitadas.

El equipo de Ursula Schliessmann, del Instituto Fraunhofer para la Ingeniería de Interfases y la Biotecnología (IGB), en Stuttgart, Alemania, ha desarrollado ahora una alternativa:
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Planta de biogás. (Foto: Fraunhofer IGB)

Dicha investigadora y sus colaboradores han encontrado una forma de obtener metano, no a partir de las valiosas reservas de la Tierra, sino a partir de residuos de frutas y hortalizas generados por mercados al por mayor, cantinas y cafeterías universitarias. La fermentación de estos residuos de alimentos produce metano, también conocido como biogás cuando se obtiene de este modo, por fermentación bacteriana. Este metano puede ser comprimido dentro de cilindros a alta presión y usado como combustible.

Los investigadores ya están trabajando en la puesta en marcha de una planta piloto al lado de un mercado al por mayor en Stuttgart. Las instalaciones de la planta de procesamiento se valen de diversos microorganismos para generar metano a partir de los desechos alimentarios, en un proceso de "digestión" de dos etapas que dura sólo unos pocos días.

Químicos andaluces emplean resíduos agrícolas para obtener biodiésel, papel y aditivos alimentarios


26-3-2012   Fundación Descubre
Este proyecto pone en práctica el concepto de "biorefinería", que trata de aprovechar de manera integral la biomasa disponible

Investigadores de varias universidades públicas andaluzas colaboran en el desarrollo de un nuevo proceso de separación de los distintos componentes de los residuos de la actividad agrícola, poda del olivar y pajas de cereales, que permite la obtención de biodiésel, de aditivos alimentarios y de pastas celulósicas para fabricar papel.








Investigadores del Departamento de Ingeniería Química y Química Inorgánica de laUniversidad de Córdoba, en colaboración con el departamento de Ingeniería Química, Química Física y Química Orgánica de la Universidad de Huelva trabajan en un proceso de separación de los distintos componentes de residuos procedentes de poda del olivar y pajas de cereales para obtener biodiésel, aditivos alimentarios y pastas celulósicas para obtener papel.
Los expertos ponen en práctica el concepto de biorefinería, que trata de aprovechar de manera integral la biomasa disponible, bien aprovechando el poder calorífico de estos residuos como fuente energética o bien obteniendo productos dirigidos a las industrias alimentarias y farmacéuticas. "La biorefinería es el término utilizado actualmente para describir la tecnología de fraccionamiento de la biomasa vegetal en energía, productos químicos y bienes de consumo", explica el investigador responsable del proyecto, Alejandro Rodríguez, de la Universidad de Córdoba.
Poda del olivar
Poda del olivar
Los expertos quieren usar la biomasa vegetal como materia prima, tanto para producción de bioenergía como de bioproductos, superando la visión clásica de destinar los residuos sólo a la industria papelera. "Nuestra investigación no sólo aplica los procesos de pasteado clásicos, centrados exclusivamente en obtener una fracción sólida de los vegetales rica en celulosa", explica Rodríguez.
De esta forma, los investigadores ponen en práctica procesos químicos que permitan separar con eficiencia los principales componentes de la materia vegetal. Una vez separados y purificados pueden presentar múltiples aplicaciones industriales como la fabricación de polímeros, es decir, estructuras químicas sobre las que obtener otros compuestos. Otros usos serían la formulación de productos químicos (fármacos, aditivos alimentarios, aromas...), el desarrollo de materiales con propiedades especiales (aislantes, adhesivos, espesantes, barnices, pinturas) y la obtención de bioetanol, además de la pasta celulósica para fabricar papel.
Un residuo, tres fracciones
Los investigadores separan los residuos en tres fracciones: hemicelulosacelulosa ylignina. La primera se compone mayoritariamente de azúcares, por tanto, muy interesantes para la obtención de aditivos alimentarios, como los xilitoles que se añaden a los chicles.
Por su parte, la celulosa se ha venido aprovechando hasta la fecha en la obtención de pastas celulósicas para la posterior producción de papel y cartón. Sin embargo, los investigadores piensan en ella como base para la obtención de bioetanol. "Sometemos esta fracción a tratamientos físicos o químicos con objeto de modificar la estructura celular y conseguir soluciones óptimas. La degradamos a glucosa y obtenemos etanol mediante fermentación", precisa Rodríguez.
Por tanto, los expertos pretenden partir del residuo agrícola extraer las fracciones más interesantes en unas concentraciones y calidad que sea aptas para procesos posteriores como la obtención de azúcares, la industria farmacéutica, la alimentación animal, composites o integrarla en otros compuestos, como base de la química verde.
En esta tarea, también participa la Universidad de Huelva que se encarga de la caracterización de la fracción hemicelulósica y de lignina. Esto supone que los expertos onubenses aportan datos de composición en azúcares que tiene la fracción hemicelulósica, así como la composición y potencia calorífica de la lignina que, dado la diferente naturaleza de cada materia prima, es distinta en la poda del olivo y en la paja de cereales.
Precisamente, en relación a este último residuo, la empresa ECOPAPEL de Écija está muy interesada en los resultados que se puedan obtener de este proyecto. "Están montando una línea de negocio basada en la elaboración de envases a partir de pasta celulósica a partir de paja de trigo y quieren aprovechar este recurso natural al máximo. Les interesa saber si es posible la obtención de etanol en lugar de pasta y qué hacer con las ligninas", anticipa Rodríguez.
Ventajas ambientales
Además de sus objetivos científicos, los investigadores andaluces aportan con su proyecto un beneficio ambiental. Por un lado, aprovechan residuos abundantes en Andalucía como los restos de poda de olivo y la paja de trigo o arroz.
Actualmente, estos residuos se incineran o se trituran para esparcirlos sobre el terreno, lo que resulta caro y puede dar lugar a otros problemas como la aparición de plagas. La alternativa que proponen los investigadores supondría convertir ese residuo en un nuevo recurso. "Aprovechamos las fracciones hemicelulósica y lignina, que actualmente se queman e investigamos en el aprovechamiento de la celulosa para obtener bioetanol permitiendo un óptimo aprovechamiento de la biomasa vegetal", precisa el investigador.
Por otra parte, en el proceso de obtención de los nuevos compuestos, los investigadores apuestan por la utilización de tecnologías y principios de química verde. Ejemplo de estas buenas prácticas son la recuperación de disolventes y reactivos, así como minimizar las emisiones de efluentes y gases.
Estos trabajos se desarrollan en el marco del proyecto Biorrefinería de residuos agrícolas. Beneficio de hemicelulosa, celulosa y lignina, calificado de excelencia por la Consejería de Economía, Innovación y Ciencia de la Junta de Andalucía.

