Konu: Fiziksel Rafinasyon

Devamı Alt Cevaplardadır...

FİZİKSEL RAFİNASYON

Presleme ya da çözgen ekstraksiyonu ile elde edilen ham tohum yağları, değişik miktarlarda yağ dışı safsızlıklar içerirler. Bu maddeler; fosfolipidler, reçineler, renk maddeleri, serbest yağ asitleri, kısmi gliseridler, aldehit ve ketonlar gibi istemeyen kokuya neden olan uçucu bileşenler, hidrokarbonlar, tat ve koku maddeleri, steroller, tokoferollerdir. Rafinasyon işlemi, yağ dışı safsızlıkların yağın trigliserid yapısına ve tokoferollere mümkün olduğunca en az zarar verecek şekilde yağdan uzaklaştırılarak yağa tüketilebilir özellikler kazandırmak amacı ile uygulanmaktadır.

Yağlarda rafinasyon işlemi kimyasal rafinasyon ve fiziksel rafinasyon olmak üzere iki yöntemle yapılmaktadır. Kimyasal rafinasyonda ; yapışkan maddelerin giderilmesi (degumming), asitlik giderme (nötralizasyon), renk açma ve koku giderme (deodorizasyon) kademeleri yer almaktadır. Fiziksel rafinasyonun birinci kademesini yapışkan maddelerin giderilmesi, ikinci kademesini renk açma işlemi oluşturmakta, son kademede ise nötralizasyon ve deodorizasyon işlemleri tek kademede ve buhar distilasyonu ile gerçekleştirilmektedir.


Kimyasal rafinasyon işleminde serbest yağ asitleri bir alkali çözeltisi ile emülgatör karakterdeki sabuna dönüştürülmektedir. Özellikle yüksek asitli yağlarda nötralizasyon işlemi sırasında oluşan emülsiyon, rafinasyon kaybının yükselmesine neden olmaktadır. Ayrıca nötralizasyon sıcaklığına, süresine ve alkali çözeltisinin konsantrasyonuna bağlı olarak nötr yağ da sabunlaşarak rafinasyon kaybını yükseltmektedir. Örneğin %4 serbest yağ asidi içeren bir yağın kimyasal yöntemle rafine edilmesi sonucu rafinasyon kaybı %8 iken, fiziksel rafinasyon işlemi ile bu oran %4.4’e düşmektedir. Fiziksel rafinasyonda asitlik giderme ve deodorizasyon işlemi aynı kademede ve su buharı distilasyonu ile gerçekleştirilmektedir. Yağdan uzaklaştırılan tat ve koku maddeleri ile serbest yağ asitlerinin buhar basınçlarının birbirine yakın olması, bu iki işlem kademesinin aynı anda gerçekleştirilmesini mümkün kılmaktadır. Bu işlemle yüksek asitli yağların asitliği %0.2-0.5 değerine kadar düşürülebilmektedir. Genel olarak fiziksel rafinasyon işlemi 1 mbar basınçta, 250°C sıcaklıkta, 40-50 kg buhar / ton yağ oranında su buharı kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Bu işlemle yüksek asitli yağların asitliği %0.2-0.5 değerine kadar düşebilmektedir. Fosfolipidlerin degumming işlemiyle yağdan etkin uzaklaştırılmaları fiziksel rafinasyon işleminde sağlanabilmektedir. Özellikle hidrate olamayan fosfolipidler yağdan fosforik asit çözeltisi kullanılara etkin bir şekilde uzaklaştırılmaktadır. Böylece buhar distilasyonu kademesinde yağda istenmeyen tat ve koku oluşumu engellenmektedir.


A. Yapışkan maddelerin giderilmesi (Degumming)

Ham yağlar, fosfolipidleri, reçineleri, iz metalleri içerirler. Suda çözünen (hidrate olabilen) ve suda çözünmeyen (hidrate olmayan) yapıdaki bu maddelerin yağdaki miktarları %0.05-3.0 arasında değişmektedir (Tablo 1).

Tablo1. Bazı ham yağların fosfolipit içerikleri (Swern 1982)


Ham yağ çeşidi_________Fosfolipitler (%)
Mısır özü yağı__________1-2
Pamuk tohumu yağı_____1-2
Yer fıstığı yağı_________0.3-0.4
Palm yağı_____________0.05-0.1
Kolza yağı_____________0.2-2.0
Soya yağı_____________1-3

Yapışkan maddelerin yağdan uzaklaştırılma nedenleri üç grup altında incelenebilir ;

• Emülgatör karakterdeki fosfolipidler özellikle nötralizasyon kademesinde yağ kaybının artmasına neden olurlar.
• Yapışkan maddeler, özellikle yüksek sıcaklıkta gerçekleştirilen deodorizasyon işlemi sırasında koyu renkli maddeler oluşturarak yağın renginin koyulaşmasına neden olurlar.
• Yapışkan maddeler arasında yer alan iz metaller prooksidatif yapıda oldukları için oksidatif reaksiyonları hızlandırırlar.

