3.4.2: Alimentos - Hidrogenación de Aceite Vegetal, Grasas Trans y Porcentaje de Rendimiento

La ingesta dietética de aceites vegetales y aceites vegetales hidrogenados tiene efectos significativos en la salud. No sólo tienen aproximadamente el doble de calorías por gramo que los azúcares y las proteínas, sino que tienen efectos a largo plazo en la salud del sistema circulatorio. Crisco ^®, con aceites saturados, puede no ser tan saludable como el aceite de oliva, con aceites más insaturados.

Crisco contiene aceite vegetal hidrogenado ^[1]

el aceite de oliva es 55-83% de ácido oleico ^[2]

Para entender estos efectos, es necesario observar la estructura de los triglicéridos. El triglicérido [1] es una parte importante del análisis de sangre que se realiza con un examen físico anual.

Triglicéridos

Los aceites vegetales son todos triglicéridos, los cuales contienen una “cadena principal” de glicerol () de tres carbonos con 3 “ácidos grasos” de cadena larga unidos a través de enlaces éster, como en la siguiente figura.

Figura\(\PageIndex{1}\): Un triglicérido, insaturado en general, con la “cadena principal” de glicerol a la izquierda, y ácido palmítico saturado, ácido oleico monoinsaturado y ácido alfa-linolénico poliinsaturado.

Los ácidos grasos de cadena larga pueden estar saturados con átomos de hidrógeno, en cuyo caso tienen todos los enlaces simples como el ácido graso superior en la Figura (que es ácido palmítico). Si tienen menos átomos de hidrógeno, son insaturados y tienen dobles enlaces como el ácido graso medio en la Figura (que es ácido oleico). El ácido graso inferior es poliinsaturado, con múltiples dobles enlaces (es ácido linolénico). Varios aceites de cocina tienen |concentraciones conocidas de ácidos grasos saturados e insaturados.

Ácidos grasos saturados vs insaturados frente a ácidos grasos trans

Generalmente, los triglicéridos con más sustituyentes de ácidos grasos insaturados son más saludables, pero las empresas alimentarias los hidrogenan para hacerlos grasas sólidas saturadas (como la margarina o Crisco), y para reducir la tendencia a estropearse. Las grasas insaturadas tienen torceduras en sus estructuras moleculares que reducen la tendencia a causar arthereosclerosis (arterias obstruidas), más o menos por la misma razón que las torceduras reducen la tendencia a empacar eficientemente y formar sólidos. Las grasas saturadas tienen cadenas de ácidos grasos más lineales que se empaquetan bien y se solidifican fácilmente. Compara los modelos Jmol de ácido palmítico saturado y ácido oleico insaturado a continuación. La hidrogenación parcial de grasas poliinsaturadas también produce ácidos grasos trans, los cuales tienen estructuras como las grasas saturadas y en consecuencia son tan poco saludables (ver Ácido Elaídico Abajo):

Figura\(\PageIndex{2}\): Ácido elaídico, C18H34O2

Los ácidos grasos trans tienen los hidrógenos en lados opuestos del doble enlace C=C, así mientras que los ácidos grasos cis tienen los átomos de hidrógeno en el mismo lado, así.

Composición de Crisco, aceite vegetal “parcialmente hidrogenado”

A partir de 2010 Crisco está hecho de aceite de soya, aceite de semilla de algodón completamente hidrogenado y aceites de soja y algodón parcialmente hidrogenados. Según la etiqueta de información del producto, una porción de 12 g de Crisco contiene 3 g de grasa saturada, 0g de grasa trans, 6 g de grasa poliinsaturada y 2.5 g de grasa monoinsaturada. ^[3] Observe que las masas grasas no suman ^[4] porque los pesos de glicerol no están incluidos en los componentes enumerados por separado. Los ácidos grasos trans ahora son reconocidos como un importante factor de riesgo dietético para enfermedades cardiovasculares, y la FDA de Estados Unidos ha revisado los requisitos de etiquetado de alimentos para incluir las grasas trans. ^[5]

A continuación se muestra la composición del aceite de soya en Crisco. ^[6]

