1- استخراج روغن
1-1- مقدمه:
دانه های روغنی پس از برداشت و حمل به کارخانه روغنکشی در انبارهای مناسب نگهداری و قبل از روغن کشی طی مراحلی به شرایط مناسب برای روغن کشی می رسند. گرچه فرآوری دانه های روغنی و استخراج روغن در کارخانجات مختلف و برای دانه های روغنی مختلف متفاوت است ولی در کل هدف از ذخیره کردن و آماده سازی دانه های روغنی قبل از روغن کشی و استخراج روغن ایجاد شرایطی است که بازده روغن در حداکثر مقدار بوده و روغن خام و کنجاله حاصل دارای کیفیتی خوب باشد.
1-2- استخراج روغن با حلال:
گرچه استخراج با حلال یک روش کامل برای استخراج روغن است ولی این روش برای موادی که روغن موجود در آنها کم است مناسب تر می باشد.
از بین دانه های روغنی سویا آسان تر از همه توسط حلال روغن کشی می شود. پرک های تخم پنبه در مقایسه با پرک های سویا آسان تر خرد شده و استخراج مستقیم با حلال به دلیل وجود ذرات ریز مشکل است.
بادام زمینی، بزرک و بسیاری از دانه های روغنی که روغن زیادی دارند در هنگام استخراج مستقیم روغن با حلال به طور نامطلوبی خرد می شوند و باید ابتدا قسمتی از روغن موجود در این دانه ها را توسط پرس کردن مقدماتی در اسکروپرس ها خارج و سپس باقیمانده روغن را توسط استخراج با حلال خارج کرد.
احتمالا بیشترین تغییر در صنعت فرآوری دانه های روغنی در بیست سال اخیر مربوط به استفاده از دستگاه های اکسترودر بوده است. این دستگاه ها در حال حاضر به دلیل کاهش مصرف انرژی و افزایش بازده به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته اند. توسط این دستگاه ها می توان دانه های روغنی پرک شده دارای روغن متوسط یا دانه های روغنی دارای روغن زیاد که قبلا به طور مقدماتی در پرس ها تا حدی روغن کشی شده اند را تبدیل به ذراتی با تخلخل داخلی بیشتر، بزرگتر و قوی تر از پرک ها کرد که برای روغن کشی با حلال بسیار مناسب است.
1-2-1- نحوه عمل دستگاه های استخراج روغن با حلال:
پس از آماده کردن دانه های روغنی و خرد کردن آن ها به صورت پرک های نازک، به قسمت روغن کشی با حلال انتقال می یابند. این قسمت به دلیل قابلیت اشتعال حلال که معمولا هگزان است، جدا از سایر قسمت های کارخانه بوده، و شامل دستگاه های اکستراکتور، دستگاه تقطیر و بازیابی حلال از روغن و کنجاله است. کنجاله باقیمانده پس از حلال زدایی خشک، برشته و خنک می شود. در دستگاه اکستراکتور، معمولا ماده جامد چرب در خلاف جهت حلال حرکت کرده و به تدریج غلظت روغن در حلال افزایش می یابد، به طوری که وقتی ماده چرب وارد دستگاه می شود، ابتدا با میسلا (مخلوط حلال- روغن) که غلظت روغن در آن نزدیک به اشباع است، تماس می یابد. در هنگام خروج از دستگاه غلظت روغن در میسلا در حدود 30-25% بوده و باید حلال از روغن خارج شود. این عمل در دستگاه های تقطیر اجام می گیرد. این قسمت شامل یک ردیف تبخیر کننده است. در تبخیر کننده اول، غلظت روغن در میسلا از حدود 28 به 80% رسیده و سپس در دومین تبخیر کننده غلظت روغن در مخلوط به 95 تا 98% رسیده، و در پایان عمل در دستگاه تقطیر تحت فشار 50 میلیمتر جیوه یا کمتر، باقیمانده حلال خارج و روغن خروجی کمتر از 0.15% رطوبت و مواد فرار دارد.
روغن سپس خنک و به تانک نگهداری منتقل می شود.
کنجاله روغن کشی شده در حدود 35-25% حلال دارد که برای مصرف در خوراک دام، باید حلال زدایی و خشک شود(1).
