Yağlarda membran teknolojisiyle degumming ve asitlik giderme işlemlerinin optimizasyonu
Optimization of membrane degumming and deacidificatıon of vegetable oils
Yazar: İSMAİL EREN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. FAHRİ YEMİŞÇİOĞLU
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Pirina yağı = Olive pomace oil ; Soya yağı = Soybean oil ; Zeytinyağı = Olive oil

Özet:
Bitkisel ham yağlar; tüketilebilir özellikler kazandırılmak üzere içerdikleri safsızlıkların giderilmesi amacıyla rafinasyon adı verilen bir dizi arıtma işleminden geçirilmektedir. Kimyasal veya fiziksel rafinasyon olarak sınıflandırılan bu işlemlerde; ham yağların fosfolipit içeriği azaltılmakta, serbest yağ asitleri, yağdaki istenmeyen renk maddeleri, oksidatif tepkimeler sonucu oluşan ve yağda istenmeyen tat ve koku oluşumuna neden olan bileşenler yağdan uzaklaştırılmaktadır.Rafinasyon kademelerinin uygulanan yüksek sıcaklık nedeniyle oluşturduğu işletme giderleri, yağın yüksek sıcaklıklarda kimyasal maddelerle temas ederek gerekli işlemlerin gerçekleştirilebilmesi, açığa çıkan atık miktarının fazlalığı gibi sorunları beraberinde getirmesi nedeniyle; alternatif üretim tekniklerinin özellikle son yıllarda araştırılmakta olduğu görülmektedir. Yukarıda ifade edilen alternatif üretim tekniklerinden biri de yağlardaki safsızlıkların giderilmesinde membranların kullanımıdır.Bu çalışmada ters ozmoz/ultrafiltrasyon sistemi kullanılarak polivinildenflorid (PVDF) membranlarla ham soya yağının yapışkan maddelerinin giderilmesi işlemi gerçekleştirilmiştir. Yapışkan maddelerin giderilmesi işleminde etkili olan sıcaklık, basınç, besleme debisi, çözgen konsantrasyonu ve hacim-konsantrasyon oranının permeat akısı ve fosfolipitlerin reddedilme yüzdesi üzerindeki etkileri istatiksel olarak belirlenmiştir. Bu amaçla Plackett-Burman deneme deseni oluşturulmuş ve belirtilen parametrelerin reddedilme yüzdesi, permeat akısı, birikinti katsayısı gibi proses performans kriterleri üzerindeki etkileri belirlenmiştir. Yapışkan maddeleri giderilmiş yağdaki fosfor miktarı, renk, serbest asitlik, peroksit değeri gibi kalite kriterlerindeki değişimler saptanmıştır.Bununla birlikte, yüksek asitli zeytinyağı ve prina yağının membran deasidifikasyon işlemi polyamid (PI) nanofiltrasyon membranları kullanılarak iki farklı yakaşımla gerçekleştirilmiştr. Yağ örneklerinin farklı çözgenler (metanol, etanol, aseton vb.) ile seyreltilerek doğrudan membran sistemine beslendiği uygulamalarda yağ akısı değerlerinin (0.05-0.1 L/m2 h) düşük seviyelerde gerçekleştiği bulgulanmıştır. Metanolün kullanıldığı sıvı-sıvı ekstraksiyon yönteminde işlem değişkenleri olarak seçilen çözgen/yağ oranı, sıcaklık ve başlangıç serbest yağ asidi içeriğine bağlı olarak asitlikteki azalmanın zeytinyağı ve prina yağı için sırasıyla %36-92 ve %59-87 aralığında değerler aldığı belirlenmiştir. Yüksek asitli zeytinyağı sıvı-sıvı ekstraksiyon yöntemi ile belirlenen optimum işlem koşullarında asitlik giderme işlemine tâbi tutulmuş ve elde edilen ekstrak fazın yapısındaki metanolün uzaklaştırılması nanofiltrayon membranları kullanılarak 15 L/dk sabit besleme debidesinde farklı sıcaklıklarda (40°C, 50°C ve 60°C) ve basınçta (20, 25, 30 ve 35 bar) gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
A series of processes known as ?Refining? are applied on crude vegetable oils to improve the shelf-life and organoleptic properties. Chemical and physical refining are the commonly used approaches for eliminating the impurities such as phospholipids, free fatty acids, coloring bodies and odoriferous materials resulted from oxidation reactions. During these operations, oil is inevitably exposed to chemical treatments and elavated temperatures causing environmentally pollutant streams and undesirable structural changes in oil.For the past few decades, these drawbacks of the conventional refining processes has led researchers to look for new alternative techniques; one of which is the membrane separation technology. In this study, membrane degumming of crude soybean oil is investigated by using polyvinyldenflouride (PVDF) membranes. The effects of temperature, pressure, feed velocity, hexane-to-oil ratio and volume concentration ratio on permeate flow rate and phospholipid rejection is evaluated statistically. At first stage of the degumming studies, a two-level fractional factorial design (Pluckett-Burman) was used to obtain the required data to determine the effects of the mentioned parameters on phosphorus content, color, acidity and peroxide value of the soybean oil. Then, a Box-Behnken design is utilized to obtain the required data to develope the second order polynomial regression models describing the permeat flow rate as a funtion of temperatue, feed flow rate and trans-membrane pressure.In addition, membrane deacidification of olive oil and pomace oil which have high acidty levels were performed by two approaches: direct membrane deacidification and liquid-liquid extraction combined with membrane desolventization. In direct membrane deacidification, oil samples diluteted with different organic solvents such as ethanol, acetone and methanol were fed to membran filtration unit. Oil permeation rates (0.05-0.1 L/m2 h) obtained by using Polyamide(PA) nanofiltration membranes were found to be non-satisfactory for adapting the process to industrial scale. Liquid-liquid extraction of high acidity olive oil and pomace oil with methanol was optimized by using response surface methodology as solvent/oil ratio, temperature and initial free fatty acid content chosen to be the process parameters. Acidity reduction values were found to be in the range of 36-92% and 59-87% for olive oil and pomace oil, respectively. Membrane desolventization of methanol and free fatty acid enrcihed extract phase, which was obtained at optimum liquid-liquid extraction conditions, were fed to membrane filtration unit at different temperatures (40°C, 50°C and 60°C) and trans-membrane pressures (20, 25, 30 and 35 bar). This combined approach is considered to be a future promosing method which provides an efficeint deacidification with low oil losses.