جزء به جزء سازی روغن

در این مقاله قصد داریم به بررسی جزء به جزء سازی روغن بپردازیم:

چربی ها و روغن های خوراکی را جزء به جزء می کنند تا مواد جدیدی مفیدتر از محصول طبیعی حاصل شود. روغن ها و چربی های خوراکی، مخلوط های مرکب پیچیده ای از تری گلیسریدهای مختلف با نقاط ذوب متفاوت می باشند. رفتار ذوب و نقطه شفاف (clear) چربی ها، خصوصیات مهمی برای عملگر بودنشان در محصولات غذایی تهیه شده مختلف می باشند. فرایندهای جزء به جزء سازی روغن ها و چربی ها را به فراکسیون های دارای نقاط ذوب متفاوت جدا می کنند. جزء به جزء کردن ممکن است صرفا به منظور حذف یک جزء نامطلوب انجام شود که این مساله در مورد پروسه های وینتریزاسیون و موم زدایی که به منظور تولید روغن های مایع که به ابری شدن در دمای های خنک مقاومت نشان می دهند اتفاق می افتد. جداسازی چربی یا روغن به فراکسیون های مختلف، می توانند دو یا بیش از دو محصول کاربردی با منشاء یکسان حاصل کنند. تولید معادل ها یا جایگزین های کره کاکائو یک کاربرد شناخته شده برای این نوع جزء به جزء کردن می باشد.

جداسازی روغن ها و چربی ها براساس حل پذیری گلیسریدهای آن ها می باشد. اختلافات حل پذیری مستقیما مربوط به نوع تری گلیسریدها در سیستم چربی می شود. نوع تری گلیسریدها به وسیله ترکیب اسیدچربشان و توزیع اسیدهای چرب بر روی مولکول تری گلیسرید تعیین می شود. اجزاء یک چربی یا روغن که از نظر نقطه ذوب به طور قابل توجهی متفاوت هستند را می توان به منظور حذف بخش های دارای نقطه ذوب بالاتر بوسیله کریستالیزاسیون و سپس فیلتراسیون جداسازی شوند. در هر پروسه عملی کریستالیزاسیون فراکسیونی، پتانسیل کارامد جداسازی کریستال ها از مایع بستگی به مکانیک جداسازی و نیز رفتار فازی سیستم دارد. مراحل متوالی جزء به جزء سازی به شرح زیر تعیین شده است:

۱-خنک کردن روغن تا فوق اشباعیت جهت تشکیل هسته برای کریستالیزاسیون

۲-رشد پیش رونده فازهای مایع و کریستالی

۳-جداسازی فازهای کریستالی و مایع

راندمان جداسازی مایع و فراکسیون های جامد عمدتا بستگی به متد خنک کردن دارد که در واقع تعیین کننده شکل و اندازه کریستال می باشد. چربی ها و روغن ها می توانند در چند شکل پلیمری به خصوص آلفا، بتاپریم و بتا به ترتیب پایداری، نقطه ذوب، گرمای ذوب و دانسیته تشکیل گردند. سرعت کریستالیزاسیون برای شکل آلفا برای فرم بتاپریم که به نوبه خود سریعتر از فرم بتا کریستالیزه می شود، بالاتر است. خنک کردن سریع سبب فوق اشباعیت سنگینی شده که تشکیل کریستال های نرم، کوچک و بدون شکلی که مخلوطی از انواع مختلف کریستال ها بوده و خصوصیات فیلتراسیون ضعیفی دارند را می دهند. خنک کردن تدریجی روغن منتج به کریستال های بتا و بتاپریم می شود که سریعا فیلتر شده و از فاز مایع جدا می شوند.

سه عملیات واحد مجزا برای جزء به جزء سازی تری گلیسریدها که پروسه کریستالیزاسیون و جداسازی را به هم ارتباط داده است، به منظور تولید روغن ها و چربی های جزء به جزء شده باارزش، در سطح تجاری انجام گرفته است. ۱)جزء به جزء سازی خشک ۲) جزء به جزء سازی حلال و ۳)جزء به جزء سازی با دترژنت آبی.