1-2-2- خصوصیات حلال:
در اکستراکتورها حلالی که استفاده می شود باید دارای خصوصیات زیر باشد:
* حلالیت بالا در درجه حرارت کم
* بتواند به طور انتخابی تری گلیسیریدهای دانه روغنی را حل کند.
* حلال مورد استفاده نباید واکنش های شیمیایی در اکستراکتور ایجاد کند.
* ویسکوزیته حلال باید کم باشد تا سریعتر در داخل دانه روغنی نفوذ کند.
* حلال باید با حداقل مصرف انرژی و به راحتی از کنجاله بازگیری شود.
* حلال باید در آب موجود در دانه روغنی نامحلول باشد.
* حلال باید عاری از عناصر ازت و گوگرد باشد.
* حلال باید به اندازه کافی پایدار باشد.
* حلال باید ارزان و قابل دسترس بوده و سمی نباشد.
* حلال مورد استفاده باید دارای نقطه اشتعال بالایی بوده و نقطه جوش کمتر از c1000 داشته و غیر قابل انفجار باشد.
* حلال نباید محیط زیست را آلوده کند.
بررسی ها نشان می دهد که بهترین حلال تری کلرواتیلن است که دارای خصوصیات زیر می باشد:
* سمی نیست.
* نقطه جوش c870.
* قابل اشتعال نیست.
* قدرت انحلال تری کلرواتیلن بالا است که در حرارت بیش از c1300 به اسید کلریدریک (HCl) تجزیه می شود و باعث خوردگی اکستراکتور می شود.
هگزان و بنزن بهترین حلال برای استخراج روغن از دانه های روغنی محسوب می شوند. در سال 1950 برای استخراج روغن از پنبه دانه از ایزوپروپانول یا اتانول استفاده می کردند. با استفاده از این حلال می توان گسیپل را در روغن پنبه دانه و کنجاله آن، غیر فعال نمود. روغن استخراج شده حاوی فسفاتید و اتانول بوده که بعد از پالایش از روغن جدا می گردد. برای بازگیری این حلال ها مشکلاتی نیز وجود داشت. لذا در سال 1960 میلادی برای استخراج روغن از پنبه دانه مخلوطی از استن، هگزان و آب ( 53% استون، 44% هگزان و 3% آب) استفاده گردید. با وجود اینکه کیفیت کنجاله برای خوراک دام افزایش یافته بود اما استفاده از این حلال چندان موفقیت آمیز نبود.
در استخراج روغن کلزا، برای از بین بردن گلوکزینولات در کلزا حلال جدیدتری تهیه شد تا اینکه از کنجاله کلزا در خوراک دام استفاده کنند. اگر از دانه کلزا طی دو مرحله اکستراکسیون روغن استخراج شود در مرحله اول از حلال هگزان و در مرحله دوم از مخلوط 15-0% آب، 4-0% آمونیاک و متانول استفاده می شود.
1-3- استخراج روغن به وسیله اکستراکتورها:
از این روش برای استخراج روغن از دانه های روغنی که حاوی حدود 20-18% روغن باشند و کنجاله حاوی 6% روغن باشد، استفاده می شود. به وسیله این روش میزان روغن باقی مانده در کنجاله به 1% خواهد رسید. از روش مرکب اکستراکسیون با پرس حلزونی نیز در استخراج روغن بهره می گیرند. چنانچه استخراج روغن از دانه های روغنی به وسیله اکستراکتورها را با پرس کامل مقایسه کنیم، ملاحظه می شود که راندمان استخراج روغن به وسیله اکستراکسیون از لوبیا سویا 12%، پنبه دانه 18-15% و بذر کتان 5.3% افزایش می یابد. روش اکستراکسیون، مانند روشهای دیگر دارای مزایا و معایبی می باشد که عبارتند از:
1-3-1- مزایای روش اکستراکسیون:
* راندمان استخراج روغن افزایش می یابد.
* پروتئین در کنجاله دناتوره می شود که باعث آسان شدن هضم آن می گردد.
1-3-2- معایب روش اکستراکسیون:
* هزینه زیاد اکستراکتورها
* بالابودن مصرف برق اکستراکتورها
* غیر فعال نشدن بعضی سموم طبیعی در کنجاله مانند گیسپل در کنجاله پنبه دانه.
