Isolamento dei costiuenti principali di un olio vegetale

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marcookie

2010-05-30 20:10

Data la lunghezza della sintesi, e il tentativo di rendere tutto chiaro anche per i meno esperti, concluderò (e sicuramente correggerò) il post nei prossimi giorni

Allora, come sappiamo un olio d'oliva è formato principalmente da tre costituenti (oltre al glicerolo):

  • acidi grassi saturi, specialmente C16 (acido palmitico) e C18 (acido stearico)

  • acidi insaturi, specilamente acido oleico C18:9

  • acidi polinsaturi, dove a farla da padrone come quantità è il linoleico C18:9,12 più un po' di linolenico, tre volte insaturo C18:9,12,15

Per separarli ho eliminato gli acidi saturi sfruttando la loro minore solubilità (essendo lineari si impaccano e cristallizzano più facilmente) e poi l'oleico grazie alla formazione di un complesso d'inclusione con urea [1]. Vediamo di spiegare un attimo meglio l'idea con delle immagini:

L'urea, grazie alla possibilità di formare legami idrogeno, anche se non ho ben approfondito come, ha la possibilità di formare una struttura elicoidale che riesce ad inglobare catene di carbonio lineari più lunghe di 6 unità. Come si deduce anche dalle immagini, solamente l'acido oleico ha la possibilità di formare due di questi complessi per molecola, con conseguente maggiore tendenza alla precipitazione.

Il necessario

  • Olio vegetale, 20 mL

  • Glicole trietilenico (glicerina), 40 mL, in farmacia 200 mL a circa 1 euro

  • KOH o NaOH, 4g, il primo in farmacia, il secondo anche al supermercato come disgorgante

  • Acqua deionizzata, 100 mL

  • Acido cloridrico concentrato o acido muriatico, in un negozio di vernici vicino a casa l'ho trovato al 27% a 2 euro circa il litro

  • MgSO4 anidro, circa 10 g, trovato idrato farmacia a pochi soldi e poi seccato per 3h in forno a 200°C per tre ore, ben disperso su carta da forno

  • Acetone 150 mL + circa 400 mL per il bagno di acetone e ghiaccio, trovato in ferramenta a pochi euro il litro. Anche un bagno di acqua e sale può funzionare comunque.

  • Ghiaccio, circa 300 g, meglio se in frammenti di circa un cm

  • NaCl, preferibilmente non iodato

  • Etere etilico, 60 mL, comprato alla zetalab. Alternativamente dovrebbe funzionare un qualsivoglia solvente apolare dovrebbe funzionare, anche le trieline/trielle del supermercato. Ne ho trovata una che è praticamente tutta esano. Consiglio la miscela più bassobollente possible.

Vetreria e strumentazione

  • Pallone a due (o tre) colli da 250 mL (volendo può essere usata una beuta con collo smerigliato, perdendo ovviamente la possibilità di introdurre il termometro)

  • Refrigerante a bolle (ho visto usare anche un liebig da un mio amico in mancanza di un allihn, ovviamente consiglio di stare pronti ad abbassare il gas appena inizia a versi condensa un po' troppo alta)

  • Imbuto separatore, oppure la vecchia e buona decantazione

  • Imbuto e carta da filtro

  • Mantello riscaldante, o bagno di acqua, o bagno di olio, o fiamma libera

  • Beuta da vuoto e buchner con pompa da vuoto (anche ad acqua ovviamente), funzionano anche aspirapolvere e filtro da caffè in un pallone a due o tre colli, ed eventualmente anche la filtrazione per gravità dovrebbe andare.

Veniamo ora alla procedura sperimentale seguita, presa in buona parte dal riferimento già citato [1]:

Saponificazione/idrolisi dei trigliceridi - da 1 a 3 ore in base ad esperienza, strumentazione e reazione scelta

Basterebbe una semplice soluzione basica, ma un tentativo fallito di fare un sapone e l'esistenza di reazioni più efficienti mi hanno portato a seguire un'altra strada. Ne consiglio qui due, di cui la prima è quella seguita.

1) Verso 20,0 g di grammi d'olio (che culo giusti giusti al primo colpo), 40mL di glicerolo e 4g di KOH (NaOH va bene ugualmente) in pallone a due colli da 250mL. Nel primo collo inserisco un condensatore a bolle e nel secondo un termometro, per essere sicuri che la temperatura non vada molto sopra i 160 °C dove inizierebbe a friggersi un po' tutto. Il glicerolo è scelto per poter andar su con la temperatura e ovviamente accelerare il processo. Personalmente sono arrivato quasi a 180°C, forse troppo. Ho agitato con ancoretta magnetica e aspettato venti minuti una volta raggiunti i 160°C (per essere sicuri di aver idrolizzato tutto si può aspettare di più). Chi non avesse un mantello riscaldante può usare un bagno di acqua, ovviamente, ma dovrà aspettare non so quanto di più. Un bagno d'olio (olio di arichidi dicono funzioni bene, io non l'ho mai provato) accelera sicuramente i tempi. Non essendoci solventi infiammabili anche la fiamma può essere presa in considerazione eventualmente. Ho infine lasciato raffreddare la brodaglia marroncina che si è formata, forse qualcosa si è cotto..? (se qualcuno mi risponde mi fa un gran favore!) ma proseguo ugualmente.

