تصفیه روغن خوراکی (بخش دوم)

2- تصفیه شیمیایی روغن های خوراکی

تصفیه شیمیایی به طور گسترده‌ای در تولید روغن جوانه گندم (Wang and Johnson, 2001)، روغن فندق (Karabulut et al., 2005)، روغن سویا، روغن کانولا (Farhoosh et al., 2009)، روغن آفتابگردان (Suliman et al., 2013)، روغن گلرنگ (Kraljic et al., 2015) و روغن دانه چای (Wei et al., 2015) مورد مطالعه قرار گرفته است. استفاده از دماهای بالا اطمینان حاصل می‌کند که ترکیبات نامطلوب از روغن خام حذف شوند، اما در عین حال، ترکیبات بیواکتیو نیز به طور همزمان حذف می‌شوند. حذف این ترکیبات بیواکتیو می‌تواند بر پایداری اکسیداتیو و ارزش غذایی روغن تصفیه‌شده تأثیر بگذارد.

فرایند تصفیه شیمیایی شامل مراحل زیر است:

1.    دیگومینگ (Degumming): حذف صمغ هاو مواد چسبنده (فسفولیپیدها) از روغن.

2.    نیترولیشن (Neutralization): خنثی کردن اسیدهای چرب آزاد (FFA).

3.    سفید کردن (Bleaching): حذف رنگدانه‌ها و برخی از ترکیبات نامطلوب.

4.    بوگیری (Deodorization): حذف بوها و طعم‌های ناخواسته.

یکی از مشکلات اصلی تصفیه شیمیایی، افت روغن به ویژه برای روغن‌های خام با محتوای بالای FFA و فسفولیپیدها، و همچنین مدیریت پساب‌ها است. این عوامل باعث شده‌اند که تغییر به فرایندهای تصفیه فیزیکی مورد توجه قرار گیرد. با این حال، تصفیه شیمیایی نسبت به تصفیه فیزیکی تأثیر کمتری بر روی ترکیبات بیواکتیو مطلوب دارد، به همین دلیل هنوز در صنعت روغن ترجیح داده می‌شود و به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. در حال حاضر، توسعه‌های جدید در تصفیه شیمیایی به دنبال کاهش معایب ناشی از این فرایند هستند.

1-2- دیگومینگ (صمغ زدایی)

دیگومینگ مرحله‌ای است برای حذف فسفولیپیدها، یون‌های فلزی ردیابی و مواد لزج. برخی از روغن‌ها به طور طبیعی پس از فشار دادن صمغ هارا جدا می‌کنند یا برخی از فسفولیپیدها ممکن است در طول ذخیره‌سازی در پایین ظرف ته نشین شوند. دیگومینگ باید قبل از سفید کردن انجام شود تا از مشکل انسداد فیلتر به دلیل وجود صمغ هادر طول فرایند سفید کردن جلوگیری شود؛ زیرا این انسداد می‌تواند کارایی فرایند سفید کردن (بی رنگ کردن) را کاهش دهد.

فسفولیپیدها می‌توانند به عنوان عوامل امولسیفایر قوی عمل کنند. اگر فسفولیپیدها حذف نشوند، می‌توانند باعث کاهش پایداری اکسیداتیو روغن شوند به دلیل توانایی آن‌ها در حمل فلزات مرتبط با پروکسیدان‌ها. اگرچه فسفولیپیدها می‌توانند به عنوان آنتی‌اکسیدان‌های طبیعی عمل کنند و مزایای سلامتی مختلفی را ارائه دهند، اما لازم است که در طول فرایند تصفیه حذف شوند. یک نیاز مهم برای فرایند تصفیه موفق، کاهش محتوای فسفر به کمتر از 10ppm در روغن است تا از بروز طعم نامطلوب و تیرگی رنگ در روغن نهایی که ناشی از دماهای بالا در فرایند بوگیری است، جلوگیری شود (Tyagi et al., 2012; Ghazani and Marangoni, 2013).

