Ünite 10: Bitkisel Yağ Üretim Teknolojisi

Ham Yağın Elde Edilmesi

Ön İşlemler

Yağlı tohumlardan yağ elde edilmesine başlamadan önce tohumlar bazı ön işlemlerden geçirilir. Genel olarak tohumların temizlenmesi, tohumun yapısal farklılığından dolayı uygulanması gereken bir kısım işlemler ve uygulanacak yağ alma yönteminin gerektirdiği hazırlıklar ön işlemleri teşkil eder. Ön işlemleri; temizleme, pamuk tohumu için linterleme, tohumun nemlendirilmesi, kabuk kırma ve ayırma, pulcuk haline getirme ve kavurma olarak sayabiliriz. Yağlı tohumlardaki yabancı maddeler, irilik, şekil, yoğunluk ve mıknatıslık özelliklerinden yararlanarak çalışan sistemler kullanılarak uzaklaştırılmaktadır. Elekler, triyörler, pnömatik ayırıcılar, mıknatıs sistemi, linterleme makinaları, fırçalama makinaları yağlı tohumların temizlenmesinde kullanılan başlıca sistemlerdir.

Yağlı Tohumların Nemlendirilmesi

Yağlı tohumlarda kabuk kırma ve ayırma, pulcuklandırma, kavurma gibi işlemlerin daha kolay uygulanabilmesi için tohumun nem oranının %16-18 olması gerekmektedir. Bu nedenle yağlı tohumların istenen nem derecesine getirilebilmeleri için nemlendirilmeleri gerekmektedir.

Kabuk Kırma ve Ayırma

Kabuk %1 yağ içermesi, protein içeriğinin ise çok düşük olması nedeniyle tohumdan uzaklaştırılması gerekmektedir. Yabancı maddelerden ayrılıp temizlenen tohumlar özel kırıcılarda santrifüj çarpma yöntemiyle kırılırlar. Kırma işlemi cidar ile tamburun mesafesi ayarlanarak yapılır. Çarpma sonucu tohumların bir kısmı bütün, bir kısmı parçalanmış halde kabuklarından ayrılır. Kabuk soyma makinaları her yağlı tohumun özelliğine göre düzenlenmiştir.

Tohum İçinin (Bademin) Ezilmesi

Pulcuklandırma işlemiyle yağı hapseden hücre ve dokular, parçalanarak yağın kendiliğinden dışarı akışı sağlanır. Pulcuklandırma işlemiyle hem hücre içindeki yağın dışarıya sızma alanı genişletilmiş, hem de yağ çıkışına karşı tohum yapısının gösterdiği direnç azaltılmış olmaktadır.

Tohumların Kavrulması

Yağlı tohumların yağ verimlerini artırmak ve küspenin daha iyi değerlendirilmesini sağlamak için kavrulması gerekir. Sıcaklık uygulanarak yağın viskozitesi azaltılıp, akıcılığı artırılır. Hücre proteinleri koagüle edilerek, hücre zarlarına gevreklik verilerek yağın hücreden kolayca çıkması sağlanır. Tohum sıcaklığı 80-90°C’ye çıkartılarak kavurma işlemine geçilir. 20-30 dakika kavrulur.

Tohumlardan Yağın Alınması

Mekanik Presleme Yöntemi ; Katı-sıvı faz ayırım yöntemi olarak tanımlanabilir. Genellikle yağ oranı %20’den daha düşük olan yağlı tohumların ham yağa işlenmesinde mekanik presleme yöntemi kullanılabilmektedir. Solvent Ekstraksiyonu Yöntemiyle; yağın içinde çözündüğü bir organik çözgenle yağlı tohumu muamele edip yağın tohuma geçmesi sağlanır. Sonra solvent süzülerek ayrılıp, uçurulur ve geriye ham yağ kalır. Bu yöntemle yağ elde etme özelikle yağ miktarı düşük olan soya ve çiğit gibi yağlı tohumlarda kullanılmaktadır.