پروسه های جزء به جزء کردن خشک شامل وینتریزاسیون، موم زدایی، پرس هیدرولیک و جزء به جزء کردن کریستال می باشد. این روش پرکاربردترین فرم عملیاتی جزء به جزء کردن است که در آن کریستالیزاسیون بدون کمک یک حلال اتفاق می افتد. پروسه وینترایزکردن برای حذف مقادیر ناچیز چربی جامد از یک مقدار زیاد روغن مایع موثر می باشد. موم زدایی می تواند یک شکل تغییریافته ای از پروسه وینترایز کردن، به منظور حذف مقادیر اندک موم از روغن های نباتی خاص غنی از اسیدهای غیراشباع، باشد. پرس هیدرولیک مقادیر اندک روغن مایع را به طور موثری از مقدار زیاد چربی جامد جدا و حذف می کند. برخی روغن ها همچون روغن پالم که حاوی مقادیر بالایی از فراکسیون های مایع و جامد می باشند، می توانند به وسیله جزء به جزء کردن خشک جدا شوند اما به اندازه پروسه های دیگر موثر و مفید نخواهد بود. با بکارگیری پروسه های جزء به جزء کردن با دترژنت یا حلال، جداسازی فراکسیون های خاص مواد فیداستاک به نحو بهتری صورت می پذیرد.

جزء به جزء کردن کریستال خشک

مزایای جزء به جزء کردن، تصادفا بر شرکت های اروپایی وارد کننده روغن نارگیل از سریلانکا در بشکه های چوبی با طول زیاد بنام Ceylon pipes آشکار شد. بشکه ها با روغن نارگیل گرم پر شده بود که در طول سفر دریایی به مناطق خنک تر اروپا به کندی خنک می شد. خنک شدن آهسته همراه با هم زدن در نتیجه حرکت کشتی، سبب شد تا روغن کریستالیزه شده و دو فراکسیون نرم و سفت جداسازی شده است. مشتریان دریافت کننده محصول جزء به جزء شده، خصوصیات اجزاء را بررسی نموده و متوجه شدند که این فراکسیون ها برای برخی کاربردها مفیدتر از محصولات طبیعی یا کامل می باشد.

روش های جزء به جزء کردن خشک به طور معمول برای جداسازی استئارین سفت و اولئین نرم از محصولات طبیعی که حاوی مقادیر بالایی از هر روغن شبه پالم و چربی های لوریک می باشد، بکار گرفته می شود. اصول این روش جزء به جزء کردن براساس خنک کردن آهسته روغن تحت شرایط کنترل شده بدون کمک یک حلال پایدار است. فراکسیون های اولئین و استئارین می توانند با استفاده از پروسه های مختلف همچون فیلتراسیون، پرس هیدرولیک، غلتک دوار یا یکی از پروسه های اختراع شده، جدا شوند. در پروسه خشک، به طور کلی برای جداسازی موثر کریستال های بزرگ مورد نیاز است. کریستال های بزرگ تمایل به تشکیل گروه های خوشه ای که بخشی از فاز اولئین مایع را به دام می اندازد، دارند. این امر، به علت جداسازی ضعیف تر منتج به یک استئارین نرم یا یک محصول حاوی اولئین کم می شود. یک محصول حاوی اولئین پایین را همچنین می توان از تشکیل کریستال های مخلوط بدست آورد. در خنک کردن آهسته کنترل شده‌ی روغن طبیعی، این مشکلات کمرنگ تر شده و یک جداسازی تمیزتر فراکسیون های اولئین و استئارین اتفاق خواهد افتاد.