دو نوع فسفولیپید وجود دارد: فسفولیپیدهای هیدراتی و غیرهیدراتی که در انواع مختلف روغن‌ها متفاوت هستند. فسفولیپیدهای غیرهیدراتی معمولاً به همراه کاتیون‌هایی مانند منیزیم، کلسیم یا آهن وجود دارند. برای حذف هر دو نوع فسفولیپید هیدراتی و غیرهیدراتی، روغن خام باید تحت فرایند دیگومینگ با پیش‌درمان اسیدی قرار گیرد.

فسفولیپیدها و فرآیند دیگومینگ

فسفولیپیدها در روغن حل می‌شوند، اما پس از هیدراتاسیون، به حالت نامحلول در روغن درمی‌آیند. دیگومینگ آبی و دیگومینگ اسیدی از محبوب‌ترین روش‌های دیگومینگ در صنعت روغن امروزه هستند. دیگومینگ آبی معمولاً برای حذف فسفولیپیدهای هیدراتی و دیگومینگ اسیدی برای حذف فسفولیپیدهای غیرهیدراتی استفاده می‌شود.

در فرآیند دیگومینگ اسیدی، محلول اسید فسفریک معمولاً با دوز 0.1% (وزن/وزن) اضافه می‌شود تا فسفولیپیدهای غیرهیدراتی به فسفولیپیدهای هیدراتی تبدیل شوند. همچنین، اسید سیتریک می‌تواند به عنوان یک عامل دیگومینگ در این فرآیند به کار رود. با این حال، اسید فسفریک به طرز موثرتری نسبت به اسید سیتریک برای حذف محتوای کلروفیل در طول فرآیند دیگومینگ شناخته شده است.

مهم است که دوز بهینه اسید فسفریک مورد استفاده در دیگومینگ تعیین شود، زیرا اضافه کردن بیش از حد اسید فسفریک می‌تواند به افزایش محتوای فسفر منجر شود. معمولاً بین 0.1% تا 0.3% از محلول اسید فسفریک 85% یا 0% تا 1.0% از محلول اسید سیتریک 30% به روغن سویا اضافه می‌شود تا فسفولیپیدهای غیرهیدراتی به فسفولیپیدهای هیدراتی تبدیل شوند.

این مرحله از دیگومینگ به طور قابل توجهی بر کیفیت نهایی روغن و جلوگیری از عوارض ناشی از حضور فسفولیپیدها در فرایندهای بعدی تصفیه تأثیر می‌گذارد

.

2-2- خنثی‌سازی

خنثی‌سازی مرحله‌ای در فرآیند تصفیه شیمیایی است که اسیدهای چرب آزاد (FFA) را خنثی کرده و ترکیبات اضافی مانند فسفولیپیدهای باقیمانده، رنگدانه‌ها و واکس‌ها را که ممکن است رنگ و بوی ناخواسته تولید کنند، از روغن صمغ زدایی شده حذف می‌کند. همچنین این ترکیبات می‌توانند واکنش‌های اکسیداتیو در روغن‌های نهایی را تسهیل کنند.

در این فرآیند، معمولاً محلول هیدروکسید سدیم (NaOH) به میزان 0.1% تا 0.5% به روغن خام یا روغن  صمغ زدایی شده اضافه می‌شود. علاوه بر این، نسبت استوکیومتریک NaOH نیز به روغن افزوده می‌شود (Wang and Johnson, 2001; Wei et al., 2015). محلول هیدروکسید سدیم معمولاً با استفاده از هیدرومتر خاصی که در درجه‌های بومه (Be) کالیبره شده است، اندازه‌گیری می‌شود.

اضافه کردن سطح اضافی NaOH به منظور اطمینان از واکنش کامل FFA با قلیایی و عدم باقی‌ماندن قلیایی در روغن انجام می‌شود. فسفولیپیدهای باقیمانده و FFA به صابون‌های نامحلول تبدیل می‌شوند که می‌توان آن‌ها را با استفاده از سانتریفیوژ جدا کرد.

سپس روغن خنثی‌شده با 10% تا 20% آب (با دمای 90 تا 95 درجه سانتی‌گراد) شسته می‌شود تا صابون‌های باقیمانده از روغن حذف شوند.