Diğer yandan lesitin gibi bazı fosfolipidler gıda, tekstil ve kimya sanayiinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Gıda sanayiinde margarin ve çikolata üretiminde emülgatör, alkolsüz içkilerin üretiminde stabilizatör, tekstil endüstrisinde ise homojenizatör olarak lesitinin kullanılması mümkündür.

Hidratasyon yöntemi ile yapışkan maddelerin giderilmesi

Sürekli hidratasyon yönteminde ise yağ bir ısı değiştiricisi yardımı ile 80°C sıcaklığa kadar ısıtılmakta, daha sonra bir karıştırıcı içinde yaklaşık bir dakika süreyle su ile karıştırılarak, hidratasyon tankına alınmaktadır. Bu tankta yağ+su karışımının kalış süresi yaklaşık 10-15 dakikadır. Daha sonra karışımdaki hidrate olabilen yapışkan maddeler santrifüjlü ayırıcı yardımı ile yağdan uzaklaştırılmaktadır.

Asitlerle yapışkan maddelerin giderilmesi

Sürekli yöntemde ısıtma ve karıştırma işlemleri sürekli sistemlerde yapılmaktadır. Isıtılan yağ (50-60°C), 5000 devir/dak gibi yüksek bir hızla, bir dakika süreyle asit çözeltisiyle karıştırılmakta, karıştırma işlemine 30dak süreyle asitlendirme tankında devam edilmektedir. Daha sonra karışım santrifüjlenerek hidrate olamayan yapışkan maddeler yağdan uzaklaştırılmaktadır. Bazı uygulamalarda asitlendirme işlemi, nötralizasyon tankında yapılarak, hidrate olamayan yapışkan maddeler sabunla beraber yağdan uzaklaştırılmaktadır.

Fiziksel rafinasyon yöntemi ile rafine edilen yağlara yukarıda ifade edilen yöntelerin yanısıra özel bir degumming işlemi uygulanmakta ve böylece yağdaki fosfor miktarı 8-10 ppm değerine kadar düşürülebilmektedir. Bu yöntemde yağ 40-50°C sıcaklığa kadar ısıtılarak %0.1 oranında sitrik asit veya fosforik asit çözeltisi ile 5000devir/dak hızla karıştırılmaktadır. Asit+yağ karışımı asitlendirme tankında en az 30 dakika süreyle tekrar karıştırılmaktadır. Daha sonra karışıma, bir bıçaklı karıştırıcıda %1-2 oranında su ilave edilmektedir. Asit+su+yağ karışımı hidratasyon tankında 30 dakika süreyle karıştırılarak santrifüjlü ayırıcı yardımı ile hidrate olan ve olamayan yapışkan maddeler aynı anda yağdan uzaklaştırılmaktadır. Bu yöntemin en önemli özelliği, uzaklaştırılan yapışkan maddelerin oldukça yoğun olmalarıdır. Bu nedenle otomatik temizleme sistemiyle donatılmış santrifüjlü ayırıcıların kullanılması, daha iyi bir ayırım için önerilmektedir. Ayrıca etkili bir ayırma işlemi için santrifüjlü ayırıcının %60 kapasite ile çalıştırılması gerekmektedir.

B. Renk açma işlemi

Bitkisel ve hayvansal kaynaklı hammaddelerden elde edilen yağların renkleri, içerdikleri kendilerine özgü renk veren lipokromlardan kaynaklanmaktadır. Doğal renk maddelerinden bitkisel kaynaklı yağlarda en yaygın olarak bulunanları alfa ve beta karoten, ksantofil, klorofildir. Ancak uygun koşullarda depolanmayan düşük kaliteli hammaddelerden elde edilen yağlar, doğal renk maddeleri yanında, oksidatif tepkimeler sonucu oluşan ve yağa koyu renk veren bileşenleri de içermektedir.