یک پروسه جزء به جزء کردن کریستال خشک منحصربفرد با نیاز بالا به نیروی کارگری، که هنوز برای جزء به جزء کردن روغن های لوریک استفاده می شود، خنک کردن آهسته‌ی روغن تا رسیدن به یک غلظت پلاستیک، می باشد. این محصول در داخل کیسه های از جنس کرباس ریخته شده و سپس تا دمای جزء به جزء کردن خنک می شود و به کریستال فرصت داده می شود تا پایدار شده و برسد (یا بالغ شود). سپس یک پرس هیدرولیک برای خارج کردن روغن از تفاله استئارین مورد استفاده قرار می گیرد. این روش می تواند یک چربی پوشش دهنده قنادی بسیار مورد پسند، از روغن هسته پالم تولید نماید. قبل ها این فرایند برای جزء به جزء کردن لارد و پیه نهنگ (تلو) به منظور تولید فراکسیون های سفت برای استفاده در شورتنینگ ها به عنوان پایدارکننده و یک روغن مایع اولئو، بکار گرفته می شد. کریستالایزرهای مقاوم به ویسکوزیته بالا و فیلتر پرس های غشاءی با فشار بالا برای جایگزین شدن این پروسه کارگری به منظور تولید چربی های تخصصی با کیفیت توسعه داده شد.

جزء به جزء کردن با دترژنت

روش جزء به جزء کردن با دترژنت آبی، همان اصول اولیه جزء به جزء کردن خشک را دارد؛ که این اصول عبارت از تحریک کریستالیزاسیون با خنک کردن روغن تحت شرایط کنترل شده بدون افزودن یک حلال می باشد. تفاوت در آن است که یک محلول دترژنت آبی به ماده کریستالیزه افزوده شده تا به جداسازی اولئین مایع و استئارین جامد کمک کند. محلول آبی حاوی حدود ۵% از یک دترژنت مانند سدیم لوریل سولفات که با جانشین شدن روغن مایع، سطح کریستال ها را مرطوب می سازد. حدود ۲% از یک الکترولیت مانند سولفات آلومینیوم یا منیزیوم به محلول اضافه می شود تا به جمع شدن قطرات اولئین مایع کمک کند. فاز سنگین تر حاوی استئارین حرارت داده می شود تا استئارین ذوب شده و فازهای آب و روغن از هم جدا شوند. جداسازی کامل این فازها با یک سانتریفوژ ثانویه انجام می گردد. جزء به جزء کردن دترژنت آبی پرهزینه تر از جزء به جزء کردن خشک می باشد اما جداسازی کاملتر فراکسیون های نرم و سفت نیز می تواند صوزت پذیرد، ازینرو تولید یک راندمان تولید اولئین بالاتر و یک فراکسیون استئارین سخت تری حاصل می گردد.

جزء به جزء کردن با حلال

جزء به جزء کردن با حلال یک پروسه هزینه بر بوده که می تواند تنها برای تهیه محصولات باارزش تر و با کیفیت تر قابل توجیه است. هدف نهایی برای استفاده از تکنولوژی جزء به جزء کردن با حلال، تولید تجاری روغن ها و چربی ها با خصوصیات منحصربفرد می باشد. کریستالیزاسیون فراکسیونی با محلول رقیق، منتج به جداسازی کارامدتر با محصولات بهبودیافته، مدت زمان فراوری کمتر و خلوص بیشتر نسبت به فراکسیناسیون بدون حلال می شود. مزایای قابل توجه آن شامل جبران جزئی و برای برخی محصولات جبران کامل هزینه های ثابت بالای مربوط به کارکردن با حلال و بازیابی آن و نیز نیاز به ظرفیت بالای خنک کردن می باشد. برخی از محصولاتی که در تولید آن ها از تکنولوژی جزء به جزء کردن با حلال به منظور ایجاد خصوصیات کاربردی منحصربفرد در آن ها، استفاده شده است شامل موارد زیر می باشد:

