اگر تا به حال شاهد خروج روغن از یک پرس پیچی - تیره، کدر، با بوی شدید دانهای که از آن - بیرون میآید، هرگز حدس نمیزنید که این همان مادهای است که به عنوان بطری شفاف و خنثی-در قفسه سوپرمارکت خنثی میشود. این دگرگونی کار پالایش روغن است، یک فرآیند چند مرحلهای- که ناخالصیهای موجود در روغن نباتی خام را از بین میبرد و در عین حال تری گلیسیریدهایی را که روغن را ارزشمند میکنند، حفظ میکند. موضوع فقط تمیز کردن روغن نیست - هر مرحله ترکیبات خاصی را هدف قرار می دهد که بر طعم، پایداری، ماندگاری و حتی ایمنی تأثیر می گذارد.
آنچه نفت خام واقعاً حاوی چه چیزی است
نفت خام - روغن مستقیماً از پرس یا استخراج با حلال، قبل از هر پالایشی - عمدتاً تری گلیسیرید است (روغن خنثی مورد نظر ما)، اما همچنین حاوی ترکیبی از ترکیبات ناخواسته است. فسفولیپیدها (صمغها) روغن را کدر میکنند و هنگام گرم شدن باعث ایجاد کف میشوند. اسیدهای چرب آزاد (FFA) به روغن طعم تند و ترشی می دهد و نقطه دود آن را کاهش می دهد. رنگدانه هایی مانند کلروفیل و کاروتنوئیدها به روغن رنگ تیره می دهند و می توانند اکسیداسیون را افزایش دهند. بسته به کیفیت بذر و روش استخراج، فلزات کمیاب، آفت کش ها و آلاینده های محیطی نیز ممکن است وجود داشته باشد. و ترکیبات فرار - آلدئیدها، کتونها و محصولات اکسیداسیون - بوی قوی و اغلب ناخوشایند را به نفت خام میدهند.
هدف از پالایش این است که این ناخالصی ها را با حداقل از دست دادن روغن خنثی از بین ببریم. بسته به کیفیت نفت و روش پالایش، یک پالایشگاه{1}}که دارای چاه است ممکن است 3 تا 8 درصد از وزن نفت خام را به عنوان محصولات جانبی و تلفات فرآیند از دست بدهد. عملیات ضعیف می تواند به میزان قابل توجهی ضرر بیشتری داشته باشد که مستقیماً به سودآوری ضربه می زند.
مرحله اول: صمغ زدایی
صمغ زدایی اولین مرحله تصفیه است و وظیفه آن حذف فسفولیپیدها - ترکیبات صمغی است که نفت خام را کدر و ناپایدار می کند. فسفولیپیدها به خودی خود ارزشمند هستند (آنها منبع لسیتین تجاری هستند)، اما باقی ماندن در روغن باعث ایجاد مشکلاتی می شوند: در هنگام سرخ کردن کف می کنند، در دمای بالا تجزیه می شوند و در مراحل پایین دستی پالایش تداخل می کنند.
رایج ترین روش صمغ زدایی با آب است: آب داغ (حدود 80 تا 85 درجه) با نفت خام مخلوط می شود و باعث هیدراته شدن فسفولیپیدها می شود - آنها آب را جذب می کنند، متورم می شوند و در روغن نامحلول می شوند. لثه های هیدراته یک فاز سنگین جداگانه تشکیل می دهند که با سانتریفیوژ حذف می شود. صمغهای جدا شده را میتوان خشک کرد و بهعنوان لسیتین خام فروخت، در خوراک دام استفاده کرد، یا بیشتر به لسیتین{5}}غذایی تبدیل شد.
برای روغنهایی با سطوح بالای فسفولیپیدهای غیرقابل هیدراتاسیون (که به تنهایی به آب پاسخ نمیدهند)، از صمغزدایی اسیدی استفاده میشود. مقدار کمی اسید فسفریک یا اسید سیتریک قبل از آب اضافه میشود و فسفولیپیدهای غیرقابل هیدراتاسیون را به اشکال قابل هیدراتاسیون تبدیل میکند که سپس میتوانند با آب و سانتریفیوژ حذف شوند. صمغ زدایی آنزیمی، یک روش جدیدتر، از آنزیم های فسفولیپاز برای شکستن ساختارهای فسفولیپید استفاده می کند، و حتی سطوح فسفر باقیمانده کمتری را با از دست دادن روغن کمتر به دست می آورد. سیستمهای صمغزدایی مداوم مدرن میتوانند بیش از 95 درصد از فسفولیپیدها را حذف کنند و اطمینان حاصل کنند که روغن حتی در یخچال نیز شفاف میماند.