Rafinasyon Aşamaları

Rafinasyon işlemini kısaca berrak ve normal tatta yağ elde etmek için ham yağda bulunan ve istenmeyen tüm maddelerin yağdan uzaklaştırılması olarak tanımlayabiliriz. Ham yağlar ne kadar özenli ve temiz elde edilirse edilsin mutlaka rafine edilmelidir. Rafine edilmeden tüketilen tek bitkisel yağ, iyi kalite zeytinlerden elde edilen zeytinyağıdır. Musilaj giderme, asit giderme, ağartma, koku giderme ve vinterizasyon rafinasyon işleminin aşamalarıdır.

Musilaj Giderme

Türkiye’de yetiştirilen ayçiçeği, soya, keten vb. gibi yağlı tohumlar fosfatidlerce zengindir. Bunlarda müsilaj giderilmezse rafinasyonda kayıplar olur. Müsilaj gidermede hidroklorik asit, fosforik asit kullanılır. Türkiye’de bu gün daha çok, sodyum klorür veya pirofosfatın %40-65’lik çözeltisi kullanılır. Musilaj maddeleri lesitin eldesinde kullanılır. Bu işlemde kontinü veya diskontinü yöntem uygulanabilir.

Asit Giderme (Nötralizasyon)

Yağ sanayiinde asitlik giderme işlemi yaygın olarak serbest asitlerin bazlarla nötralizasyonu şeklinde uygulanmaktadır. Yağda serbest halde bulunan ya¤ asitleri Na-OH ile muamele edilince yağda erimeyen sabun meydana gelerek çöker. Asit karakterde olan diğer bazı maddelerle sabun tarafından absorbe edilen diğer birçok maddeler de çöker. Bu işlem için kontinü veya diskontinü yöntemler kullanılabilir. Ayrıca, yüksek derecede vakumda damıtılarak serbest ya¤ asitlerinin yağdan ayrılması işlemi de uygulanmaktadır. Buna fiziksel nötralizasyon denir. Diskontinü sistemde genellikle 10-12 tonluk nötralize kazanları kullanılır. Yemeklik, kızartmalık, margarin yapılacak yağlarda asitlik giderilmezse serbest yağ asitleri duman çıkararak yanar. Nötralizasyon kuru ve yaş olarak yapılır.

Ağartma (Renk Giderme)

Yağ sanayiinde ağartma işleminin amacı, ham yağın doğal olarak içerdiği ve tohumun yağa işlenmesi sırasında oluşan renk maddelerinin uzaklaştırılmasıdır. Bu iş için Tonsil, Bentonit gibi çeşitli adlar altında satılan ve sanayide “ağartma toprağı” genel adı ile bilinen adsorbant maddeler kullanılır. Son zamanlarda bu amaçla, sülfirik veya hidroklorik asitle muamele edilip, aktif hale getirilen diğer topraklar da kullanılmaktadır. Ayrıca aktif kömür de kullanılır. Aktif kömür, özellikle kırmızı, mavi ve yeşil renklerin adsorbsiyonunda kullanılır. Pahalı olması ve fazla yağ emmesi nedeniyle yalnız başına kullanılmaz. Kullanılacak ağartma toprağının miktarı yağın rengine toprağın aktivitesine bağlı olarak değişir. Ağartma işlemi kontinü olarak yapılabildiği gibi ülkemizde de kullanılan diskontinü sistemle de yapılabilmektedir.

Koku Giderme (Deodorizasyon)

Koku alma işleminin amacı istenmeyen koku ve tat maddelerinin yağdan uzaklaştırılmasıdır. Koku alma işlemini kısaca yağın tat ve kokusunu bozan bazı uçucu maddeleri, su buharı ile yağdan ayırmak şeklinde tanımlayabiliriz. Koku alma için; kurutma ve gazları uçurma, ısıtma, koku alma, soğutma, boşaltma işlemleri uygulanır. Yağlarda koku alma işlemi kontinü ve diskontinü olarak yapılır. Ülkemizde daha çok diskontinü yöntem uygulanmaktadır.

Vinterizasyon

Yemeklik yağlara uygulanan bir işlemdir. Yağlarda bulunan doymuş trigliseritlerin; özellikle de stearinlerin, 8-10°C’de donarak yağı bulandırmalarını önlemek amacıyla yapılır. Bu işlem genellikle ayçiçeği, çiğit ve mısırözü gibi yağlarda yapılır. Vinterizasyonun başarılı olabilmesi için yağ mutlaka diğer rafinasyon aşamalarından geçmiş olmalıdır. Aksi halde ortamdaki serbest asitlik, yapışkan maddeler ve renk maddeleri kristalizasyonu güçleştirir.