Nombre	Estructura de los ácidos grasos	Fórmula	Por ciento
Ácido palmítico	La estructura esquelética del ácido palmítico muestra una larga cadena carbonada insaturada con enlace C O O H al final.	C 16 H 32 O 2	10
Ácido esteárico	La estructura esquelética del ácido esteárico muestra una larga cadena carbonada insaturada con enlace C O O H al final.	C 18 H 36 O 2	4
Ácido oleico	La estructura esquelética del ácido oleico muestra una larga cadena carbonada insaturada con 1 doble enlace en el noveno carbono del carbono de C O O H al final.	C 18 H 34 O 2	23
Ácido linoleico	La estructura esquelética del ácido linoleico muestra una larga cadena carbonada insaturada con 2 dobles enlaces en el noveno y duodécimo carbono del carbono de C O H al final.	C 18 H 32 O 2	51
Ácido linolénico	La estructura esquelética del ácido linolénico muestra una larga cadena carbonada insaturada con 3 dobles enlaces en el noveno, duodécimo y decimoquinto carbono del carbono de C O O H al final.	C 18 H 30 O 2	7-10
Otros			2-5

Porcentaje de rendimiento de productos de hidrogenación

Muy a menudo se forma una mezcla de dos o más productos en una reacción química. Por ejemplo, cuando se hidrogena un aceite vegetal como el aceite de palma, es posible que queramos hacer solo productos monoinsaturados. Pero los muchos triglicéridos que contiene con cadenas de ácidos grasos variadas. Ningún proceso único podría funcionar para todos ellos. Supongamos que comenzamos con solo una posible molécula de aceite de palma, un glicerol con 2 sustituyentes de ácido linolénico y 1 ácido linoleico (la abreviaremos GLLL). El producto deseado podría ser el aceite con tres sustituyentes de ácido oleico (lo abreviaremos GOOO, que también podría ser una buena descripción del mismo) por lo que la ecuación es:

(C ₁₈ H ₂₉ O ₂) CH ₂ CH (C ₁₈ H ₂₉ O ₂) CH ₂ - (C ₁₈ H ₃₁ O ₂) + 5 H ₂ → (C ₁₈ H ₃₃ O ₂) CH ₂ CH (C ₁₈ H ₃₃ O ₂) CH ₂ - (C ₁₈ H ₃₃ O ₂)

“GLLL” + 5 H ₂ → “GOOO”

Un gran exceso de hidrógeno suele estar presente bajo presión, con un catalizador de paladio o “níquel Raney” ^[7]. Se obtiene una gran cantidad de productos, entre ellos grasas completamente saturadas como la estearina (triestearato de glicerilo) y las grasas trans. Los productos generalmente se analizan convirtiendo los aceites en ésteres (metílicos) más simples y ejecutando un cromatogam gaseoso.

La efectividad de la reacción generalmente se evalúa en términos de rendimiento porcentual del producto deseado. Se calcula un rendimiento teórico asumiendo que todo el reactivo limitante se convierte en producto. La masa de producto determinada experimentalmente se compara luego con el rendimiento teórico y se expresa como porcentaje:

\(\text{Percent yield}=\frac{\text{actual yield}}{\text{theoretical yield}}\times \text{100 percent}\)

Ejemplo\(\PageIndex{1}\)

Supongamos que se lleva una |hidrogenación de 100.0 g de (C ₁₈ H ₂₉ O _{2 ) CH 2} CH (C ₁₈ H ₂₉ O _{2) CH 2} - (C ₁₈ H ₃₁ O ₂), abreviado “GLLL” (M = 875.4 g/mol) con 2.000 g H ₂, sellado en un recipiente de reacción de acero de alta presión con un catalizador a 55°C.Los productos incluyen 90.96 g (C _{18 H 33 O 2) CH 2 CH (C 18 H 33} O _{2) CH 2} CH (C ₁₈ H ₃₃ O ₂) CH ₂ - (C ₁₈ H ₃₃ O ₂), abreviado “GOOO” (M = 885.5 g/mol). Calcular el porcentaje de rendimiento.