1-3-3- روشهای اکستراکسیون:
1-3-3-1- روش پرکولاسیون1
در روش پرکولاسیون حلال به طور مداوم با سطح دانه روغنی تماس پیدا می کند. که روغن را از دانه روغنی به راحتی شست وشو می دهد. هرچه نسبت حلال به دانه روغنی بیشتر شود راندمان استخراج روغن بیشتر می شود. از روش پرکولاسیون موقعی استفاده می کنند که روغن به صورت آزاد در دانه روغنی قرار گرفته باشد. یکی از مزایای این روش در مقایسه با روش ایمرسیون این است که دانه روغنی نباید با وسایل مکانیکی هم زده شود. در هنگام استخراج روغن موقعی که دانه روغن در حلال قرار می گیرد به تکه های بسیار ریز تبدیل می شود که سپس به وسیله فیلتر جدا می گردند. عموما میسلا در جهت مخالف حرکت حلال به دانه روغنی افزوده می شود. زمانی که میزان روغن در میسلا به 30% رسید آن را از اکستراکتور خارج می کنند.
1-3-3-2- روش ایمرسیون2
برخلاف روش پرکولاسیون دانه روغنی در حلال غوطه ور می شود. حلال زمانی که در میسلا به حد اشباع رسید حلال جدید به اکستراکتور در سیستم افزوده می شود. با هم زدن باید سرعت روغن کشی از دانه روغنی را افزایش داد. سپس میسلا از یک فیلتر عبور می کند. از این روش فقط برای دانه های روغنی استفاده می شود، که سرشار از مواد سلولزی هستند. در روش ایمرسیون میزان روغن در میسلا به حدود 13% خواهد رسید.
1-4- اکستراکتورها:
اکستراکتورها به سه گروه اصلی غیر مداوم، نیمه مداوم و مداوم تقسیم بندی می شوند.
1-4-1- اکستراکتور غیر مداوم
اکستراکتور غیر مداوم از لحاظ اقتصادی ارزانتر از روش مداوم بوده و نیز فضای کمتری را در کارخانه روغن کشی اشغال می کند. اکستراکسیون روغن در یک محفظه غیر قابل نفوذ به هوا انجام می گیرد. اغلب از این نوع اکستراکتور برای استخراج روغن از آبزیان و روغن هایی که مصارف دارویی دارند بهره می گیرند.
استخراج روغن از دانه های روغنی در اکستراکتور غیر مداوم، به روش غوطه وری (ایمرسیون) می باشد. در این اکستراکتور برای افزایش راندمان استخراج روغن نیاز به همزن بوده و در هر مرحله باید اکستراکتور از حلال تازه ای پر شود. میسلا و کنجاله باید از اکستراکتور به طور کامل خارج شود سپس مرحله بعدی استخراج شروع شود.
1-4-2 – اکستراکتور نیمه مداوم (باطری)
دانه روغنی در اکستراکتور نیمه مداوم، از تعدادی ظروف روغن گیری معروف به باطری عبور می کند. تعداد باطریها اغلب اغلب 6 الی 12 عدد می باشد. ساختار هریک از این روغن گیرها (اکستراکتور) شبیه اکستراکتور غیر مداوم می باشد.
در درجه اول اکستراکتور اول با دانه روغنی پر می شود. برای افزایش سرعت اکستراکسیون از مخازنی که در بالای اکستراکتورها قرار دارند، استفاده می گردد. بعد از بارگیری اکستراکتور، راه ورود دانه روغنی بسته می شود. سپس حلال از بالا به داخل اکستراکتور پمپاژ شده، پس از اینکه اکستراکتور از حلال پر شد، با هم زدن مقدار کمی روغن استخراج می شود. سپس میسلا وارد اکستراکتور دوم شده، در آخرین اکستراکتور که میسلا از روغن است آنرا از اکستراکتور خارج می کنند. میسلا باید حاوی 35% روغن باشد. استخراج روغن با استفاده از اکستراکتور نیمه مداوم به روش پرکولاسیون انجام می گیرد.