Margarin

Margarin teknolojik olarak, homojen bir karışım oluşturmayan su ve/veya süt fazı ile yağ fazının meydana getirdiği emülsiyondur. Margarinde su fazı sürekli olan yağ fazı içerisinde dağılmış halde bulunur. Margarinde esas olarak iki faz mevcuttur. Yağ fazı, çeşitli sıvı ve katı yağların karışımı olup, margarinin tüketildiği sıcaklıkta margarin için uygun katılığı sağlayabilecek katı yağ oranına sahip olmalıdır. Ayrıca yağ fazı, yağda çözünen vitaminler, esanslar, renk maddeleri ve emülsifiye edici maddeleri ihtiva eder. Su fazı ise fermente edilmiş süt, tuz, koruyucu maddeler ve antioksidanları bünyesinde bulundurur. Margarinler için en önemli kalite faktörleri, kristal yapı, kıvamlılık ve plastiklik gibi fiziksel özelliklerdir. Margarin kelimesi, Yunanca “inci” anlamına gelen “margoron”dan gelmektedir. 1870 yılında “Hippollyte Mage-Mouries” tarafından margarin formülü bulunmuştur. Mouries formülünde hammadde olarak hayvansal yağlardan elde edilen “Oleo margarin” kullanılmış ve oleo margarin emülsiyonu yapılmıştır. Margarinler elde edildiği hammaddeye göre iki sınıfa ayrılır. Bitkisel kökenli bitkisel margarinler. Hayvansal ve bitkisel kökenli hayvansal margarinler.

Sıvı Yağların Sertleştirilmesi (Hidrojenasyon)

Hidrojenasyon, sıvı yağlardaki doymamış yağ asitlerinin çift bağlarını hidrojenle doyurma işlemidir. Hidrojenasyon işlemi sıvı yağların margarin veya çeşitli shorteninglere işlenmesi durumunda yapılmaktadır. Organik maddelerin katalitik hidrojenasyonu ilk olarak Debus tarafından 1863 yılında gerçekleştirildi. Yağ asitlerinin sıvı fazda hidrojenasyonu ilk defa 1902 yılında Almanya’da Wilhelm Normann tarafından patentlendi. Türkiye’de ise hidrojenasyon ve margarin 1950’den sonra geniş ölçüde tanışmış ve üretiminde önemli mesafeler alınmıştır. Hidrojenasyona tabi tutulacak sıvı yağlar iyi bir şekilde rafine edilmiş olmalıdır. Ayrıca hidrojenasyondan sonra yağlarda ağartma işlemi de yapılmaktadır.

Yağ Hidrojenasyonunun Esasları

Bitkisel yağlar iki amaçla hidrojenasyona tabi tutulur. Bunlardan birincisi çift bağların sayısını azaltmak, böylece oksidasyona duyarlılığı azaltmak ve tat stabilitesini artırmaktır. İkinci amaç ise fiziksel özelliklerini değiştirerek, ürünün kullanım alanlarını artırmaktır. Böylece hidrojenasyonla bitkisel yağlardan margarin, flortening, kaplama yağı, kızartma yağı gibi değişik amaçlı yağların üretilmesi sağlanır. Hidrojen işlemi ile çift bağların bir kısmı yok edilir. Diğer önemli bir kısmı da bu işlem sırasında cis, trans ve yer (pozisyon) izomerizasyonuna uğrar. Yağ asitlerinin bu kimyasal değişikliklere bağlı olarak yağda iki önemli kalite değişikliği ortaya çıkar. Birincisi yağın erime aralığı yüksek derecelere kayar, ikincisi yağ dayanıklılığı (oksidasyon stabilitesi) artar. Hidrojenleme ekzotermik bir reaksiyondur. Hidrojenlemede çift bağlar doyurulduğundan hidrojenlenen yağın iyot sayısı azalır.

