Ayçiçek yağının farklı ağartma toprakları ile ultrases destekli ağartma işlem koşullarının optimizasyonu
Optimization of ultrasound-assisted bleaching process conditions of sunflower oil with different bleaching earth
Yazar: SEDEF AYDIN
Danışman: PROF. GÜLCAN ÖZKAN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ HALİME PEHLİVANOĞLU
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Yağ ağartma = Oil bleaching

Özet:
Bitkisel yağ sektörünün en önemli bitkilerinden biri olan ayçiçeği, dünyada ve ülkemizde önemli bir pazar payına sahiptir. Ekstraksiyonla elde edilen ham ayçiçek yağı safsızlık içeriğinden dolayı tüketiciler tarafından doğrudan kullanılamamaktadır. Bu nedenle, ham yağların mümkün olan en az biyo-aktif bileşen ve yağ kaybıyla safsızlıkların giderilmesi için rafinasyon işlemine tabi tutulması gerekmektedir. Rafinasyonun en önemli aşamalarından biri olan renk açma (ağartma) işlemi, sabun kalıntılarının, fosfatitlerin, pigmentlerin, iz miktardaki metallerin adsorbanlar ile yağdan uzaklaştırılmasıdır. Son yıllarda geleneksel ağartma yönteminin sıcaklık ve süre gibi proses parametrelerinin optimizasyonu ile sürecin iyileştirilmesine yönelik yenilikçi yöntemler uygulanmaktadır. Bu yenilikçi yöntemlerden biri olan ultrases teknolojisi ile ağartma süresi kısalırken, proseste minimum yağ kaybı sağlanabilmektedir.

Bu kapsamda mevcut tez çalışmasında, ayçiçek yağının ağartılmasında farklı fizikokimyasal özellikte iki farklı ağartma toprağı kullanılarak (Madur CP 312 ve Tonsil 210 FF) ultrasonik ve konvansiyonel ağartma işlemi gerçekleştirilmiş ve farklı ağartma topraklarının ve ultrasonik yöntemin etkinliğinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Konvensiyonel ağartmaya alternatif olarak uygulanan ultrasonik ağartma yönteminde ön denemeler ile sıcaklık (50°C ve 90°C), işlem süresi (5-20 dk), ağartma toprağı miktarı (0.5-2.5 g/100 g yağ) proses koşulları olarak belirlenmiş ve Box-Behnken tasarımı kullanılarak deneme deseni oluşturulmuştur. Konvansiyonel ve ultrases destekli ağartma işlemi ile elde edilen yağ örneklerinin; serbest yağ asitliği (SYA), peroksit değeri (PD), p-anisidin ve TOTOX değerlerinin yanısıra kırmızılık ve sarılık renk değerleri, renk giderim oranı (RGO) ve yağ verimi (%) belirlenmiştir. Yanıt Yüzey Metodu (RSM) ile yapılan optimizasyon işlemi için yanıt değerler kırmızılık renk giderim oranı (KRGO), sarılık renk giderim oranı (SRGO), yağ verimi (%) ve RGO olarak belirlenmiş ve optimum ağartma toprağı miktarı (TM), ultrases gücü (UG), ağartma süresi (US), sıcaklık (T) değerleri tespit edilmiştir. 

Ultrasonik ve konvansiyonel ağartma yöntemleri karşılaştırıldığında hem Madur CP 312 hem de Tonsil 210 FF ile ağartılan örneklerde KRGO, SRGO, RGO ile yağ verimi ultrases destekli ağartma uygulamalarında daha yüksek bulunmuştur (p≤0.05). KRGO değerleri; ultrases destekli ağartma uygulanan yağlarda Madur CP 312 ile Tonsil OPT 210 FF için sırasıyla %60 ve ise %77.14 için bulunurken, kontrol grubunda %31.43 ve %62.86 olarak saptanmıştır. Madur CP 312 için optimum işlem koşulları; 2.4 g toprak, 60P ultrases genliği, 5.5 dk süre ile 50°C sıcaklık ve Tonsil OPT 210 FF için ise 1.95 g toprak, 60P ultrases genliği, 13.35 dk süre ile 50°C sıcaklık olarak belirlenmiştir. Ultrases destekli ağartmada Tonsil OPT 210 FF kullanılan örneklerde süre bakımından %55.5, Madur CP 312 ağartma toprağı için ise %81.67 oranında avantaj sağlanmıştır. Ağartma sıcaklığı bakımından ise, 90°C'de gerçekleştirilen konvansiyonel ağartma sıcaklığı, ultrases uygulaması ile 50°C'ye düşürülerek, sıcaklıkta %44.4 oranında kazanım elde edilmiştir. 