معادل های کره کاکائو (CBEs): CBE ها چربی هایی با ترکیب شیمیایی مشابه با کره کاکائو و با قابلیت جایگزین شدن آن در هر نسبتی در شکلات ها می باشد.
جایگزین های لوریک کره کاکائو (CBRs): این ترکیبات، محصولاتی تهیه شده از روغن هسته پالم یا نارگیل جزء به جزء شده با خصوصیات فیزیکی بسیار مشابه با کره کاکائو می باشد.
CBRهای غیرلوریک: پرکاربردترین محصولات در این گروه بر پایه روغن های مایع هیدروژنه شده و جزء به جزء شده با حلال همچون روغن های پالم، پنبه دانه و پالم می باشد.
محصولات قنادی: سیستم چربی دارای نقطه ذوب پایین اما یک محتوای SFIی بالا در دمای اتاق می تواند محصولاتی با یک ذوب سریع در دمای بدن را حاصل کند که زمانیکه خورده می شود منتج به ایجاد یک احساس خنکی می گردد. تاپینگ های زده شده و بخش های مرکزی آب نبات های با کیفیت، دو کاربرد ویژه ی محصولات جزء به جزء شده می باشد.
تری گلیسریدهای زنجیره متوسط: فراکسیون های روغن لوریک حاوی اسیدهای چرب اشباع C-6:0, C-8:0 و C-10:0 که برای جذب سریع توسط بدن، هم در سیستم های روغنی و هم آبی محلول هستند و از طریق سیستم سیاهرگ منتقل می شوند.
روغن های مایع دارای پایداری بالا: اصلاح روغن ها با بکارگیری هیدروژناسیون با جزء به جزء کردن، امکان توسعه روغن های مایع با مقاومت بالا به تجزیه اکسیداتیو را فراهم می سازند. روغن های مایع با یک پایداری AOM 350 ساعته به طور تجاری در دسترس می باشد.

از لحاظ تجاری، جزء به جزء کردن با حلال بوسیله یک سری پروسه های مختلف که می توانند بچ، نیمه کانتینیوس یا کانتینیوس باشند انجام می شود. کریستالایزرها، فیلترها و سیستم های بازیابی حلال می توانند از لحاظ طرح باهم متفاوت بوده و یکی از چند حلال آلی نیز می تواند مورد استفاده قرار گیرد. حلال هایی که مورد استفاده قرار گرفته اند شامل استون، هگزان و ۲-نیتروپروپان می باشند. برخی از پروسه ها انحصاری و اختصاصی بوده اما همگی نیاز به کنترل پارامترهای خاص فرایند دارند:

انتخاب فیداستاک (روغن خام خوراک) که می تواند شامل مخلوط ها و روغن های طبیعی، مخلوط ها و روغن های هیدروژنه شده، مخلوط ها و روغن های تصادفی بازآرایش شده و مخلوط هایی از هر کدام یا همه این موارد.
افزایش غلظت چربی در حلال
دمای جزء به جزء کردن
سرعت خنک شدن و زمان ماند در کریستالایزر
شرایط جداسازی

یک نمونه جریان فرایند جزء به جزء کردن با حلال معمولا با حرارت دهی روغن تغذیه شده (فیداستاک) تا بالاتر از نقطه ذوب کامل و اختلاط با حلال گرم به نسبت ۱ قسمت وزنی روغن به ۳ تا ۵ قسمت وزنی حلال، آغاز می شود. سپس حلال خنک می شود تا فراکسیون های سخت، کریستالیزه گردند. دماهای کریستالیزاسیون بسته به ماهیت حلال، غلظت روغن در حلال و خصوصیات ضروری برای محصول نهایی متغیر می باشد. به عنوان مثال، برای روغن های لوریک در حلال استون، دماهای ۲۸ تا ۶۸ درجه فارنهایت (۲- تا ۲۰ درجه سانتیگراد) برای بدست آوردن اندیس های یدی استئارین ۱٫۸ تا ۸٫۳ مورد استفاده قرار می گیرد. لعاب کریستالیزه شده بوسیله فیلتراسیون یا با تکنیک ته نشین سازی جداسازی می شود. سپس، ماده جامد عاری از حلال شده و تبدیل به یک فراکسیون می شود. حذف حلال از مواد فیلتر شده، یک محصول دیگری را بوجود می آورد. سپس جزء به جزء کردن، با حل کردن مجدد یکی از دو جزء و تکرار پروسه انجام می شود.