Hidrojenasyonda Kullanılan Katalistler ve Katalist Zehirlenmenin Hidrojenasyon Üzerine Etkisi

Hidrojenasyonda katalist kritik bir elementtir. Bazı özel ürünler hariç çoğunlukla katalist olarak Ni kullanılmaktadır. Hidrojenasyonda kullanılacak katalist aktif, uzun ömürlü, seçici ve filtrasyonla kolayca uzaklaştırılabilen izomer formasyonunda ve partiden partiye tutarlı olmalı değişmemelidir. Katalist hazırlarken, nikel format bir yağla karıştırılır ve format parçalanıncaya kadar ısıtılır. Katalistin aktivitesi, bir parti yağı uygun bir zaman dilimi için hidrojene etmek için ne kadar katalist gerektiğini belirtir. Aktivite, belli özel şartlar altında hidrojene edilen yağın iyot sayısının birim zamandaki düşüşüyle belirlenir. Katalistin ömrü, katalistin ne kadar süre ile aktif ve kullanılabilir olacağını belirtir. Katalist ömrü, yağdaki sülfür bileşikleri, yağ asitleri ve fosfatitler gibi katalist aktivitesini yok eden bileşiklerle azaltılır. İyi bir katalist birkaç defa kullanılabilir. Katalist seçiminde dikkat edilecek bir faktör de katalistin izomerizasyon karakteristiğidir. Hidrojenasyon esnasında çift bağların birçoğu trans ve pozisyon izomerlerine dönüşür. Yağdaki trans asit miktarı yağın sertliğini etkiler. Sertleştirme işlemi, katalist ile yağın süspansiyon halinde bulunduğu karıştırmalı bir tank reaktörde yapılır. Bütün yağlarda katalist için zehir etkisi, yani katalist etkisini azaltan veya etkisini önleyen yabancı maddeler vardır.

Hidrojenasyon İşleminin Yapılışı

Kuru ve rafine yağ otoklava alınır. Bir kısım yağ da, ısıtmalı karıştırma kazanında katalist ile karıştırıldıktan sonra otoklava alınır. Çalışmanın her kademesinde otoklav içinde veya sistemde patlayıcı karışımların oluşmasını engelleyici tedbirler alınmalıdır. Otoklavda karışım karıştırılırken buhar ile ısıtılır ve 120°C’ye ulaşınca hidrojen verilir. İstenilen sertleşme derecesine erişilince karışım 100°C’nin altına soğutulur ve süzülür. Hidrojenasyon işlemi de Batch usulü veya sürekli sistemlerle yapılabilir.

Batch Usulü Hidrojenasyon ; Hammadde ve istenilen ürünlerin farklı olması sürekli sertleştirme uygulamasını sınırlandırmaktadır. Batch sisteminde sertleştirme işlemi 5-20 ton olabilen silindir şeklinde basınçlı kazanlarda yapılabilir. İçi sıvı yağ ile dolu olan kazanlarda yağ yüksekliği çap oranı 1,5 gibi bir değerde olmalıdır. Kazan üzerinde iki veya daha fazla karıştırıcı bulunan türbin tipi karıştırma ekseni tercih edilir. Doldurma sonucunda üst karıştırıcı yağa fazla batmaz. Böylece üst boşlukta kalan hidrojen gazı yağ içine emilir ve ince habbecikler halinde dağılır. Kazan içindeki borular yağın buharla ısıtılması ve su ile soğutulmasını sağlar. Sertleştirme işlemi Gaz dolaşım sistemi ve ölü uç (Dead-end) sistemi ile yapılır. Gaz dolaşım sisteminde kazanın üstüne gelen gaz bir gaz ayırıcısından ve bazen bir yıkayıcıdan geçerek bir dolaşım pompasıyla tekrar girişe gelir. Kullanılan hidrojen yerine sisteme taze hidrojen verilir. Ölü-uç sisteminde dolaşım yoktur. Ölü-uç sistemi mekanik olarak basittir.

Sürekli Hidrojenasyon ; Batch hidrojenasyonda kazan aynı zamanda ön ısıtıcı ve süzmeden önce bekleme tankı olarak iş görür. Dolayısıyla kazanın gerçek kullanım oranı düşüktür. Sürekli sitemde ön ısıtma ve son soğutma sürekli ısı değişimi ile yapılır. Bu da ısı ekonomisi ve cihazların daha iyi kullanılmasını sağlar. Ancak katalistin çökmesi ile sistemin tıkanma ihtimali vardır. En önemli avantajı sabit besleme durumunda ürünün özelliklerinin batch sistemine göre sabit olmasıdır.