2) Alternativamente si può far reagire l'olio in circa 100 mL di etanolo con una decina di grammi di NaOH e lasciare a riflusso per un'ora circa. Scusate l'approssimazione ma è una procedura che non ho mai seguito, e che è stata messa da parte per il costo dell'etanolo che ho finito e non riacquistato a causa del mio alcolismo, ehm no a causa dei prezzi elevati imposti dal caro monopolio statale. Inoltre non assicuro che le successive estrazioni poi vadano a buon fine, ma ha ragione sempre la sperimentazione :-).

Purificazione da glicerolo e altre "impurezze" contenute nell'olio - circa due ore

Protono gli acidi grassi aggiungendo 100 mL di acqua deionizzata (dH2O) e 20 mL di HCl concentrato (37%). Chi non lo avesse può usare concentrazioni minori, una volta fatte le dovute proporzioni. Ho già notato a questo punto la precipitazione di una parte degli acidi grassi.

Proseguo estraendo per tre volte la soluzione acquosa con 20 mL di etere etilico (o altro solvente apolare) per volta, riunisco gli estratti eterei, li lavo una volta con una soluzione satura di NaCl per sicurezza ed eseguo quindi un'ulteriore estrazione. Queste separazioni di fase non sono lente, se ricordo bene. Secco la soluzione eterea con MgSO4 anidro, una cucchiaiata è bastata. Evaporo poi la soluzione fino a volume costante e soprattutto fino a quando svanisce la puzza di etere. Io ho lasciato la soluzione agitata in un bagno di acqua calda per un po', poi me ne sono andato per non inalare etere. Dopo una decina di minuti ho attaccato un aspirapolvere con del nastro adesivo al collo del pallone, dopo altri dieci minuti non c'era più puzza di etere.

Precipitazione degli acidi grassi saturi - circa un ora

Aggiungo 150 mL di acetone al pallone e raffreddo in bagno di acetone e ghiaccio (anche acqua e sale può andare). La temperatura arriva a -12°C. Appena sfrego le pareti del pallone precipita un fine solido bianco, che dopo pochi minuti filtro su buchner e beuta da vuoto. Può funzionare anche la procedura indicata sopra con l'aspirapolvere (l'ho usata fino a qualche mese fa) e anche la filtrazione per gravità, avendo cura di eliminare prima la maggior parte della soluzione e di filtrare velocemente la maggior parte del solido alla fine, magari su filtro a pieghe per far scendere più velocemente il liquido. ovviamente conservo il filtrato che contiene ancora insaturi e poliinsaturi.

Dopo aver lasciato seccare per una notte ottengo 1,5 g di un solido biancastro cristallino ma ceroso. Il produttore dichiarava il 10% di acidi grassi saturi, quindi per il momento concludo che effettivamente non tutti sono precipitati. Ogni altra idea è ben accetta ovviamente.

Creazione del complesso d'inclusione con urea per precipitare l'acido oleico

Purificazione dell'acido oleico dall'urea

Ottenimento degli acidi grassi poliinsaturi

Isomerizzazione dell'acido oleico per controllarne la purezza

Riferimenti

[1] M. N. Qulgley, J. Chem. Educ., 69, 332-335 (1992).

I seguenti utenti ringraziano marcookie per questo messaggio: Nexus

Nexus

2010-06-01 11:53

Molto (!) interessante.

Mi suona un pò strano il metodo 2) della saponificazione, senza acqua... molto simile a quello dell'esterificazione... e analogamente il metodo 1) ... hai ottenuto una brodaglia marrone (non so a cosa sia dovuto il colore) ma non si è solidificato niente (sapone) ?

Io volevo fare l'estere ma ho utilizzato l'alcol e una soluzione aquosa (al posto di alcolica) di idrossido ottenendo pezzi di sapone...

Dott.MorenoZolghetti

2010-06-02 10:49

"Saponificare" ha due significati sostanziali: uno è relativo alla chimica organica, l'altro alla produzione dei saponi.

Se lo scopo principale non è quello di demolire un estere, ma di fabbricare un sapone, allora senza acqua non si fa sapone!