3/3/12

Fabricación de jabones


Fabricación de jabones caseros
fabricar jabonesLa fabricación de jabones puede hacerse por método de tareas (intermitente) o por método continuo.

La elección del procedimiento y de las materias primas dependen de la calidad que se quiera obtener, de la instalación para el manejo y tratamiento de las materias primas y de los medios para producir el jabón y recuperar la glicerina. para el manejo y tratamiento de las materias primas y de los medios para producir el jabón y recuperar la glicerina.
La mayor parte de las fábricas de jabón operan por el método de Calderas de plena cocción con materias grasas neutras. Con este procedimiento se producen jabones de alta calidad y productos industriales de calidad inferior y se aprovecha la glicerina.
Fabricación de jabones de glicerina
fabricacion de jabonesLas principales objeciones que se oponen a los métodos continuos de fabricación de jabones son:
No proporcionan la flexibilidad de operación que es posible obtener con la caldera. Están muy mecanizados y requieren operarios especializados. No permiten cambiar de una fórmula a otra sin rehacer cantidades sustanciales de jabón. Consumen mucho tiempo en poner en movimiento y en para las unidades. Este método es ventajoso cuando se desea acrecentar la capacidad productiva de una fábrica, sin aumentar las dimensiones de sus edificios, especialmente si la fábrica puede funcionar largo tiempo sin parar.
Las lejías de glicerina se tratan con sales solubles de hierro o de aluminio y se filtran para eliminar las impurezas precipitadas y luego se evaporan para formar una glicerina cruda, que contiene 82% de glicerol. La venta de glicerina es importante fuente de ingresos.
Por Neutralización de los ácidos grasos se produce importante tonelaje de jabón, ya sea por proceso continuo o por tareas. Normalmente se utiliza la sosa cáustica paras la neutralización, pero también se usa el carbonato de sodio. En este método se produce glicerina y nada se pierde en el producto, al contrario de lo que ocurre en el proceso de cocción total.
jabones de glicerinaEl proceso de cocción total puede ser aplicado por lavados directos o por el sistema de lejía a contracorriente. En el procedimiento de lavados directos, es necesario un número menor de calderas y de tanques de lejía, porque cada cambio requiere el empleo de lejía fresca durante el proceso de la cocción. En el sistema de contracorriente, la lejía procedente de un cambio en una caldera se emplea en un cambio distinto en otra caldera. Sólo los grandes fabricantes de jabón utilizan el método de la contracorriente por razón de los muchos tanques que son precisos para su aplicación.
Las calderas utilizadas en el proceso de cocción total varían en tamaño considerable, según las exigencias de la producción. Las calderas pueden ser de sección transversal, circular o cuadrada, pero generalmente se emplean tanques cilíndricos con fondo cónico. A veces, las calderas tienen tapa metálica que permite la ebullición con vapor de agua, al que se da salida por la techumbre del departamento de calderas. Esta ventilación evita la condensación del vapor y la formación de bruma en tiempo frío. El calor necesario para la cocción es suministrado por serpentinas de vapor instalados en la parte cónica del fondo, los cuales son abiertos o cerrados. Cada caldera tiene un tubo oscilante que permite extraer el jabón acabado situado encima de la capa de jabón sucio. Este y la lejía se descargan por la llave del fondo.
La saponificación de la materia grasa debe hacerse con alguna rapidez, aunque regulada. La reacción es exotérmica y se verifica entre la grasa y la solución de sosa cáustica en la interface o superficie de separación entre el aceite y el agua. Al mezclarse el aceite con el álcali cáustico, se produce el primer jabón, el cual emulsiona el aceite sin saponificar y expone así grandes superficies de este a la acción de la sosa cáustica. La saponificación avanza rápidamente cuando se ha formado cantidad de jabón suficiente para emulsionar todo el aceite.
Los ácidos grasos libres contenidos en el aceite, inician la reacción antes que los glicéridos, porque obran por simple neutralización. El jabón así formado es el agente emulsionante necesario para principiar la saponificación del aceite neutro.
En este proceso suele agregarse, la materia grasa al, jabón sucio, procedente de un proceso anterior. El contenido de jabón de este jabón sucio basta para promover la rápida emulsión y saponificación de la nueva carga. Si los aceites o grasas muy refinados que contienen poca cantidad de ácidos grasos libres o carecen de ellos, se echan en una caldera limpia, es a veces difícil iniciar la saponificación . A veces se agrega una pequeña cantidad de jabón para facilitar la saponificación.
Durante la saponificación se añade sal a la caldera para producir grumos o gránulos. Como la sal es electrolito, reduce la solubilidad del jabón en la fase acuosa o lejía, por lo que el jabón se separa de la solución. Esta precipitación del jabón se llama saladura o graneado del jabón. Manteniendo un grano blando en el jabón durante la saponificación se evita el espesamiento de la masa, con formación de nódulos. En la caldera existen diversas formas físicas de jabón:
Técnicas Básicas de fabricación de jabones
 jabones
Jabón granulado: es un jabón grumoso precipitado de la lejía acuosa por saladura o por la adición de soda cáustica. Los jabones con fórmulas de producción básicamente distintas requieren soluciones de electrolitos de distinta fuerza para originar el mismo tipo de grano.

