Zeytinyağı ve pirina yağında 3-MCPD oluşumu üzerine su buharı distilasyon koşullarının etkisi
Effects of process parameters on 3‑MCPD and glycidyl ester formation during steam distillation of olive oil and olive pomace oil
Yazar: ONUR ÖZDİKİCİERLER
Danışman: PROF. DR. AYTAÇ GÜMÜŞKESEN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Pirina yağı = Olive pomace oil ; Zeytinyağı = Olive oil

Özet:
Bitkisel yağlara uygulanan rafinasyon işlemi, ham yağlarda bulunan istenmeyen maddelerin uzaklaştırılması veya miktarlarının kabul edilebilir düzeylere indirilmesini amaçlamaktadır. Rafinasyon işlemi; kimyasal ve fiziksel olarak iki farklı yöntem ile uygulanmaktadır. Kimyasal rafinasyon; yapışkan maddelerin giderilmesi, alkali çözeltileri kullanılarak asitlik giderme, renk açma ve deodorizasyon kademelerinden oluşmaktadır. Fiziksel rafinasyonda ise yapışkan maddelerin giderilmesinden sonra renk açma işlemi gerçekleştirilmekte, son kademede su buharı distilasyonu yöntemi ile asitlik giderme ve deodorizasyon işlemleri aynı işlem kademesinde yapılmaktadır. Fiziksel rafinasyonun son aşaması olan su buharı distilasyonu sırasında uygulanan yüksek sıcaklık nedeniyle yağların yapısında istenmeyen reaksiyonlar meydana gelebilmekte, 3-monokloropropan 1, 2-diol (3-MCPD) esterleri ve glisidil esterleri gibi proses bulaşanı olarak tanımlanan toksik bileşenler oluşabilmektedir.
Bu çalışmada; zeytinyağı ve pirina yağına uygulanan su buharı distilasyonu işlem parametrelerinin (sıcaklık, basınç ve su miktarı), 3-MCPD esterleri ve glisidil esterleri oluşumu üzerindeki etkisinin belirlenmesi ve işlem parametrelerinin en düşük 3-MCPD esterleri ve glisidil esterleri oluşumuna neden olacak şekilde optimize edilmesi amaçlanmıştır. Bir rafinasyon tesisinden rengi açılmış zeytinyağı ve ön asitlik giderme işlemi ve renk açma işlemi uygulanmış pirina yağı temin edilmiş, bu yağların bazı kimyasal özellikleri ile 3-MCPD esterleri ve glisidil esterleri içerikleri belirlenmiştir. Zeytinyağında 3-MCPD esterleri tespit edilmemiş, pirina yağında ise 4,1mg/kg 3-MCPD esterleri ve 0,3mg/kg glisidil esterleri saptanmıştır.
Su buharı distilasyonu işlemi; işlem sıcaklığının, basıncının ve sürükleyici buhar olarak kullanılacak suyun debisinin ayarlanabildiği laboratuvar ölçekli bir düzenekte, Box-Behnken deneme dizaynına göre belirlenen koşullarda gerçekleştirilmiş, cevap olarak yağ örneklerinin 3-MCPD esterleri ve glisidil esterleri miktarları belirlenmiştir.
Su buharı distilasyon koşullarının 3-MCPD esterleri ve glisidil esterleri oluşumuna etkisi, Design Expert programı kullanılarak değerlendirilmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında işlem parametreleri, Cevap Yüzey Metodu kullanılarak en düşük 3-MCPD esterleri ve glisidil esterleri oluşturacak şekilde optimize edilmiştir.
Su buharı distilasyonunda sıcaklığın, zeytinyağında 3-MCPD esterleri ve glisidil esterleri oluşumunu, pirina yağında ise 3-MCPD esterleri oluşumunu istatistiksel olarak önemli düzeyde etkilediği belirlenmiştir (P<0,05). Su buharı distilasyonunda uygulanan basıncın ve su miktarının ise 3-MCPD esterleri ve glisidil esterleri oluşumunda istatistiksel olarak önemli bir etkisi olmadığı saptanmıştır (P>0,05).
Su buharı distilasyonunda en düşük düzeyde 3-MCPD esterleri ve glisidil esterleri oluşumunun sağlandığı optimum işlem koşulları; zeytinyağı için; 230°C sıcaklık, 4mbar basınç ve 1,2ml su/dak sürükleyici buhar üretimi için gerekli olan su miktarı olarak belirlenmiştir. Pirina yağı için optimum işlem koşulları; 230°C sıcaklık, 2mbar basınç ve 1 ml su/dak sürükleyici buhar üretimi için gerekli olan su miktarı olarak saptanmıştır.

Abstract:
The objective of refining, which is applied to vegetable oils, is to remove or reduce undesired substances and impurities in crude oils. Oil refining is applied by chemical or physical means. Chemical refining consists of degumming, alkali neutralization, bleaching and deodorization operations. In physical refining, degummed and bleached oils are subjected to steam distillation; where neutralization and deodorization steps are carried out in same operation as a last step. Elevated temperature might yield in undesired side reactions and formation of process contaminants such as 3-monochloropropane 1,2 diol (3-MCPD) and glycidyl esters, which are known as toxic contaminants during steam distillation process.
The aim of this study is to determine the effects of process parameters (temperature, pressure and water flow rate) on formation of bound 3-MCPD and glycidyl esters during steam distillation of olive oil and olive pomace oil. Besides; optimization of these process parameters to minimize the bound 3-MCPD and glycidyl ester formation stands to be as another goal of this study. For this purpose; bleached olive oil and deacidified/bleached olive pomace oil were obtained from a local refining plant. Bleached oils are analyzed to determine basic chemical characteristics and bound 3-MCPD and glycidyl esters contents. Results showed that bound 3-MCPD and glycidyl esters were not detected in olive oil; whereas bleached pomace oil contained 4,1mg/kg bound 3-MCPD and 0,3mg/kg glycidyl esters; initially.
Steam distillation operations were carried out in a laboratory scale steam distillation equipment in which process temperature, pressure and water flow rate of stripping steam were adjustable. Experiment sets were designed by using Box-Behnken methodology. Bound 3-MCPD and glycidyl esters contents were chosen as responses of experimental design.
The effect of steam distillation process parameters on bound 3-MCPD and glycidyl esters formation were determined by using Design-Expert software. Process parameters were optimized using Response Surface Methodology to minimize the bound 3-MCPD and glycidyl esters formation.
It was concluded  that, temperature was significantly effective on bound 3-MCPD and glycidyl esters formation in olive oil and bound 3-MCPD formation in olive pomace oil during steam distillation (P<0,05). Pressure and water flow rate were found to be ineffective (P>0,05) on formation of bound 3-MCPD and glycidyl esters for steam distillation of both oils.
Optimum steam distillation parameters were determined as 230ºC temperature, 4 mbar pressure and 1,2ml/min water flow rate to achieve minimum bound 3-MCPD and glycidyl esters formation for olive oil. Optimum steam distillation parameters for olive pomace oil were predicted as 230ºC temperature, 2 mbar pressure and 1 ml/min water flow rate.