خنثی‌سازی و اثربخشی دما

خنثی‌سازی معمولاً در دماهای 65 تا 90 درجه سانتی‌گراد انجام که دماهای بین 40 تا 50 درجه سانتی‌گراد برای خنثی‌سازی اسیدهای چرب آزاد (FFA) در روغن دانه کنف کارایی بیشتری دارند. وی و همکاران (2015) گزارش کردند که دمای 25 درجه سانتی‌گراد برای خنثی‌سازی FFA کافی نیست، اما دماهای 45، 65 و 85 درجه سانتی‌گراد از نظر کارایی خنثی‌سازی در روغن دانه چای مشابه بودند. استفاده از دماهای پایین‌تر به حفظ بیواکتیوهای لیپیدی کمک می‌کند، زیرا دماهای بالا در مرحله خنثی‌سازی می‌تواند منجر به افزایش عدد پراکسید (PV) شود (Farhoosh et al., 2009).

FFA به شکل نمک‌های سدیمی، در کنار تری‌اسیدهای چرب و فسفولیپیدهای باقیمانده، می‌تواند به تشکیل “ذخایر صابونی” (soapstock) منجر شود. این محصول جانبی می‌تواند مجدداً اسیدشده و برای تولید اسیدهای چرب که در تولید صابون یا افزودنی‌های خوراک دامی قابل استفاده هستند، مورد استفاده قرار گیرد.

علاوه بر این، در مرحله خنثی‌سازی، تخریب جزئی و جذب رنگدانه‌های رنگی (کلروفیل و کاروتنوئیدها) و اتصال یون‌های فلزی به فسفولیپیدهای باقیمانده ممکن است اتفاق بیفتد. با این حال، توکوفرول‌ها ممکن است روی صابون‌زیر جذب شده و فیتوسترول‌ها نیز ممکن است از طریق تقسیم مایع-مایع به صابون‌زیر منتقل شوند که این امر منجر به کاهش بیواکتیوهای موجود در روغن نهایی می‌شود

.

3-2 سفید کردن (بی رنگ کردن)

سفید کردن یک مرحله است که تحت خلأ یا خلأ جزئی انجام می‌شود تا رنگدانه‌های رنگی (کلروفیل و کاروتنوئیدها) را از روغن حذف کند و همچنین محصولات اکسیداسیون، خمیر صابون باقی‌مانده، فسفولیپیدهای باقی‌مانده و یون‌های فلزی را از طریق استفاده از خاک سفیدکننده بزداید. روغن سفید شده نسبت به روغن خنثی‌شده رنگ روشن‌تری دارد. معمولاً یک ماده جاذب در فرآیند سفید کردن اضافه می‌شود. سپس ناخالصی‌ها جذب شده و می‌توانند با ماده جاذب از طریق فیلتراسیون جدا شوند.

خاک سفیدکننده، کربن فعال، و محصولات مبتنی بر سیلیکا در فرآیند سفید کردن به کار رفته‌اند، اما خاک سفیدکننده به عنوان جاذب موردنظر به دلیل کارایی بالا در جذب و هزینه پایین خرید، به‌طور خاص ترجیح داده می‌شود (Ghazani and Marangoni, 2013).

دو نوع اصلی از خاک‌های سفیدکننده تجاری شامل خاک‌های طبیعی و خاک‌های سفیدکننده فعال‌سازی شده با اسید هستند. خاک‌های سفیدکننده فعال‌سازی شده با اسید به دلیل ظرفیت جذب بالاتر و فعالیت شیمیایی بیشتر نسبت به خاک‌های سفیدکننده طبیعی ترجیح داده می‌شوند. خاک‌های سفیدکننده فعال‌سازی شده با اسید می‌توانند از سیلیکات‌های آلومینیوم غیرفعال مانند بنتونیت، مونتمورillonite و آتابولگیت به‌دست آید و پس از آن مورد درمان اسیدی با استفاده از اسید سولفوریک یا هیدروکلریک، شستشو و خشک‌سازی قرار بگیرند تا محتوای رطوبت بین 10% تا 15% در خاک سفیدکننده حاصل شود.

آثار یون‌های فلزی می‌توانند از طریق پیوندهای یونی بر روی سطح خاک سفیدکننده حذف شوند، در حالی که رنگدانه‌های رنگی می‌توانند از طریق نیروی واندروالسی با خاک سفیدکننده حذف گردند (Medina-Juárez).