Tez sonuçlarına göre ultrases destekli ağartma işleminin konvansiyonel yönteme kıyasla, ayçiçek yağının rengini iyileştirdiği, işlem süresi ve sıcaklığını düşürerek enerji tüketimini azaltabileceği tespit edilmiştir. Ayçiçek yağının ağartılmasında çevre dostu ultrases teknolojisi kullanımı, endüstride uygulanan ağartma prosesinin iyileştirilmesine önemli oranda katkı sağlayacaktır.

Anahtar Kelimeler: Ayçiçek yağı, ağartma, ultrases, konvansiyonel, Box-Behnken, Yanıt Yüzey Metodu.

Abstract:
Sunflower, one of the most important crops in the vegetable oil industry, holds a significant market share both globally and in our country. The crude sunflower oil obtained by extraction cannot be directly consumed due to its impurity content. Therefore, crude oils must undergo refining to remove impurities with minimal loss of bioactive components and oil. One of the most crucial stages in refining, the bleaching process, involves the removal of soap residues, phosphatides, pigments, and trace amounts of metals from the oil using adsorbents. In recent years, innovative methods have been introduced to enhance the bleaching process by optimizing parameters such as temperature and time in the conventional method. One of these methods, ultrasound technology, shortens the bleaching time and minimizes oil loss during the process.

In this context, in the current thesis study, ultrasonic and conventional bleaching processes were performed using two different bleaching clays with distinct physicochemical properties (Madur CP 312 and Tonsil 210 FF) for the bleaching of sunflower oil. The study aimed to evaluate the effectiveness of different bleaching clays and the ultrasonic method. In the ultrasonic bleaching method, applied as an alternative to conventional bleaching, process conditions such as temperature (50°C and 90°C), process time (5-20 minutes), and bleaching clay amount (0.5-2.5 g/100 g oil) were determined through preliminary trials, and an experimental design was created using the Box-Behnken design. Free fatty acidity (FFA), peroxide value (PV), p-Anisidine and TOTOX values, along with the redness and yellowness color values, color removal rate (RGO), and oil yield (%) of the oil samples obtained from the ultrasound-assisted bleaching process were measured. For the optimization process conducted using the Response Surface Method (RSM), the response variables were defined as the redness color removal ratio (KRGO), yellowness color removal ratio (SRGO), oil yield (%), and total color removal ratio (RGO). The optimum values for bleaching clay amount (TM), ultrasound power (UG), bleaching time (US), and temperature (T) were determined.

When ultrasonic and conventional bleaching methods were compared, the oil yields and KRGO, SRGO, and RGO values were significantly higher in ultrasound-assisted bleaching applications for samples bleached with both Madur CP 312 and Tonsil 210 FF (p≤0.05). KRGO values were 60% and 77.14% for Madur CP 312 and Tonsil OPT 210 FF oils bleached with ultrasound, respectively, whereas in the control group, they were 31.43% and 62.86%. The optimum process conditions for Madur CP 312 were determined as 2.4 g of bleaching clay, 60% ultrasound amplitude, 50°C temperature for 5.5 minutes. For Tonsil OPT 210 FF, the optimum conditions were 1.95 g of bleaching clay, 60% ultrasound amplitude, 50°C temperature for 13.35 minutes. In ultrasound-assisted bleaching, a 55.5% reduction in processing time was achieved for samples using Tonsil OPT 210 FF, and an 81.67% reduction was achieved for Madur CP 312 bleaching clay. Regarding bleaching temperature, the conventional temperature of 90°C was reduced to 50°C with ultrasound application, resulting in a 44.4% decrease in temperature.

According to the thesis results, the ultrasound-assisted bleaching process improves the color of sunflower oil compared to the conventional method and reduces energy consumption by decreasing both process time and temperature. The application of environmentally friendly ultrasound technology in the bleaching of sunflower oil is expected to significantly enhance the industrial bleaching process.

Keywords: Sunflower oil, bleaching, ultrasound, conventional, Box-Behnken, Response Surface Method.