Renk açma işleminde kullanılan sistemler

a) Kesikli sistemler : Kesikli renk açma işlemi ; 10-12 ton kapasiteli, hızı ayarlanabilen karıştırıcının, ısıtma ve soğutma amacıyla kullanılan serpantinlerin bulunduğu, vakum sistemiyle donatılmış, kapalı, silindirik tanklarda yapılmaktadır (Şekil 3.11). Rengi açılacak yağ, vakum altında (40-70mbar), 90-110°C sıcaklıkta, en az %0.1-0.3 nem içeriğine kadar kurutulmaktadır. Gerekli miktardaki ağartma toprağı, toprak / yağ oranı 1:3 olacak şekilde yağ ile bulamaç haline getirilerek ısıtılmış yağa ilave edilmektedir. Renk açma işlemi, ilk 5 dak içinde dengeye ulaşmaktadır. Ancak hidroperoksitlerin de yıkılımını sağlayabilmek için işleme 30 dak süreyle devam edilmektedir. Bu süre sonunda yağın oksidasyonunu engellemek için sıcaklık 70°C’ye düşürülmekte, ağartma toprağı rengi açılmış yağdan filtrasyon yolu ile alınmaktadır.

b) Sürekli sistemler : Sürekli yöntemle renk açma işlemi, iki bölümünden oluşan kolonda gerçekleştirilmektedir. Birinci bölüm, yağdaki çözünmüş oksijen ile ağartma toprağının kapiler tüplerini dolduran havanın vakum altında uzaklaştırıldığı bölümdür. Ikinci bölümde ise renk açma işlemi gerçekleştirilmektedir. Bir tankta karıştırılan rengi açılacak yağ ve ağartma toprağı, 60°C sıcaklıktaki birinci bölüme püskürtülerek yağ+toprak karışımındaki hava ve nem , vakum altında uzaklaştırılmaktadır. Ikinci kademede ise 120°C sıcaklığa ısıtılan yağ+toprak karışımı, vakum altındaki ikinci bölmeye püskürtülmektedir. Her iki kademede az miktarda açık buhar kullanılarak yağın toprakla karışması sağlanmaktadır. Rengi açılan yağ+toprak karışımı, kolonun birinci bölümünden gelen yağ ile karşılaştırılarak soğutulup daha sonra filtre edilmektedir.

Yağdaki hidroperoksitlerin miktarları sabit kalmakta, ya da nötralizasyon sırasında yağın havayla uzun süreli teması, bu bileşiklerin miktarlarını yükseltmektedir. Bu nedenle rengi açılacak yağ belirli miktarlarda birincil ve ikincil oksidasyon ürünlerini içermektedir. Renk açma işleminde kullanılan asitle aktifleştirilmiş ağartma topraklarının ortama proton vermesi sonucunda hidroperoksitler, uçucu (aldehitler, ketonlar, hidrokarbonlar vb.) veya uçucu olmayan (hidroksi asitler, dimerik trigliseridler vb.) ikincil oksidasyon ürünlerine parçalanmaktadır. Asitle aktifleştirilmiş ağartma toprakları ile yapılan renk açma işleminden sonra yağın peroksit değeri sıfır ya da sıfıra yakın bir değere düşmektedir. Ikincil oksidasyon ürünlerinin oluşumuna bağlı olarak p-anisidin değeri yükselmektedir.

Yüksek miktarda doymamış yağ asitlerini içeren yağların asitle aktifleştirilmiş ağartma toprakları ile 150°C sıcaklıkta renklerinin
açılması sonucu, dimerler de oluşmaktadır. Dimerlerin bir kısmı ağartma toprağı tarafından adsorplanmaktadır. Hidroperoksitlerin dehidrasyonu sonucu keto bileşenleri de meydana gelmektedir. Trigliseridlerde pozisyonel (konjügasyon) ve geometrik (cis/trans) izomerler oluşmakta, dienoic (232 nm) ve trienoic (268 nm) yapı değişikliklerine bağlı olarak UV absorbans (E%11cm) değerlerinde artış saptanmaktadır. Bu artış, hidroksimonoenlerin ve hidroksidienlerin kısmi olarak dehidrate olmalarından kaynaklanmaktadır. Trien düzeyinde dehidrasyon ve dimerizasyon arasındaki dengeden dolayı başlangıçta bir değişim olmamakta, ancak renk açma işlemi uzadıkça konjuge çift bağların sayısı azalmaktadır.

Steroller steroid hidrokarbonlara dehidrate olmakta, tokoferol dimerleri monomerlere bağlanmaktadır. Ayrıca adsorpsiyon/ kemisorpsiyon sonucu tokoferol miktarı azalmakta, 150°C sıcaklıkta karotenoidler konjüge moleküllere parçalanmaktadırlar.