مرحله دوم: اسید زدایی (خنثی سازی)
اسید زدایی اسیدهای چرب آزاد را که عامل اصلی طعم ترش و کاهش ماندگاری هستند، از بین می برد. دو رویکرد اساساً متفاوت وجود دارد: پالایش شیمیایی و پالایش فیزیکی.
پالایش شیمیایی (همچنین پالایش قلیایی یا خنثی سازی نامیده می شود) روش سنتی است. محلول رقیق هیدروکسید سدیم (سودا سوز آور) با روغن صمغ زدایی مخلوط می شود. NaOH با اسیدهای چرب آزاد واکنش می دهد و صابون (نمک های سدیم اسیدهای چرب) را تشکیل می دهد که در روغن نامحلول است و به عنوان یک فاز سنگین به نام soapstock جدا می شود. ذخایر صابون با سانتریفیوژ خارج می شود و سپس روغن با آب داغ شسته می شود تا باقیمانده صابون از بین برود و سپس در خلاء خشک می شود. پالایش شیمیایی برای هر سطح FFA موثر است و روغن بسیار تمیزی تولید می کند، اما دارای معایبی است: ذخیره 1 تا 3 درصد روغن خنثی را به همراه خود حمل می کند (یک ضرر اقتصادی)، و این فرآیند باعث تولید فاضلابی می شود که نیاز به تصفیه دارد.
تصفیه فیزیکی (همچنین به نام تصفیه بخار یا اسید زدایی با تقطیر) رویکرد مدرن تری است و به روش غالب برای اکثر روغن های گیاهی تبدیل شده است. به جای واکنش شیمیایی FFA ها، پالایش فیزیکی آنها را با تقطیر حذف می کند: روغن تا 240-260 درجه تحت خلاء عمیق (معمولاً زیر 3 میلی بار یا 600 Pa) گرم می شود و بخار زنده از طریق آن پخش می شود. اسیدهای چرب آزاد نقطه جوش بسیار پایین تری نسبت به تری گلیسیرید دارند، بنابراین تبخیر می شوند و توسط بخار منتقل می شوند، سپس متراکم می شوند و به عنوان یک محصول جانبی به نام تقطیر اسید چرب جمع آوری می شوند (که می تواند برای استفاده در صابون سازی، خوراک حیوانات یا بیودیزل به فروش برسد). پالایش فیزیکی اسید زدایی را با بویزدایی در یک مرحله ترکیب میکند، از مواد شیمیایی استفاده نمیکند، مواد صابونی یا فاضلاب تولید نمیکند و روغن خنثی کمتری از دست میدهد. محدودیت اصلی این است که برای روغنهایی با محتوای FFA کم تا متوسط (زیر 3 تا 5 درصد) بهترین کار را دارد و ابتدا نیاز به صمغزدایی بسیار مؤثر دارد، زیرا فسفولیپیدهای باقیمانده روغن را در دماهای بالا تخریب کرده و تیره میکنند.
انتخاب بین پالایش شیمیایی و فیزیکی بستگی به نوع روغن، سطح FFA و محصول مورد نظر دارد. روغن پالم، روغن هسته خرما، روغن نارگیل، و بیشتر روغنهای{1}FFA بالا معمولاً از نظر فیزیکی تصفیه میشوند. روغن سویا، روغن کلزا، و روغن آفتابگردان می توانند به هر دو طرف برسند، اگرچه تصفیه فیزیکی به طور فزاینده ای ترجیح داده می شود. روغن پنبه دانه و برخی از روغن های مخصوص ممکن است به دلیل مشخصات ناخالصی خاص همچنان از تصفیه شیمیایی استفاده کنند.
مرحله سوم: سفید کردن
سفید کردن رنگدانههای - عمدتاً کلروفیل (سبز) و کاروتنوئیدها (زرد، نارنجی، قرمز) - را به همراه صابونهای باقیمانده، فسفولیپیدها، محصولات اکسیداسیون و آلایندههای کمیاب حذف میکند. با وجود نام، این یک فرآیند سفید کننده شیمیایی نیست. این یک فرآیند جذب با استفاده از خاک سفید (رس فعال) و گاهی اوقات کربن فعال است.
