Ako ste ikada gledali kako ulje izlazi iz šrafova - tamno, zamućeno, snažno miriše na sjeme iz -, nikada ne biste pogodili da je to ista supstanca koja završava kao prozirna boca neutralnog-ukusa na polici supermarketa. Ta transformacija je rad rafinacije ulja, višestepenog procesa koji uklanja nečistoće koje su prirodno prisutne u sirovom biljnom ulju, a istovremeno čuva trigliceride koji ulje čine vrijednim. Ne radi se samo o tome da ulje izgleda čisto - svaki korak cilja na određena jedinjenja koja utiču na ukus, stabilnost, rok trajanja, pa čak i sigurnost.
Šta sirova nafta zapravo sadrži
Sirova nafta - ulje direktno iz presovanja ili ekstrakcije rastvaračem, prije bilo kakve rafinacije - je uglavnom trigliceridi (neutralno ulje koje želimo), ali također nosi koktel neželjenih jedinjenja. Fosfolipidi (gume) čine ulje zamućenim i izazivaju pjenu kada se zagrije. Slobodne masne kiseline (FFA) daju ulju oštar, užegao okus i smanjuju njegovu tačku dimljenja. Pigmenti poput klorofila i karotenoida daju ulju tamnu boju i mogu potaknuti oksidaciju. Takođe mogu biti prisutni metali u tragovima, pesticidi i zagađivači životne sredine, u zavisnosti od kvaliteta semena i metode ekstrakcije. A isparljiva jedinjenja - aldehidi, ketoni i produkti oksidacije - su ono što sirovoj nafti daje jak, često neprijatan miris.
Cilj rafiniranja je uklanjanje ovih nečistoća sa što manjim gubitkom neutralnog ulja. Dobro -rafinerija može izgubiti 3-8% težine sirove nafte kao nusproizvode i gubitke u procesu, ovisno o kvaliteti nafte i načinu prerade. Loše vođene operacije mogu izgubiti znatno više, što direktno utiče na profitabilnost.
Prvi korak: Degumiranje
Degumiranje je prvi korak rafiniranja, a njegov zadatak je uklanjanje fosfolipida - gumenih jedinjenja koja sirovu naftu čine mutnom i nestabilnom. Fosfolipidi su sami po sebi vrijedni (izvor su komercijalnog lecitina), ali ostavljeni u ulju uzrokuju probleme: pjene se tokom prženja, razgrađuju se na visokim temperaturama i ometaju nizvodne korake rafinacije.
Najčešća metoda je degumiranje vodom: vruća voda (oko 80-85 stepeni) se pomiješa sa sirovim uljem, uzrokujući hidrataciju fosfolipida -, oni upijaju vodu, bubre i postaju nerastvorljivi u ulju. Hidratizirane gume formiraju zasebnu tešku fazu koja se uklanja centrifugiranjem. Odvojene gume se mogu sušiti i prodavati kao sirovi lecitin, koristiti u hrani za životinje ili dalje prerađivati u prehrambeni{5}}lecitin.
Za ulja sa visokim nivoom ne-nehidratabilnih fosfolipida (koja ne reaguju samo na vodu), koristi se kiselinsko degumiranje. Mala količina fosforne ili limunske kiseline se dodaje prije vode, pretvarajući ne-fosfolipide koji se ne mogu hidratizirati u hidratantne oblike koji se zatim mogu ukloniti vodom i centrifugiranjem. Enzimsko degumiranje, novija metoda, koristi enzime fosfolipaze za razgradnju fosfolipidnih struktura, postižući još niže razine zaostalog fosfora uz manji gubitak ulja. Moderni kontinuirani sistemi za degumiranje mogu ukloniti preko 95% fosfolipida, osiguravajući da ulje ostane čisto čak i pod hlađenjem.
Drugi korak: Deacidifikacija (Neutralizacija)
Dekiseljavanjem se uklanjaju slobodne masne kiseline, koje su glavni uzrok užeglog okusa i smanjenog roka trajanja. Postoje dva fundamentalno različita pristupa: hemijska rafinacija i fizička rafinacija.
Hemijska rafinacija (koja se naziva i alkalna rafinacija ili neutralizacija) je tradicionalna metoda. Razrijeđena otopina natrijum hidroksida (kaustična soda) pomiješa se sa degumiranim uljem. NaOH reaguje sa slobodnim masnim kiselinama i formira sapun (natrijumove soli masnih kiselina), koji je nerastvorljiv u ulju i odvaja se kao teška faza koja se zove sapun. Sapun se uklanja centrifugiranjem, a ulje se zatim ispere toplom vodom da bi se uklonili ostaci sapuna, a zatim se suši pod vakuumom. Hemijska rafinacija je efikasna za bilo koji nivo FFA i proizvodi vrlo čisto ulje, ali ima nedostatke: sapun nosi 1-3% neutralnog ulja zajedno sa sobom (ekonomski gubitak), a proces stvara otpadnu vodu koja zahtijeva tretman.