Asitle aktifleştirilmiş ağartma topraklarının iyon değiştirici özellikleri, yağdaki iz miktardaki ağır metallerin miktarında da azalma oluşturmaktadır. Renk açma işleminden sonra rengi açılan yağda çok az miktarda ağartma toprağının kalması bile, toprağın iyonik demir içeriği nedeni ile prooksidatif madde gibi davranarak yağın tat ve kokusunda bozulmalara neden olmaktadır.

Alıntıdır...

C. Buhar Distilasyonu

Deodorizasyon işlemi sırasında yağdan uzaklaştırılan maddeler; sabunlaşan maddeler (serbest yağ asitleri, kısmi gliseridler, metilik esterler, mumsu maddeler), sabunlaşmayan maddeler (parafinik hidrokarbonlar, olefinik ve poliolefinik maddeler, steroller, triterpenik alkoller) ve oksidatif tepkimeler sonucu oluşan ürünler (aldehitler, ketonlar, peroksitler) olmak üzere üç grup altında incelenmektedir.

Bu maddelerin yağdaki miktarları 1000 ppm civarında olmakla beraber, 1-30 ppm düzeyinde bile duyusal olarak hissedilebildikleri için yağdan uzaklaştırılmaları gerekmektedir.

Yağa istenmeyen tat ve koku veren maddeler trigliserid molekülündeki yağ asidi zincirlerine, zayıf Van der Waals kuvvetleri ile bağlıdır. Yüksek sıcaklıklarda bile düşük buhar basıncına sahip olan bu maddelerin buhar basınçlarını yüksek sıcaklık (200-275°C) ve düşük basınç (1-8mmHg) altında çalışarak distile edilebilecekleri basınca yaklaştırmak mümkündür. Yağa su buharı enjekte ederek, su buharının da sürükleyici etkisi ile bu maddelerin yağdan daha kolay uzaklaştırılmaları mümkün olmaktadır.

Deodorizasyon koşulları

Deodorizasyon işleminin etkinliği ; işlem sıcaklığına ve uygulanan vakuma bağlıdır.

a) Sıcaklık : Clausius-Clapeyron eşitliğine göre uçucu bileşenlerin buhar basınçları mutlak sıcaklıkla orantılı olarak değişmektedir. Yüksek deodorizasyon sıcaklığı, işlem süresini kısaltmaktadır. İşlem sıcaklığındaki her 17°C artışın, süreyi yarıya indirdiği belirtilmektedir. Gerekli buhar miktarı, uçucu bileşenlerin buhar basınçları ile ters orantılı bir değişim göstermektedir. Bu nedenle yüksek sıcaklık, gerekli buhar miktarını da azaltmaktadır.

Genellikle deodorizasyon işlemi 200-275°C arasındaki sıcaklıklarda yapılmaktadır. Ancak yüksek sıcaklık doymamış yağ asitlerinde izomerizasyona neden olmaktadır. Özellikle 240°C’den daha yüksek sıcaklıklarda çalışıldığında izomer yapı oluşumu ve tokoferol kaybı hızlanmaktadır. Düşük sıcaklıkta uzun süre uygulanan deodorizasyon işlemi ile tokoferollerde meydana gelen kayıp yaklaşık %20 olup, sıcaklığın yükselmesi ile bu kayıp %30-50 değerine ulaşmaktadır.

b) Vakum : Deodorizasyon işlemi yüksek sıcaklıkta uygulanan bir işlem olduğu için, yağın oksidasyonunu önlemek ve hidroliz sonucu
serbest yağ asitlerinin oluşumunu engellemek amacı ile vakum altında gerçekleştirilmektedir.

Deodorizasyon işleminde gerekli olan buhar miktarı, sistemin mutlak basıncı ile ilişkilidir. Örneğin 24 mmHg basıncında uygulanan deodorizasyon işleminde gerekli buhar miktarının, 6 mmHg basıncında uygulanan işlemden dört kez daha yüksek olduğu saptanmıştır.

Üç kademeli buhar jet ejektörleri kullanılarak sistemin basıncını 6mmHg değerine düşürebilmek mümkündür. Basıncın 1-3mmHg değerine düşürülmesi ile hem işletme masrafları yükselmekte, hem de tokoferol kaybı artmaktadır.