Jabón limpio: es el producto acabado de la caldera de jabón. Contiene 63% de total de ácidos grasos y cantidades pequeñas de Na2O libre, NaCl y glicerina. El total de ácidos grasos es también influido por el tipo de acabado y la duración de la sedimentación después del acabado
.
Jabón gomoso: es una solución viscosa de jabón que se forma si el contenido de electrolito de la fase acuosa o lejía cae por bajo de cierto nivel. Este jabón es difícil de manejar por su alta viscosidad.
Jabón sucio: (o jabón negro): es una solución de color oscuro que contiene algo de jabón y que cae goteando de la masa de jabón después del acabado. Su color varía entre el gris y el negro según las impurezas que se sedimentan de la masa de jabón mientras ésta permanece en el estado de grano blando propio del acabado. Generalmente el jabón sucio se une a la carga de una cocción subsiguiente para obtener un jabón de calidad igual o inferior.
En la cocción de los jabones la relación de lejía es muy importante, porque está íntimamente unida a la recuperación de la glicerina. La relación de lejía se define como "las libras de lejía consumidas por libra de jabón limpio de 63% de total de ácidos grasos". A veces se llama relación de lejía, a la relación entre la lejía gastada y la grasa saponificada. Generalmente se mantiene baja la relación para evitar el costo de evaporar gran cantidad de agua de las lejías glicéricas y el manejo de cantidades grandes de sal recuperada.
La fabricación de jabón basada en un método de lejías en contracorriente entre diversas calderas, es más económica que el método de lejías de lavado directo. El primer método permite emplear menor volumen total de lejía y produce lejías mas ricas en glicerina que las procedentes del lavado directo.
Método continuo con materias grasas neutras
En los últimos años, se han instalado en todo el mundo fábricas de jabón basadas en el proceso continuo. Las fases básicas de fabricación son análogas a las operaciones que se realizan en el método de caldera, a saber:
1) Saponificación
2) Lavado del jabón para recuperar la glicerina
3) Acabado
Se opera en contracorriente, y el número de lavados depende de la cantidad de glicerina que ha de ser recuperada del jabón.
Método de Sharples. En este método se usan centrífugas de gran velocidad para separar la lejía del jabón. El método comprende:
1) Saponificación
2) Lavados
3) Acabado y lavado
Una mezcla caliente de grasa y aceite junto con lejía caliente de sosa cáustica es bombeada continuamente y entre en una cámara cerrada de saponificación, la cual se mantiene llena de una mezcla caliente de lejía y grumos de jabón, en rápida circulación por medio de una bomba y tuberías externas. Los materiales frescos que entran en la cámara, reaccionan prontamente en condiciones ideales de saponificación y desalojan iguales cantidades de la mezcla de lejía y de jabón. Esta se enfría y se centrifuga separando del sistema la lejía gastada.
La lejía procedente de la tercera etapa se pone en contacto con el jabón de la primera para completar la saponificación, y la mezcla de lejía y jabón se centrifuga. Jabón totalmente saponificado y lejía son productos de la segunda etapa. La lejía procedente de esta etapa se refuerza con soda cáustica y se emplea para la saponificación de la mezcla fresca de grasa y aceite en la primera etapa.
La lejía de la cuarta etapa, se pone en contacto con el jabón de la segunda y mezcla de jabón y lejía de esta tercera etapa se centrifuga; los productos son los grumos de jabón lavado y lejía. Esta lejía se emplea en la segunda etapa en la forma dicha.
El jabón de la tercera etapa se pone en contacto con solución fresca de soda cáustica y sal, y la mezcla se resuelve en jabón limpio y lejía en las centrífugas de la cuarta etapa; la lejía se usa en la tercera etapa para extraer glicerina por lavado. El proceso da un jabón limpio de buena calidad sin separación de jabón sucio. Sin embargo, es posible en la cuarta etapa reajustar el contenido de electrolito de la solución fresca de sosa y sal para que se separe jabón sucio en lugar de lejía.
Todos los ingredientes se distribuyen automáticamente en el sistema. La producción de jabón limpio de estas instalaciones es de unos 550 Kg/hora y por centrífuga en la etapa final o de acabado de jabones de tocador, y de unos 1100 Kg/hora y por centrífuga de acabado de jabones de lavandería.
Método Mon Savon. Este método se aplica a la manufactura continua de jabón pulido con materias grasas neutras y comprende:
  1. Saponificación
  2. Lavado para la extracción de glicerina de los grumos de jabón
  3. Acabado
En la etapa de la saponificación, cantidades exactamente proporcionales de materias grasas y de solución de soda cáustica se juntan en un homogeneizador de gran velocidad. La emulsión de agua en aceite que se forma, se descarga en una cámara caliente provista de camisa de vapor, donde la reacción se verifica rápidamente. La saponificación es completa, cuando la masa deja la cámara de reacción y cae en un tanque auxiliar.