Fizička rafinacija (koja se naziva i parna rafinacija ili destilacija dekiselja) je moderniji pristup i postala je dominantna metoda za većinu biljnih ulja. Umjesto hemijske reakcije FFA, fizičkom rafinacijom se uklanjaju destilacijom: ulje se zagrijava na 240-260 stupnjeva pod dubokim vakuumom (obično ispod 3 mbar, ili 600 Pa), a živa para se propušta kroz njega. Slobodne masne kiseline imaju mnogo niže tačke ključanja od triglicerida, tako da isparavaju i odvode se parom, zatim kondenzuju i sakupljaju kao nusproizvod koji se zove destilat masnih kiselina (koji se može prodati za upotrebu u proizvodnji sapuna, stočnoj hrani ili biodizelu). Fizička rafinacija kombinuje odkiseljavanje sa dezodoracijom u jednom koraku, ne koristi hemikalije, ne stvara sapun ili otpadnu vodu i gubi manje neutralnog ulja. Glavno ograničenje je to što najbolje funkcionira za ulja s niskim do umjerenim sadržajem FFA (ispod 3-5%) i prvo zahtijeva vrlo efikasno degumiranje, jer će rezidualni fosfolipidi razgraditi i potamniti ulje na visokim temperaturama koje se koriste.
Izbor između hemijske i fizičke rafinacije zavisi od vrste ulja, nivoa FFA i željenog proizvoda. Palmino ulje, ulje palminih koštica, kokosovo ulje i većina-FFA ulja se obično fizički rafiniraju. Sojino ulje, repičino ulje i suncokretovo ulje mogu ići na bilo koji način, iako je fizička rafinacija sve poželjnija. Pamučno ulje i neka specijalna ulja mogu i dalje koristiti hemijsku rafinaciju zbog specifičnih profila nečistoća.
Treći korak: izbjeljivanje
Izbjeljivanje uklanja pigmente - prvenstveno hlorofil (zeleni) i karotenoide (žuti, narandžasti, crveni) - zajedno sa zaostalim sapunima, fosfolipidima, oksidacijskim proizvodima i kontaminantima u tragovima. Uprkos nazivu, to nije hemijski proces izbeljivanja; to je proces adsorpcije upotrebom zemlje za izbjeljivanje (aktivna glina) i ponekad aktivnog ugljena.
Proces je jednostavan: degumirano i raskiseljeno ulje se zagreva na 90-110 stepeni pod vakuumom (obično oko 50 mbar) i umeša se 0,5-2% zemlje za beljenje. Aktivirana glina ima ogromnu površinu i adsorbuje molekule pigmenta, ostatke sapuna i druge nečistoće na svojoj polarnoj površini. Nakon 15-30 minuta kontakta, mješavina ulja-zemlja se filtrira kroz lisnate filtere pod pritiskom ili filter preše, uklanjajući istrošenu zemlju za izbjeljivanje i ostavljajući bistro, svijetlo{10}}ulje. Aktivni ugljen se može dodati u količini od 0,1-0,5% za ulja sa jakom pigmentacijom ili za uklanjanje policikličnih aromatičnih ugljovodonika (PAH) i drugih kontaminanata u tragovima.
Vakuum je važan jer sprječava oksidaciju ulja na povišenim temperaturama koje se koriste - kisik u zraku bi reagirao sa vrućim uljem i proizveo-arome i oksidacijske proizvode. Potrošena zemlja za izbjeljivanje, koja sadrži 20-40% unesenog ulja, nusproizvod je koji se ponekad koristi u ishrani za životinje, pravljenju cigle ili odlaganju na deponije, iako sadržaj ulja čini opasnost od požara ako se njime ne rukuje pravilno.
Četvrti korak: Dezodoracija
Dezodoracija je posljednji glavni korak rafiniranja i to je ono što rafiniranom ulju daje neutralan okus i miris. Cilj je uklanjanje hlapljivih jedinjenja - slobodnih masnih kiselina (u fizičkom rafiniranju), aldehida, ketona, alkohola i drugih mirisnih- i aroma-aktivnih jedinjenja - zajedno sa svim zaostalim pesticidima i lakim policikličnim aromatičnim ugljovodonicima.
Dezodoracija je u suštini proces parne destilacije koji se izvodi na visokoj temperaturi i dubokom vakuumu. Ulje se zagreva na 180-220 stepeni za konvencionalnu dezodoraciju (nakon hemijske rafinacije) ili 240-260 stepeni za fizičku rafinaciju (gde se raskiseljavanje i dezodoracija dešavaju zajedno). Pritisak se održava na 2-6 mbar (veoma nizak, blizu-vakuma), a živa para se propušta kroz ulje. Para uklanja hlapljiva jedinjenja, koja se zatim kondenzuju i sakupljaju. Vrijeme zadržavanja je obično 30-90 minuta, ovisno o vrsti ulja i željenom nivou dezodoracije.