Fiziksel rafinasyon kademelerinde yağdan uzaklaştırılan ve yağda oluşan maddeler


Rafinasyon kademesi: Yapışkan maddelerin giderilmesi (Degumming)

Meydana gelen bileşenler:-

Miktarları azaltılan ve/veya yağdan uzaklaştırılan bileşenler:Fosfolipidler, Bazı renk maddeleri


Rafinasyon kademesi: Renk açma

Meydana gelen bileşenler:Konjuge yağ asitleri, Peroksitler, Diğer oksidasyon ürünleri

Miktarları azaltılan ve/veya yağdan uzaklaştırılan bileşenler:Renk maddeleri, Hidrokarbonlar


Rafinasyon kademesi: Buhar Distilasyonu

Meydana gelen bileşenler: Doymamış yağ asitlerinde geometrik izomerizasyon, Polimerize ürünler

Miktarları azaltılan ve/veya yağdan uzaklaştırılan bileşenler: Serbest yağ asitleri, Peroksitler, Aldehitler, ketonlar, Steroller, Tokoferoller, Pestisitler, Mikotoksinler

FİZİKSEL RAFİNASYON İŞLEMİNİN ÖZELLİKLERİ

Yukarıda ifade edilen bilgiler ışığında fiziksel rafinasyon işlemi için aşağıdaki değlendirmelerin yapılması mümkündür.

• Fiziksel rafinasyon işleminde reçine, mumsu maddeler ve fosfolipidler gibi rafine yağda istenmeyen unsurlar oldukça düşük düzeylere (fosfor 8-10 ppm) indirilebilmektedir.
• Yağlarda acılaşmaya neden olan serbest yağ asitleri, peroksitler, epoksitler, aldehit ve ketonlar gibi oksidatif parçalanma ürünleri buhar distilasyonu kademesinde hiç bir kimyasal maddeyle temas etmeden giderilmektedir. Bu amaçla su buharının kötü koku veren bileşenleri buharlaştırarak distile edici etkisinden yararlanılmaktadır.
• Fiziksel rafinasyon işleminde yağların rengi ağartma topraklarının kullanımıyla istenilen değere indirilebilmekte ve böylece istenilen duyusal ve görsel nitelikte ürün elde edilebilmektedir. Ayrıca renk açma işlemi sırasında kullanılan ağartma toprağıyla çeşitli kaynaklardan (depolama tankı, proses sistemleri vs.) yağa bulaşan izmetaller adsorpsiyon yoluyla uzaklaştırılmakta; böylece yağ izmetallerin oksidasyon başlatıcı ve hızlandırıcı (prooksidan) etkilerinden arındırılarak raf ömrü açısından istenilen düzeye rahatlıkla gelebimektedir.

• Fiziksel rafinasyon teknolojisi kimyasal madde kullanımını en aza indirgeyen ve serbet yağ asitleriyle oksidatif parçalanma ürünlerini aynı kademede uzaklaştıran bir teknik olduğu için meydana gelen atık miktarı daha azdır. Ayrıca rafinasyon işlemi sırasında meydana gelen yağ kayıpları da bu teknolojiyle azalmaktadır. Böylece hem çevre hem de hammadde sarfiyatı açısından ekonomik bir teknik olarak nitelenmektedir.

• Fiziksel rafinasyon işleminin son kademesi olan buhar distilasyonu kademesinde yağdaki istenmeyen unsurlardan aflatoksin, tarım ve zirai ilaç kalıntıları, polisiklik aromatik hidrokarbonlar (PAH) gibi zehirli (toksik) ve kansere neden olabilen (karsinojenik) maddeler giderilebilmektedir.

• Yağlı tohumların hasat sonrası tarlada bekletilmesi, taşıma ve yükleme koşulları, olumsuz koşullarda depolanması gibi problemler ham yağların serbest yağ asidi içeriklerinin önemli oranda yükselmesine neden olmaktadır. Fiziksel rafinasyon işlemiyle serbest yağ asitleri yağdan uzaklaştırılmakta ve yağ duyusal açıdan beğeniyle tüketilebilir nitelik kazanmaktadır.

• Ham yağlara uygulanan fiziksel rafinasyon işlemi yağda istenmeyen bir unsur olan trans yağ asitlerinin önemli düzeyde oluşumuna neden olmayan bir prosestir.

• Fiziksel rafinasyon işlemi; yağların saflık kriterlerinde (sabunlaşma sayısı, iyot sayısı, kırılma indeksi, vb.) önemli değişikliklere neden olmadan; arzu edilen renk, tat, koku, genel görünüş, serbest yağ asidi miktarı, peroksit değeri gibi kalite kriterlerine sahip rafine yağ üretimini fiziksel yöntemlerle sağlayan bir yağ işleme tekniğidir.

Alıntıdır...