عوامل مؤثر بر مرحله سفید کردن

پارامترهای مؤثر در مرحله سفید کردن شامل دما، فشار، زمان، سرعت همزنی، و غلظت خاک سفیدکننده هستند. به‌طور کلی، در طی سفید کردن روغن کانولا، از 0.5% تا 3.0% خاک سفیدکننده در دماهای 100–110 درجه سانتی‌گراد تحت خلأ (کمتر از 50 میلی‌متر جیوه) به مدت 15 تا 20 دقیقه استفاده می‌شود (Ghazani and Marangoni, 2013).

کاهش در PV (عدد پراکسید) به همراه افزایش در p-AV (عدد اسیدی و پروکسید) و بالاترین وضعیت اکسیداسیون ثانویه در مرحله سفید کردن به‌دست آمد که در مطالعات قبلی نشان داده شده است (Garcia et al., 2006; Chew et al., 2016). دمای بالا در مرحله سفید کردن خواص کاتالیزوری خاک سفیدکننده را افزایش می‌دهد و منجر به تجزیه هیدروپراکسیدها به محصولات اکسیداسیون ثانویه می‌شود.

از طرف دیگر، مقادیر بالاتر خاک سفیدکننده که در مرحله سفید کردن استفاده می‌شود، سطح بیشتری از خاک سفیدکننده را در دسترس جذب رنگدانه‌ها قرار می‌دهد که موجب افزایش حذف رنگدانه‌های رنگی می‌گردد. Egbuna (2015) گزارش داده است که افزایش استفاده از خاک سفیدکننده به بیش از 1.5% (w/w) تأثیری بر رنگ روغن سفید شده ندارد.

این عوامل به‌طور کلی تأثیر زیادی بر کیفیت نهایی روغن سفید شده و روند تصفیه آن خواهند داشت.

تعادل و فرآیند سفید کردن

در طی فرآیند سفید کردن، باید تعادلی بین رنگدانه‌های رنگی جذب‌شده توسط خاک سفیدکننده و رنگدانه‌های باقی‌مانده در روغن برقرار شود. هم‌زدن شدید مخلوط روغن در مرحله سفید کردن می‌تواند تماس بین روغن و خاک سفیدکننده را بهبود بخشد و به دستیابی به تعادل در زمان نسبتاً کوتاه کمک کند. پس از رسیدن به نقطه تعادل، دیگر رنگدانه‌های رنگی نمی‌توانند توسط خاک سفیدکننده از روغن جذب شوند.

مقدار دقیق خاک سفیدکننده‌ای که در مرحله سفید کردن استفاده می‌شود، به کیفیت روغن و خواص جذب خاک سفیدکننده بستگی دارد. زمان طولانی‌تر ممکن است موجب تخریب نقاط فعال روی خاک سفیدکننده شود (Chew et al., 2017c). پس از فرآیند سفید کردن، خاک سفیدکننده از روغن با فیلتراسیون جدا می‌شود تا روغن سفید شده و کیک فیلتر حاصل شود. در پایان فیلتراسیون، می‌توان کیک را با بخار یا دمیدن نیتروژن خشک کرد تا مقدار روغن باقی‌مانده در روغن سفید شده کاهش یابد.

فرآیند سفید کردن سنتی در دمایی بین 85 درجه سانتی‌گراد تا 110 درجه سانتی‌گراد تحت شرایط کاهش‌دهنده انجام می‌شود (Garcia et al., 2006; Farhoosh et al., 2009). با این حال، دمای پایین‌تر می‌تواند اثر سفید کردن مؤثرتری را ارائه دهد، زیرا تعادل جذب به سمت دفع حرکت می‌کند و بخشی از مولکول‌های جذب‌شده در دماهای بالاتر دوباره به روغن حل می‌شوند.

این نکات به بهینه‌سازی فرآیند سفید کردن و بهبود کیفیت روغن نهایی کمک می‌کند.