این فرآیند ساده است: روغن صمغ زدایی شده و اسید زدایی شده تا دمای 90 تا 110 درجه تحت خلاء (معمولاً حدود 50 میلی بار) گرم می شود و 0.5 تا 2 درصد از خاک سفید کننده با آن مخلوط می شود. خاک رس فعال دارای سطح وسیعی است و مولکول های رنگدانه، صابون های باقی مانده را روی سطح قطبی خود جذب می کند. پس از 15 تا 30 دقیقه زمان تماس، مخلوط روغن{9}}از طریق فیلترهای برگ تحت فشار یا فیلتر پرس فیلتر میشود، خاک سفیدکننده صرف شده را از بین میبرد و یک روغن شفاف{10}رنگ روشن باقی میگذارد. کربن فعال ممکن است در 0.1-0.5٪ برای روغن هایی با رنگدانه های سنگین یا برای حذف هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای (PAHs) و سایر آلاینده های کمیاب اضافه شود.
خلاء مهم است زیرا از اکسید شدن روغن در دماهای بالا جلوگیری می کند. خاک سفید کننده مصرف شده، که حاوی 20 تا 40 درصد روغن حباب شده است، یک محصول جانبی است که گاهی در خوراک دام، آجرسازی یا دفن زباله استفاده می شود، اگرچه محتوای روغن آن را در صورت عدم استفاده صحیح، خطر آتش سوزی می کند.
مرحله چهارم: بو زدایی
بو زدایی آخرین مرحله اصلی تصفیه است و این چیزی است که به روغن تصفیه شده طعم و بوی خنثی می دهد. هدف حذف ترکیبات فرار - اسیدهای چرب آزاد (در پالایش فیزیکی)، آلدئیدها، کتونها، الکلها و سایر بوها- و طعمدهنده-ترکیبات فعال - به همراه هرگونه آفتکشهای باقیمانده و هیدروکربنهای آروماتیک چند حلقهای سبک است.
بو زدایی اساساً یک فرآیند تقطیر با بخار است که در دمای بالا و خلاء عمیق انجام می شود. روغن تا 180 تا 220 درجه برای بو زدایی معمولی (پس از تصفیه شیمیایی) یا 240 تا 260 درجه برای تصفیه فیزیکی (که اسید زدایی و بو زدایی با هم اتفاق می افتد) گرم می شود. فشار روی 2 تا 6 میلیبار (بسیار کم، نزدیک{8}}خلاء) نگه داشته میشود و بخار زنده از طریق روغن پخش میشود. بخار ترکیبات فرار را از بین می برد و سپس متراکم شده و جمع آوری می شود. زمان ماندن معمولاً 30 تا 90 دقیقه است که بستگی به نوع روغن و سطح بویزدایی مورد نظر دارد.
دمای بالا ضروری است زیرا ترکیبات فرار فشار بخار پایینی دارند و برای تبخیر شدن به گرما نیاز دارند، اما ظریف ترین بخش فرآیند نیز می باشد. گرمای بیش از حد یا مدت زمان ماندگاری بیش از حد طولانی می تواند باعث تخریب حرارتی روغن - تشکیل اسید چرب ترانس، بازگشت رنگ و از بین رفتن آنتی اکسیدان های طبیعی مانند توکوفرول ها شود. خوشبوکننده های مدرن برای به حداقل رساندن قرار گرفتن در معرض گرما با استفاده از بسته بندی ساختاری (که کارایی تماس بخار-روغن را افزایش می دهد) و زمان ماندگاری کوتاه تر در بالاترین دما طراحی شده اند. پس از بو زدایی، روغن به سرعت تحت خلاء سرد می شود و مقدار کمی اسید سیتریک (50-200 پی پی ام) اغلب به عنوان یک عامل کیلیت برای اتصال فلزات کمیاب و بهبود پایداری اکسیداتیو اضافه می شود.
مرحله اختیاری: موم زدایی (زمستانی کردن)
برخی از روغنهای - روغن آفتابگردان، روغن ذرت، روغن سبوس برنج و برخی روغنهای هسته انگور و پنبه دانه - حاوی استرهای موم هستند که در دمای اتاق جامد هستند. اگر این موم ها در روغن باقی بمانند، وقتی روغن سرد می شود (مثلاً در یخچال) باعث کدر شدن آن می شود و می تواند به عنوان رسوب در ته بطری ته نشین شود. برای روغنهایی که بهعنوان محصولات شفاف و جدولی{4}}به فروش میرسند، یک مرحله مومزدایی لازم است.