El lavado del sistema Mon Savon se hace en una torre cilíndrica dividida en cuatro compartimientos. Cada uno de éstos tiene una zona de mezcla y una zona de sedimentación. En la primera etapa se mezclan los grumos de jabón con la salmuera, y en la segunda se separa y sedimenta la salmuera. Se opera en contracorriente; el jabón crudo, procedente de la etapa de saponificación entra en la torre por el fondo y la salmuera entra por la parte superior para la extracción de la glicerina. Al ascender el jabón se mezcla con la salmuera, la cual lo lava y se lleva la glicerina. Por medio de bombas se mantiene la corriente apropiada de salmuera. De la parte superior de la torre se descargan continuamente grumos de jabón lavados, y por el fondo se extrae la salmuera para la recuperación de la glicerina.
El jabón en grumos procedente de la torre Mon Savon se elabora continuamente mediante la adición de agua. Este acabado es regulado por un operador y debe ser comprobado con frecuencia. El jabón elaborado se descarga en un tanque de sedimentación, en que se separa por gravedad y de modo continuo el jabón sucio del limpio. Este se saca por la parte superior del tanque para su tratamiento y aquél se extrae por el fondo para la recirculación en la torre de lavado.jabones de lavar
Fabricación de Jabón con ácidos grasos
Los ácidos grasos se obtienen por hidrólisis de las grasas y aceites naturales. Los productos de la hidrólisis son ácidos grasos y agua dulce que contiene la glicerina. Pueden utilizarse ácidos grasos destilados para la fabricación de jabones especiales. Los ácidos grasos sin destilar se emplean en jabones para la industria y lavandería.
La neutralización de los ácidos grasos para transformarlos en jabón se hace por método intermitente o continuo. Los ácidos se neutralizan con carbonato de sodio o sosa cáustica.
Método Intermitente.
Se utilizan las calderas ordinarias. El carbonato de sodio neutraliza el grueso de la carga de ácidos grasos y con la sosa cáustica se hace el ajuste final, pero también puede hacerse la neutralización entera con soda cáustica. En la práctica, se calienta en la caldera hasta ebullición, la solución de carbonato de sodio anhidro, y se incorporan bombeándoles lentamente, los ácidos grasos fundidos. La neutralización se verifica inmediatamente con desprendimiento de gas carbónico. Terminada la reacción, se granea el jabón con soda cáustica o con sal y se deja sedimentar la lejía. Esta se extrae por el fondo de la caldera y se hace el acabado del jabón como en el método de la caldera con materias grasas neutras.
Método Continuo.
Por la facilidad con que los ácidos grasos se combinan con la sosa cáustica para formar jabones, se usa comúnmente el método continuo de saponificación. Cantidades de ácidos grasos calientes y de solución caliente de soda cáustica, exactamente proporcionadas, se juntan en un aparato mezclador de gran velocidad. La concentración de la solución de soda cáustica, es tal, que el jabón tendrá el deseado contenido de humedad. La reacción se verifica rápidamente y el jabón producido se descarga en un tanque que es mantenido en agitación. Se hecha en el tanque sal o salmuera para producir jabón limpio con el deseado contenido de electrolito. Se hacen ensayos analíticos con el jabón de este tanque y se realizan los ajustes necesarios antes de bombear el jabón limpio a los tanques de elaboración.
Procedimientos modificados
Procedimiento de Semicocción. La materia grasa se mezcla con una cantidad de soda cáustica suficiente para saponificarla por completo. La saponificación se verifica mediante agitación y calentamiento con vapor cerrado. En la masa de jabón se deja la glicerina.
Procedimiento sin caldera. En este proceso, el calor generado por la reacción exotérmica producida entre las grasas y el álcali se utiliza para llegar a su término la saponificación. La materia grasa se clienta hasta la temperatura conveniente y se mezcla con el álcali cáustico. Si se deja la mezcla en un recipiente aislado en el que la reacción de saponificación se produce lentamente. Este método no produce jabones de alta calidad, porque en las masas de jabón queda algo de materia grasa no saponificada.
Procedimiento de la Autoclave. El álcali reacciona con la materia grasa a temperatura y presión elevadas. Se agita la mezcla bombeándola con serpentines calentados exotérmicamente. En estas condiciones la saponificación es muy rápida. La masa caliente se somete a expansión instantánea en una cámara de vacío, en la que caen las partículas de jabón, y gran parte de la glicerina y la humedad se eliminan en fase de vapor. La glicerina se condensa de la mezcla de vapores y se recoge. Por razón de la gran temperatura aplicada, los jabones producidos por este método suelen ser mas oscuros. Este método no es de uso general.
Procedimiento del éster metílico. En estos últimos años se ha trabajado en un procedimiento para hacer jabón transformando en ésteres metílicos los triglicéridos. Estos se tratan con alcohol metílico en presencia de un catalizador. Se separa la glicerina, se destilan los ésteres metílicos y se saponifican con soda cáustica.
Saponificación en chorros. La materia grasa caliente y la soda cáustica se ajustan de un modo continuo en aberturas anulares de una boquilla por cuya abertura central sale una corriente de vapor que emulsiona la mezcla y la deja caer en una caldera. En ésta se produce la saponificación completa con elevación de temperatura. Los lavados y el acabado se realizan en la forma ordinaria o por método continuo. La saponificación en chorro se emplea mucho en Inglaterra con métodos modificados de lavado y de sedimentación.