Visoka temperatura je neophodna jer hlapljiva jedinjenja imaju nizak pritisak pare i potrebna im je toplota da bi isparili, ali je ujedno i najdelikatniji deo procesa. Previše topline ili predugo vrijeme zadržavanja može uzrokovati termičku degradaciju ulja - formiranje transmasnih kiselina, promjenu boje i gubitak prirodnih antioksidansa poput tokoferola. Moderni dezodoransi su dizajnirani da minimiziraju izlaganje toplini korištenjem strukturiranog pakiranja (koje povećava efikasnost kontakta s parom-uljem) i kraće vrijeme zadržavanja na najvišoj temperaturi. Nakon dezodoracije, ulje se brzo hladi pod vakuumom, a mala količina limunske kiseline (50-200 ppm) se često dodaje kao helat za vezivanje metala u tragovima i poboljšanje oksidativne stabilnosti.
Opcioni korak: Deparatizacija (zimovanje)
Neka ulja - suncokretovo ulje, kukuruzno ulje, ulje pirinčanih mekinja i neka ulja sjemenki grožđa i pamuka - sadrže estre voska koji su čvrsti na sobnoj temperaturi. Ako se ostave u ulju, ovi voskovi uzrokuju zamućenje kada se ulje ohladi (na primjer, u frižideru) i mogu se taložiti kao talog na dnu boce. Za ulja koja se prodaju kao bistri proizvodi -stonog kvaliteta, potreban je korak deparavanja.
Odstranjivanje voska (koji se naziva i zimovanje) je jednostavan proces kristalizacije i filtracije. Izbijeljeno ili potpuno rafinirano ulje se polako hladi na 5-15 stepeni (u zavisnosti od vrste ulja) i drži na toj temperaturi nekoliko sati, omogućavajući estrima voska da kristaliziraju u čvrste čestice. Ulje se zatim filtrira kroz filter prešu ili membranski filter, uklanjajući kristale voska i ostavljajući bistro ulje koje ostaje prozirno čak i na temperaturama hlađenja. Filtrirani vosak je manji nusproizvod, koji se ponekad koristi u industrijskoj primjeni ili stočnoj hrani.
Nusproizvodi i prinos
Rafiniranje nije samo uklanjanje nečistoća -, već stvara i vrijedne nusproizvode koji doprinose ekonomičnosti procesa. Od degumiranja, odvojene gume se mogu preraditi u lecitin, široko korišteni emulgator za hranu, ili prodati za stočnu hranu. Od hemijske rafinacije, sapun se može zakiseliti kako bi se dobile slobodne masne kiseline za upotrebu u sapunu, biodizelu ili stočnoj hrani. Od fizičke rafinacije, destilat masnih kiselina je prodajni proizvod koji se koristi u sličnim aplikacijama. Od izbjeljivanja, istrošena zemlja ima ograničenu vrijednost, ali se ponekad može obraditi kako bi se povratilo uneseno ulje.
Ukupni prinos rafinacije - postotak sirove nafte koja završava kao rafinirano jestivo ulje - obično se kreće od 92% do 97%, ovisno o kvalitetu sirove nafte (sadržaj FFA, nivo fosfora, opterećenje nečistoćama) i metodi rafiniranja. Sirova-kvalitetna nafta sa niskim FFA i dobrim degumiranjem može dati preko 97%; sirova-nafta lošeg kvaliteta sa visokim FFA i visokim nivoom nečistoća može dati samo 90%. Za rafineriju koja prerađuje hiljade tona mjesečno, čak i razlika od 1% u prinosu znači značajan prihod, zbog čega se optimizacija i kontrola procesa uzimaju vrlo ozbiljno.
zaključak
Rafiniranje jestivog ulja pretvara sirovo, tamno ulje snažnog okusa u bistar, neutralan, stabilan proizvod koji potrošači očekuju, kroz niz pažljivo kontroliranih fizičkih i kemijskih procesa. Degumiranje uklanja fosfolipide pomoću vode, kiseline ili enzima. Dekiseljavanjem se uklanjaju slobodne masne kiseline bilo hemijskom reakcijom sa kaustičnom sodom (hemijska rafinacija, proizvodnja sapuna) ili visoko{2}}destilacijom vodene pare u vakuumu (fizička rafinacija, proizvodnja destilata masnih kiselina). Izbjeljivanje koristi aktivnu glinu i ugljen za adsorbiranje pigmenata i zaostalih nečistoća. Dezodoracija koristi paru visoke-temperature pod dubokim vakuumom kako bi se uklonila hlapljiva jedinjenja arome i mirisa, proizvodeći konačno ulje neutralnog{6}}ukusa. Opciona deparatizacija uklanja estere voska za ulja koja moraju ostati bistra na niskim temperaturama.
Trend u industriji je prema fizičkoj rafinaciji - manje hemikalija, manje otpada, veći prinos i kombinovana dekiselja-dezodorizacija u jednom koraku -, ali hemijska rafinacija i dalje ima svoje mjesto za određena ulja i visoko-FFA sirove. Ono što se ne mijenja je osnovni princip: uklonite nečistoće koje čine ulje nestabilnim, bez{5}}aromatiziranim ili nesigurnim, uz očuvanje neutralnih triglicerida koji ulje čine vrijednim sastojkom hrane.