دما و کاربرد خاک سفیدکننده در فرآیند سفید کردن

مطالعات قبلی نشان داده‌اند که دمای بهینه در فرآیند سفید کردن بین 95 تا 100 درجه سانتی‌گراد بر اساس کاهش رنگ بوده است (Ortega-García et al., 2005; Nwabanne and Ekwu, 2013). در فرآیند سفید کردن روغن چای، دمای 85 درجه سانتی‌گراد با 1.2% بنتونیت فعال‌شده با اسید به عنوان بهینه مشخص شده است (Wei et al., 2015). بهینه‌سازی‌های دیگری نیز صورت گرفته است، به‌طوری‌که در فرآیند سفید کردن روغن دانه کنا، از خاک سفیدکننده 1.5% (وزنی/وزنی)، دمای 70 درجه سانتی‌گراد و زمان 40 دقیقه استفاده شده است (Chew et al., 2017c).

علاوه بر حذف رنگدانه‌ها، خاصیت جذب خاک سفیدکننده قادر به حذف آلودگی‌های محیطی نیز در روغن ماهی است. حذف آلاینده‌های محیطی یکی از نگرانی‌های مهم در فرآیند تصفیه روغن ماهی است. این آلودگی‌ها می‌توانند تأثیرات منفی بر سلامت انسان ایجاد کنند، بنابراین استفاده مؤثر از خاک سفیدکننده در کاهش این آلاینده‌ها اهمیت ویژه‌ای دارد.

نتایج این مطالعات نشان می‌دهد که انتخاب مناسب دما و غلظت خاک سفیدکننده می‌تواند به بهبود کیفیت نهایی روغن‌های خوراکی و کاهش خطرات بهداشتی مرتبط با آلاینده‌های محیطی کمک کند.

فرآیند بو‌زدایی

بو‌زدایی آخرین مرحله از فرآیند تصفیه روغن است که شامل تقطیر بخار در دماهای بالا تحت فشار خلاء است. هدف این مرحله، حذف اسیدهای چرب آزاد (FFA)، ترکیبات فرار مانند ترکیبات اکسیداتیو (آلدهیدها و کتون‌ها) و سایر آلودگی‌ها بر اساس فشار بخار و قابلیت تبخیر آن‌ها می‌باشد.

در مرحله بو‌زدایی:

1.    حذف مؤلفه‌های فرار: شامل اسیدهای چرب آزاد و محصولات اکسیداسیون ثانویه.

2.    حذف طعم ناخواسته: ترکیباتی که می‌توانند به کیفیت طعم روغن آسیب بزنند.

3.    تخریب حرارتی رنگدانه‌ها: جلوگیری از اثرات منفی رنگدانه‌ها بر طعم و ظاهر روغن.

در طی فرآیند بو‌زدایی، سایر مؤلفه‌هایی مانند کاروتنوئیدها، توکوفرول‌ها و فیتواسترول‌ها نیز ممکن است تخریب شوند. با این حال، بوی‌زدایی کیفیت طعم و پایداری اکسیداتیو روغن تصفیه‌شده را بهبود می‌بخشد. این امر معمولاً با حذف تقریباً کامل اسیدهای چرب آزاد و سایر ترکیبات بوی فراری که در روغن وجود دارند، از طریق تخریب حرارتی پراکسیدها انجام می‌شود.

در این فرآیند، مقدار پراکسید روغن به حداقل ممکن کاهش می‌یابد. بسیاری از محصولات اکسیداسیون ثانویه فرار هستند و می‌توانند از طریق فرآیند تقطیر بخار در مرحله بوی‌زدایی حذف شوند.

تحقیقات نشان می‌دهد که بوی‌زدایی در دماهای پایین به همراه دوره‌های طولانی‌مدت یا در دماهای بالا با دوره‌های کوتاه‌تر می‌تواند به روغن‌هایی با پایداری بهبود یافته منجر شود (Mariod et al., 2012). این تطابق شرایط بوی‌زدایی به تولید روغن‌های با کیفیت بالا و ماندگاری طولانی‌تر کمک می‌کند.

لینک مقاله اصلی( منبع) :

Refining of edible oils Sook Chin Chewa , Kar Lin Nyamb a Xiamen University Malaysia Campus, Selangor, Malaysia b UCSI University, Kuala Lumpur, Malaysia