Acabado del Jabón

El jabón limpio producido por tares de cochura o de modo continuo con materias grasas neutras, o con ácidos grasos es sometido a elaboración antes de ser transformado en barras, escamas, o polvo.
El jabón limpio contiene 30%, aproximadamente, de humedad y se seca por aire caliente o en tubos calentados por vapor.
El jabón limpio procedente de una caldera o de un tanque de almacenaje se hecha en la parte superior de un cilindro helado por enfriamiento interior. Una tenue película de jabón solidificada en el rodillo grande se separa en forma de cintas mediante una cuchilla dentada. Las cintas caen sobre un delantal transportador, son llevadas a la abertura superior de la cámara secadora y caen en un transportador de tela metálica sin fin que recorre en un plano horizontal toda la longitud del secadero. Sobre el transportador pasa una corriente de aire caliente, y las cintas de jabón parcialmente secas, al llegar al extremo del secadero, caen sobre otra tela metálica sin finque se mueve en dirección opuesta en un nivel más bajo. Después de haber pasado dos veces más por la cámara de desecación, se enfrían las cintas con aire y se descargan sobre un transportador de husillo que las quiebra en forma de virutas y las lleva a los depósitos de almacenaje en que se guardan para ulterior tratamiento. En este punto la humedad es del 12% aproximadamente.
Las virutas de jabón de tocador se cargan en mezcladores de tarea, donde se agregan preservativos, pigmentos, colorantes y perfumes. Como preservativos del jabón, pueden usarse antioxidantes, pero con mayor frecuencia se emplean compuestos de quelación, que evitan el enranciamiento al combinarse con los vestigios de metales. Si no se hiciera eso, los metales actuarían como catalizadores en el desarrollo de la rancidez. A continuación la masa mezclada de jabón se descarga en una tolva de molino. Los molinos de jabón son máquinas grandes que suelen tener de 3 a 5 pesados cilindros de acero o de granito que giran a velocidades distintas. El jabón es estrujado por los dos primeros cilindros y del cilindro de mayor velocidad pasa en forma de película a un tercer cilindro. Cada vez que el jabón es estrujado entre dos cilindros, se hace más uniforme. Del cilindro final se separa el jabón por medio de una cuchilla. El jabón molido es un producto uniforme, bien trabajado.
Jabones de Tocador. Las virutas de jabón molido se convierten en barras de jabón de tocador por medio de una máquina de extrusión. Las virutas se echan en una tolva en cuyo fondo hay un gran husillo que las lleva continuamente a una cámara de compresión. En ésta se verifica la desaereación y el jabón se aprieta y consolida formando una masa plástica compacta. En el extremo opuesto de la cámara existe un caño troncocónico con una matriz, por la cual sale a gran presión una barra continua de jabón plástico caliente que tiene la forma final de la deseada barra de tocador. Sobre la mesa de corte adjunta a la máquina se corta la barra de jabón en trozos, que se enfrían, estampan, envuelven y empaquetan para su despacho como pastillas de jabón.
En estos últimos años algunos fabricantes han instalado "refinadoras", para sustituir a los molinos, los cuales consisten en cámaras de compresión con alimentador de husillo y placas con finos orificios por los cuales pasa el jabón a presión.
Escamas de jabón. Para la producción de escamas, el jabón molido pasa por molinos de acabado. Mediante la regulación de la temperatura y el cuidadoso ajuste del espacio entre los cilindros, se produce una película lustrosa. La película de jabón del último cilindro es marcada por cortadores giratorios que determinan la forma de la escama final. La película se separa del cilindro con una cuchilla y se deja caer en un transportador, en el que es enfriada y transportada a la tolva de la máquina envasadora.
Productos secados por aspersión. Hay jabones en polvo ligeramente perfumados y hay polvos para lavanderías que contienen un elevado porcentaje de coadyuvantes.
Para hacer los compuestos de lavandería, se hecha el jabón limpio de los tanques de almacenamiento en la máquina mezcladora provista de camisa de vapor, donde se mezcla con relleno. Al funcionar la máquina el husillo eleva el material desde el fondo de la sección hemisférica y lo lleva hasta lo alto de la mezcladora. Dicho material es mezclado en el espacio anular por la barredera y gradualmente retorna hacia el fondo. Así se obtiene mezclas excelentes. Los rellenos coadyuvantes pueden ser de carbonato de sodio, silicato de sodio y pirofosfato tetrasódico. El jabón así elaborado es bombeado a tanques pequeños de almacenamiento, donde se mantiene agitado para llevarlo con bombas de lta presión a las toberas situadas cerca de la cima de una torre de aspersión. Esta torre es cilíndrica y puede estar diseñada para corriente en el mismo sentido del jabón y gases calientes, o para que estos obren en contracorriente del jabón. El polvo seco que sale por el fondo de la torre es enfriado por aire, cernido y transportado al equipo automático de pesada y envasado.
Jabones moldeados. En todo el mundo se fabrica jabón en barras para el lavado doméstico. Estas barras se cortan de los jabones moldeados. Se moldean los jabones del procedimiento sin caldeo, de semicocción y el jabón limpio. El jabón limpio de caldera se hecha en una máquina mezcladora, donde se mezcla con el relleno. La mezcla se vierte en los moldes y se deja en reposo varios días hasta que se enfríe.
El molde para jabón consta de una fuerte plataforma de madera colocada sobre ruedas. Cuando se ha enfriado la masa de jabón, se quitan los costados y los testeros de la caja y queda en la plataforma de madera un sólido bloque rectangular de jabón. Ese bloque es empujado hacia un aparato que corta horizontalmente por medio de una serie de alambres paralelos fuertemente atesados entre dos postes. Las planchas de jabón se secan a mano y se colocan en una mesa horizontal, en la que se cortan en barras por medio de alambres paralelos perpendiculares al plano de la mesa. Las barras se estampan en una prensa para jabón, se envuelven y se empaquetan para su embarque.
Tintes Fluorescentes. En estos últimos tiempos se han agregado colorantes a los producto9s para lavandería y para servicio ligero. Estos tintes, en muy pequeñas cantidades, reflejan las radiaciones del espectro visible e imparten considerablemente blancura y brillantez a los tejidos lavados. Otro ingrediente, el CMC (Carboxil Metil Celulosa), se añade al jabón de lavandería para evitar que se vuelva a depositar en las telas la suciedad que flota en el agua del lavado.
Método de Mazzoni. Es un método continuo de dar el acabado al jabón limpio. Éste se lanza por bombeo mediante unas toberas pulverizadoras contra la pared interior de una cámara desecadora al vacío. La película de jabón se raspa continuamente de la pared con cuchillos, se extrae por el fondo de la cámara y se comprime con una prensa de husillo. En la cámara mezcladora se le agregan perfumes y rellenos, y por medio de una máquina de extrusión se le da forma de barras.