موم زدایی (که زمستانی شدن نیز نامیده می شود) یک فرآیند ساده کریستالیزاسیون و فیلتراسیون است. روغن سفید شده یا کاملاً تصفیه شده به آرامی تا 5 تا 15 درجه (بسته به نوع روغن) خنک می شود و برای چند ساعت در آن دما نگهداری می شود و به استرهای موم اجازه می دهد تا به ذرات جامد تبدیل شوند. سپس روغن از طریق فیلتر پرس یا فیلتر غشایی فیلتر میشود، کریستالهای موم از بین میرود و روغن شفافی باقی میماند که حتی در دمای یخچال شفاف باقی میماند. موم فیلتر شده یک محصول جانبی جزئی است که گاهی در کاربردهای صنعتی یا خوراک دام استفاده می شود.
محصولات جانبی و بازده
پالایش فقط حذف ناخالصی ها نیست - بلکه محصولات جانبی ارزشمندی را نیز تولید می کند که به اقتصادی بودن فرآیند کمک می کند. از صمغزدایی، آدامسهای جدا شده را میتوان به لسیتین، یک امولسیفایر غذایی پرمصرف، تبدیل کرد یا برای خوراک حیوانات فروخت. از پالایش شیمیایی، میتوان صابون را برای بازیابی اسیدهای چرب آزاد برای استفاده در صابون، بیودیزل یا خوراک دام اسیدی کرد. از پالایش فیزیکی، تقطیر اسید چرب یک محصول قابل فروش است که در کاربردهای مشابه استفاده می شود. از سفید کردن، زمین مصرف شده دارای ارزش محدودی است، اما گاهی اوقات می توان آن را برای بازیابی روغن حباب شده پردازش کرد.
بازده کلی پالایش - درصد روغن خامی که به روغن خوراکی تصفیه شده ختم میشود - معمولاً بسته به کیفیت روغن خام (محتوای FFA، سطح فسفر، بار ناخالصی) و روش پالایش از 92٪ تا 97٪ متغیر است. نفت خام با کیفیت بالا با FFA کم و صمغ زدایی خوب می تواند بیش از 97 درصد تولید کند. نفت خام با کیفیت پایین-با سطح FFA بالا و ناخالصی بالا ممکن است تا 90 درصد تولید کند. برای یک پالایشگاه که هزاران تن در ماه پردازش می کند، حتی یک درصد تفاوت در عملکرد به معنای درآمد قابل توجه است، به همین دلیل بهینه سازی و کنترل فرآیند بسیار جدی گرفته می شود.
نتیجه گیری
پالایش روغن خوراکی، روغن خام، تیره و با طعم قوی را به محصول شفاف، خنثی و پایداری که مصرف کنندگان انتظار دارند، از طریق یک سری فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی به دقت کنترل شده تبدیل می کند. صمغ زدایی فسفولیپیدها را با استفاده از آب، اسید یا آنزیم ها حذف می کند. اسید زدایی اسیدهای چرب آزاد را از طریق واکنش شیمیایی با سود سوزآور (تصفیه شیمیایی، تولید مواد صابونی) یا با تقطیر بخار خلاء با دمای بالا (تصفیه فیزیکی، تولید تقطیر اسید چرب) حذف میکند. بلیچینگ از خاک رس فعال و کربن برای جذب رنگدانه ها و ناخالصی های باقیمانده استفاده می کند. بو زدایی از بخار با دمای بالا در خلاء عمیق استفاده می کند تا طعم و بوی فرار را از بین ببرد و روغن مزه خنثی نهایی را تولید کند. موم زدایی اختیاری استرهای موم را برای روغن هایی که باید در دماهای پایین شفاف بمانند حذف می کند.
گرایش در صنعت به سمت پالایش فیزیکی - مواد شیمیایی کمتر، ضایعات کمتر، عملکرد بیشتر، و اسید زدایی ترکیبی-بوی زدایی در یک مرحله - است، اما پالایش شیمیایی هنوز جای خود را برای روغنهای خاص و نفت خام{{3}بالا FFA دارد. چیزی که تغییر نمیکند اصل اصلی است: حذف ناخالصیهایی که روغن را ناپایدار، طعمدار یا ناایمن میکند، در حالی که تری گلیسیریدهای خنثی را حفظ میکند که روغن را به یک ماده غذایی با ارزش تبدیل میکند.