Solución

Debemos calcular el rendimiento teórico de (C ₁₈ H ₃₃ O ₂) CH ₂ CH (C ₁₈ H ₃₃ O ₂) CH ₂ - (C ₁₈ H ₃₃ O ₂), y para ello, primero debemos descubrir si (C ₁₈ H ₂₉ O ₂) CH ₂ CH (C ₁₈ H ₂₉ O ₂) CH ₂ - (C ₁₈ H ₃₁ O ₂) o H ₂ es el reactivo limitante. Para la ecuación equilibrada anterior,

La relación estequiométrica de los reactivos es

\[\text{S}\left( \frac{\text{GLLL}}{\text{H}_{\text{2}}} \right)=\frac{\text{1 mol GLLL}}{\text{5 mol H}_{\text{2}}} \nonumber \]

Ahora, las cantidades iniciales de los dos reactivos son y

\[\begin{align*} & n_{\text{GLLL}}\text{(initial)}=\text{100}\text{.0 g GLLL}\times \frac{\text{1 mol stearin}}{\text{875}\text{.4 g GLLL}}=\text{0}\text{.1142 mol GLLL} \\ & \\ & n_{\text{H}_2}\text{(initial)}=\text{2}\text{.000 g H}_2\times \frac{\text{1 mol H}_2}{\text{2}\text{.016 g H}_2}=\text{0}\text{.9921 mol H}_2 \\ \end{align*} \]

Por lo tanto, la relación de cantidades iniciales es

\[\frac{n_{\text{GLLL}}\text{(initial)}}{n_{\text{H}_2}\text{(initial}} ~=~ \frac{\text{0}\text{.1142 mol stearin}}{\text{0}\text{.9921 mol H}_2} ~=~\frac{\text{0}\text{0.1151 mol stearin}}{\text{1 mol H}_2} \nonumber \]

Dado que esta relación es menor que\(\text{S}\left( \frac{\text{GLLL}}{\text{H}_2} \right)~=~0.20\), hay un exceso de H ₂. El GLLL es el reactivo limitante. En consecuencia debemos usar 0.1142 mol GLLL y 0.5712 mol H ₂ (en lugar de 0.9921 mol H ₂) para calcular el rendimiento teórico de (C ₁₈ H ₃₃ O ₂) CH ₂ CH (C ₁₈ H ₃₃ O ₂) CH ₂ - (C ₁₈ H ₃₃ O ₂), o “GOOO”. Entonces tenemos

\[n_{\text{GOOO}}\text{(theoretical)}=\text{0}\text{.1142 mol GLLL}\times \frac{\text{1 mol GOOO}}{\text{1 mol GLLL}}=\text{0}\text{.1142 mol GOOO} \nonumber \]

para que

\[\text{m}_{\text{GOOO}}\text{(theoretical)}=\text{0}\text{.1142 mol GOOO}\times \frac{\text{885}\text{.5 g GOOO}}{\text{1 mol GOOO}}=\text{101}\text{.2 g GOOO} \nonumber \]

Podemos organizar estos cálculos en una tabla:

	(C 18 H 29 O 2) CH 2 CH (C 18 H 29 O 2) CH 2 - (C 18 H 31 O 2) “GLLL”	+ 5 H 2	→ (C 18 H 33 O 2) CH 2 CH (C 18 H 33 O 2) CH 2 - (C 18 H 33 O 2) “GOOO”
m, g	100.0 g	2.000 g	90.96 g
M, g/mol	875.4	2.016	885.5
n presente, mol	0.1142 mol	0.9921 mol
n real, mol	0.1142	0.5712	0.1142
m real, masa	100.0	1.1515	101.2

El porcentaje de rendimiento es entonces

\[\text{Percent yield}=\frac{\text{actual yield}}{\text{theoretical yield}}\times \text{100 percent }=\frac{\text{90}\text{.96 g}}{\text{101}\text{.2 g}}\times \text{100 percent}=\text{89}\text{.9 percent} \nonumber \]

Referencias

1. es.wikipedia.org/wiki/Crisco
2. es.wikipedia.org/wiki/Aceite de Olivo
3. www.crisco.com/products/produ... =17&prodid=803
4. Wolke, R. L. “Lo que Einstein le dijo a su cocinero”, W.W. Norton & Co., NY 2002, p. 72
5. Plantilla:Cite journal
6. es.wikipedia.org/wiki/Soybean_Oil
7. es.wikipedia.org/wiki/Hidrogenación