Análisis

En la manufactura de jabones se realizan ciertos ensayos analíticos en el transcurso de las operaciones y cuando éstas han sido terminadas. Algunos de los ensayos más importantes que se realizan con los jabones son:
  1. Contenido total de ácidos grasos.
  2. Color de los ácidos grasos.
  3. Álcali libre.
  4. Sal
  5. Glicerol
Las lejías se someten a ensayo para determinar la alcalinidad, la sal y el glicerol.
A continuación describiremos algunos de los ensayos:
Total de Ácidos Grasos. La muestra se hidroliza con ácido, se extraen con éter los ácidos grasos, se evapora el éter y se pesa el residuo.
Color. El color del jabón está relacionado con el color de los ácidos grasos obtenidos de la muestra por hidrólisis y lavados. El color de los ácidos grasos se compara con colores típicos. Los ácidos grasos de colores claros se comparan en columna de 5,25" (13,3 cm) con los colores tipo en el tintómetro de Lovibond. Los ácidos de color oscuro se comparan con los tubos de color FAC, que cumplen las especificaciones del Fat Analysis Commitee de la American Oil Chemists' Society.
Álcali libre. Se disuelve una muestra en alcohol y se valora con solución volumétrica de ácido empleando fenolftaleína como indicador. El resultado se expresa en Na2O.
Sal. Se determina la sal por análisis volumétrico con nitrato de plata empleando el cromato de potasio como indicador.
Glicerol. El jabón se descompone con ácido mineral y se determina el glicerol en fase acuosa por oxidación con K2Cr2O7 o con peryodato de sodio.

Fabricación de jabón en pequeña escala.

A continuación damos a conocer la técnica utilizada para la fabricación del jabón.

Técnica.

En un vaso de precipitados se funde la grasa. De este sebo de vaca se obtuvieron los ácidos grasos, necesarios para la saponificación, los cuales son de 16 a 18 átomos de carbono.
La saponificación fue realizada con una solución de NaOH al 40%. La saponificación se realiza de la siguiente manera:
Se le agrega a los ácidos grasos la solución de NaOH y se calienta constantemente hasta que se produce la saponificación, esto se comprueba cuando al extraer la varilla del vaso (donde se esta realizando la producción del jabón) ésta sale completamente limpia. Finalizada esta etapa se realiza un filtrado para separar el jabón realizado, de la glicerina (formada como subproducto) y excesos de NaOH.
A continuación se toma el pH del jabón y como debe ser muy elevado, se realizan sucesivos lavados con soluciones sobresaturadas de NH4Cl y NaCl para poder disminuir el pH del jabón.
Terminada esta etapa se procede a colocar los jabones en moldes.

Apuntes sobre jaboneria


VII. JABONES, SAPONINAS Y DETERGENTES

MUCHAS veces hemos visto maravillados cómo en una fría mañana invernal los patos nadan en el estanque sin una aparente preocupación por ser mojados por las frías aguas; cuando por fin dejan el estanque, simplemente se sacuden de las gotas superficiales y su plumaje queda tan seco como antes de su contacto con el agua. Al observar las aguas estancadas es frecuente ver insectos que con gran seguridad van y vienen corriendo sobre la superficie del agua. Ambos fenómenos tienen que ver con el hecho muy conocido de que el agua y el aceite no se mezclan.
Tanto el cuerpo del insecto como el plumaje de los patos se encuentran cubiertos por una capa de grasa que los hace impermeables.
Cuando la ropa u otros objetos se manchan con grasa y tratamos de lavarlos con agua sucederá lo mismo que con el plumaje de los patos: el agua no moja a la mancha de aceite. El agua, por lo tanto, no sirve para limpiar objetos sucios con aceites o grasas; sin embargo, con la ayuda de jabón o detergente sí podemos eliminar la mancha de grasa. El efecto limpiador de jabones y detergentes se debe a que en su molécula existe una parte lipofílica por medio de la cual se unen a la grasa o aceite, mientras que la otra parte de la molécula es hidrofílica, tiene afinidad por el agua, por lo que se une con ella; así, el jabón toma la grasa y la lleva al agua formando una emulsión (Figura 16).



Figura 16. 
SAPONIFICACIÓN

Los jabones se preparan por medio de una de las reacciones químicas más conocidas: la llamada saponificación de aceites y grasas.
Los aceites vegetales, como el aceite de coco o de olivo, y las grasas animales, como el sebo, son ésteres de glicerina con ácidos grasos. Por eso cuando son tratados con una base fuerte como sosa o potasa se saponifican, es decir producen la sal del ácido graso conocida como jabón y liberan glicerina. En el caso de que la saponificación se efectúe con sosa, se obtendrán los jabones de sodio, que son sólidos y ampliamente usados en el hogar. En caso de hacerlo con potasa, se obtendrán jabones de potasio, que tienen consistencia líquida.
La reacción química que se efectúa en la fabricación de jabón se puede representar en forma general como sigue:
CH2—O—CO—R   CH2—OH  
|  |  
CH—O—CO—R+3 NaOHCH—OH+3 R—CO—ONa
|   |  
CH2—O—CO—R   CH2—OH  
       
Aceite+sosaglicerina+jabón



Con frecuencia se agrega brea en el proceso de saponificación obteniéndose así jabones en los que, junto con las sales de sodio de ácidos grasos, se tendrá la sal de sodio de ácidos resínicos, lo que los hace más solubles y más apropiados para lavar ropa. Evidentemente se podrán obtener sales de ácidos grasos con otros metales, especialmente con calcio, ya que el hidróxido más abundante y barato es la cal,Ca(OH)2. Ahora bien, si la saponificación se hace con cal, el producto será el jabón de calcio, Ca(OCOR)2. El problema es que este jabón es un sólido duro e insoluble, por lo que no sirve para los fines domésticos a los que se destinan los jabones de sodio.
Los jabones de sodio tienen un amplio uso en nuestra civilización, por lo que la industria jabonera es una de las más extensamente distribuidas en el mundo entero.
FABRICACIÓN DE JABÓN 

El proceso de fabricación de jabón es, a grandes rasgos, el siguiente: se coloca el aceite o grasa en un recipiente de acero inoxidable, llamado paila, que puede ser calentado mediante un serpentín perforado por el que se hace circular vapor. Cuando la grasa se ha fundido ±8Oº, o el aceite se ha calentado, se agrega lentamente y con agitación una solución acuosa de sosa. La agitación se continúa hasta obtener la saponificación total. Se agrega una solución de sal común (NaCl) para que el jabón se separe y quede flotando sobre la solución acuosa.
Se recoge el jabón y se le agregan colorantes, perfumes, medicinas u otros ingredientes, dependiendo del uso que se le quiera dar. El jabón se enfría y se corta en porciones, las que enseguida se secan y prensan, dejando un material con un contenido de agua superior al 25%.
ACCIÓN DE LAS IMPUREZAS DEL AGUA SOBRE EL JABÓN 

Cuando el agua que se usa para lavar ropa o para el baño contiene sales de calcio u otros metales, como magnesio o fierro, se le llama agua dura.
Este tipo de agua ni cuece bien las verduras ni disuelve el jabón. Esto último sucede así, porque el jabón reacciona con las sales disueltas en el agua y, como consecuencia, produce jabones insolubles, de acuerdo con la siguiente reacción:

2 C17H35COONa + CaCl2 (C17H35COO)2Ca +2 NaCl
estearato de sodio esterearato de calcio + sal

2 C15H31COONa + Mg++ (C15H31COO)2Mg +2 Na+
jabón de sodio + sal de magnesio jabón de magnesio
Por tanto, cuando se utilizan aguas duras, la cantidad de jabón que se necesita usar es mucho mayor, ya que gran cantidad de éste se gasta en la formación de sales insolubles. Como consecuencia de ello, el jabón no produce espuma hasta que todas las sales de calcio o magnesio se han gastado produciendo una sustancia insoluble, la cual, además de su mal aspecto, une su acción deteriorante de las telas, puesto que ese material duro queda depositado entre los intersticios de los tejidos.
De la misma forma, cuando el agua dura se usa en calderas, la sal de estos metales se adhiere a los tubos dificultando el intercambio de calor y, por lo tanto, disminuyendo su eficiencia.
Debido a lo anterior, el ablandamiento de las aguas es de gran importancia.
DETERGENTES

Los primeros detergentes sintéticos fueron descubiertos en Alemania en 1936, en lugares donde el agua es muy dura y por lo tanto el jabón formaba natas y no daba espuma. Los primeros detergentes fueron sulfatos de alcoholes y después alquilbencenos sulfonados, más tarde sustituidos por una larga cadena alifática, generalmente muy ramificada.


Los resultados fueron positivos, pues al usarse en agua muy dura siguieron dando abundante espuma por no formar sales insolubles con calcio y otros constituyentes de las aguas duras.
Dado que los detergentes han resultado ser tan útiles por emulsionar grasas con mayor eficiencia que los jabones, su uso se ha popularizado, pero, contradictoriamente, han creado un gran problema de contaminación, ya que muchos de ellos no son degradables. Basta con ver los ríos rápidos que llevan las aguas municipales para darse cuenta de cómo se elevan en ellos verdaderas montañas de espuma. Para evitar esto, se han hecho esfuerzos por sustituir la cadena lateral (R) ramificada por una cadena lineal, la que sí sería biodegradable. Los detergentes son muy variados, y los hay para muy diversos usos; simplemente, para ser efectivos en las condiciones de temperatura que se acostumbran en el lavado industrial de los distintos pueblos de la Tierra, tiene que variar su formulación.
El lavado industrial en Europa se acostumbra hacer a alta temperatura, entre 90 y 95° Por su parte, en los Estados Unidos se hace entre 50 y 60°, mientras que en México se realiza a temperatura ambiente.
Las diferentes condiciones de temperatura en las que se realiza el lavado trae problemas a los fabricantes de detergentes. Éstos deben estar seguros de que el detergente se disuelve en agua a la temperatura adecuada. Los detergentes más comunes en los Estados Unidos no son fácilmente solubles en frío. Los agentes blanqueadores como el perborato, que funciona bien en caliente, cuando se utiliza en frío tiene que ser reforzado con activadores, pues en agua tibia los blanqueadores pierden eficiencia.
ENZIMAS

Estos materiales adquirieron gran popularidad en Estados Unidos y Europa en la década de los sesenta debido a su facultad de eliminar manchas proteicas o carbohidratos, aun en el remojo. Los detergentes con esta formulación son capaces de eliminar manchas de sangre, huevo, frutas, etcétera.
Con todo, estos detergentes han producido problemas de salud en los obreros que trabajan en su elaboración. Por suerte, hasta ahora no los han provocado en las amas de casa.
El problema con los obreros se debió principalmente a que los detergentes producen polvo que, al ser aspirado, pasa a los pulmones. Esto se ha resuelto fabricando detergentes con gránulos mayores, para que no produzcan polvo.
Los fabricantes de detergentes de Europa y Japón están poniendo enzimas en la mayor parte de sus productos.
Entre las sustancias que se agregan a los detergentes para mejorar sus características se encuentran ciertas sustancias que protegen a las telas contra la fijación del polvo del suelo o el atmosférico. Estas sustancias, que mantienen a las telas limpias por más tiempo al evitar la reimplantación del polvo, son sin duda de gran utilidad, pues evitan trabajo y deterioro de la tela.
Una sustancia con esas propiedades es la carboxi-metilcelulosa, que es eficiente en algodón y otras telas celulósicas, pero falla con telas sintéticas.
Para estas últimas es útil el uso de 1 a 6% de ácido poliacrílico o de poliacrilatos.
Los ácidos carboxílicos secuestran la dureza del agua reaccionando con las sales metálicas presentes en esas aguas.
El tripolifosfato de sodio es un excelente secuestrante y por muchos años se ha usado con óptimos resultados. Por desgracia en los Estados Unidos se empezaron a observar efectos de eutrofisación de las aguas, por lo que su uso está siendo severamente restringido.
Lo mismo está sucediendo en Europa, donde también se han descubierto daños por eutrofisación, fenómeno que consiste en el aumento de nutrientes a un ritmo excesivo, por lo que al descomponerse la materia prima orgánica que ingresa (detergentes), disminuye el oxígeno disuelto, alterando la vida en las aguas.
La industria de jabones y detergentes que contribuye a mantener a nuestro mundo libre de inmundicias, es muy grande. En 1984 fue de 24 millones de toneladas y tan sólo en América Latina se produjeron 2.7 millones de toneladas.
SAPONINAS

Antes de que el hombre creara la gran industria del jabón se usaban jabones naturales llamados saponinas (nombre derivado del latín sapo, jabón) y conocidos por los mexicanos como amole. Muchas raíces y follaje de plantas tienen la propiedad de hacer espuma con el agua, por lo que se han utilizado desde la Antigüedad para lavar ropa. Los pueblos prehispánicos del centro de México llamaban amole a estas plantas y eran sus jabones. Aun en la actualidad en muchas comunidades rurales se emplea el amole tanto para lavar ropa fina, como para evitar que se deteriore, ya que es un detergente neutro perfectamente degradable.
Las saponinas se han usado también como veneno de peces, macerando en agua un poco del órgano vegetal que lo contiene, con la ventaja de que los peces muertos por este procedimiento no son tóxicos.
Las saponinas producen hemolisis a grandes diluciones y están constituidas por grandes moléculas orgánicas, como esteroides o triterpenos, unidas a una o varias azúcares, por lo que contienen los elementos necesarios para emulsionar la grasa: una parte lipofílica, que es el esteroide o triterpeno, por medio del cual se unirá a la grasa, y una parte hidrofílica, que es el azúcar, por medio de la cual se unirá al agua.
Entre las saponinas de naturaleza esteroidal son muy importantes los glicósidos cardiacos, obtenidos de la semilla de la dedalera o Digitalis purpurea. El extracto obtenido de estas semillas, que contienen una mezcla de saponinas, es muy útil en el tratamiento de enfermedades del corazón. Sin embargo, un exceso de estas sustancias es peligroso y puede causar incluso la muerte. Debido a esto, las infusiones de dedalera se utilizaron en la Edad Media en los juicios de Dios (ver capítulo v).
Los glucósidos cardiacos se encuentran no sólo en la dedalera, sino que hay otras plantas que también las contienen, tales como las distintas especies de la familia Asclepidacea.
Esta familia de plantas es rica en ellos, y su principal característica es la producción de un jugo lechoso cuando se le cortan hojas o tallos. Ha adquirido notoriedad por ser las plantas que alimentan a la mariposa monarca en su estado larvario. De esta planta las mariposas toman los glicósidos cardiacos que la volverán tóxica y por consiguiente desaniman a las aves a que las consuman como alimento. Algunos de estos glicósidos son los que se ilustran enseguida: 


Entre las asclepidáceas que han interesado a los investigadores se encuentra la Calotropis procera que crece en Asia y en África. Es una planta venenosa que ha sido utilizada para la medicina popular y como veneno de flechas, es decir, los nativos usan el látex venenoso de la planta para impregnar los dardos. Así, en la práctica de la cacería, los animales, aunque sean heridos muy levemente, mueren. La carne no representa ningún problema, ya que la sustancia se descompone durante el cocinado, y si algo llega al estómago, el ácido clorhídrico del jugo gástrico se encargará de hidrolisarlo quitándole su toxicidad.
Las sustancias que contiene esta planta son una serie de lactonas, entre las que se han podido caracterizar las llamadas calactina, calotropina y las sustancias que contienen nitrógeno y azufre en su molécula, como la voluscharina y la uscharina. 
La hidrólisis de los glicósidos cardiotónicos de la dedalera (Digitalis purpurea) elimina la parte hidrofílica constituida por azúcares y deja en libertad la parte lipofílica que en este caso son los esteroides digitoxigenin, digoxigenina y gitoxigenina, que además de que ya no tienen propiedades detergentes, han perdido su actividad biológica 
Los glicósidos cardiacos son saponinas producidas también por otras plantas venenosas, entre ellas las del género Strophantus. Por ejemplo, tenemos la strofantina, que contiene glucosa, la cual, unida directamente al esteroide, contiene una azúcar muy rara llamada cimarosa. La estrofantidina es un veneno muy activo, capaz de matar en dosis tan bajas como 0.07 mg a un ratón de 20 gramos. 

Sucesos en el mundo

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