1-4-3- اکستراکتورهای مداوم پرکولاسیون
در اکستراکتورهای مداوم، استخراج روغن از دانه های روغنی به روش پرکولاسیون بوده. یعنی حلال برخلاف جهت پولک روغنی حرکت می کند اکستراکتورهای مداوم طبق اصول متفاوتی ساخته شده اند که عبارتند از:
1-4-3-1- اکستراکتور بولمن3
بعد از جنگ جهانی دوم (1945 میلادی) اولین اکستراکتور مداوم لیوانی (اطاقکی) توسط بولمن ساخته شد. در این اکستراکتور پولک روغنی از قسمت بالای دستگاه وارد لیوانک (اطاقک) می شود. لیوانک ها براساس محور گردان کار می کنند. لیوانک ها در هنگام پایین آمدن پر از بار می شوند و حلالی که حاوی مقدار کم روغن است برآن می بارد. اما پولک روغنی در هنگام بالا رفتن در طرف دیگر فقط با حلال تازه تماس می یابد. در بالاترین قسمت اکستراکتور میسلا حاوی 28-25% روغن به کمک دستگاهی تخلیه می شود و به قسمت بازیافت حلال از میسلا انتقال می یابد.
1-4-3-2- اکستراکتور رتوسل4
این اکستراکتور از 18 اطاقک که کف آنها غربالی بوده، تشکیل شده است. اطاقک های پر شده از پولک روغنی به صورت چرخ فلک افقی حرکت می کنند. قابل ذکر است که حلال و میسلا در مسیر مخالف بر آنها پاشیده می شود. یکی از مزایای اکستراکتور رتوسل این است که فضای کمی را در کارخانه های روغن کشی اشغال می کند. در زیر سبدها یا اطاقک ها محفظه هایی وجود دارد که هر چند سبد به یک محفظه ارتباط پیدا می کند که میسلای بدست آمده به آن قسمت انتقال می یابد. مکانیسم این اکستراکتور بدین صورت است که بر روی سبد اولی حلال تازه و بر روی هجدهمین سبد میسلای حاوی روغن کم پاشیده می شود. زمان استخراج روغن بعد از چرخش کامل برای یکبار در حدود 3 ساعت خواهد بود.
قطر اکستراکتور مداوم سبدی 15 متر بوده و ظرفیت آن 400 تن در هر ساعت برای پولک سویا می باشد.
1-4-3-3- اکستراکتور حمل بار ساکن روی نقاله- دسمت5
پولک روغنی بر روی سبدهایی که بر یک نوار نقاله بی انتها و به ارتفاع cm 70-60 نصب شده اند، انتقال می یابند. حرکت نوارهای نقاله ای به صورت افقی بوده و میسلا و حلال جهت مخالف روی پولک روغنی پاشیده می شوند، به وسیله این اکستراکتور می توان با کمک یک مسئول فنی در روز 100 تن روغن از پولک روغنی استخراج نمود.
1-4-4- اکستراکتور مداوم (ایمرسیون)
بهترین اکستراکتور مداوم به روش ایمرسیون هیلد برانت می باشد. شکل این اکستراکتور به صورت U بوده و دارای دو پیچ انتقال عمودی است که بر روی برجهای استوانه ای قرار گرفته و دارای یک مخزن مارپیچ افقی است که دو حلزون عمودی را به هم مربوط می سازد. حلال برخلاف جهت پولک دانه در یک برج از بالا به پایین و در برج دیگر از پایین به بالا جریان می یابد. ورود حلال و خروج آن در هر دو برج در یک سطح مساوی قرار دارند حداکثر روغن در میسلا بیش از 13% نخواهد بود.
یکی دیگر از اکستراکتورهای مداوم (روش ایمرسیون) به شکل V بوده که اخیرا در اروپا و امریکا برای استخراج روغن از دانه های روغنی استفاده می شود. پولک دانه روغنی توسط یک نوار مارپیچی به طور مداوم وارد اکستراکتور شده و در حلال غوطه ور می گردد. سپس با همزن مداوم روغن استخراج می شود. کنجاله توسط یک پیچ ارشمیدس به نوار نقاله انتقال می یابد. میسلا به قسمت بازیافت حلال از میسلا و کنجاله نیز برای بازیافت حلال به دستگاه توستر انتقال می یابد.
عموما اکستراکتورهای مداوم ایمرسیون برای دانه های روغنی سرشار از سلولز، به خصوص مواد غذایی که منشا گیاهی دارند مناسب می باشد.
1-4-5- اکستراکتورهای مرکب
یکی از مزایای استخراج روغن به روش حلال، استفاده از اکستراکتور مرکب است. بدین صورت که از پولک روغنی به وسیله اکستراکتور سبدی به روش پرکولاسیون روغن استخراج می شود. سپس پولک وارد اکستراکتور مداوم به روش ایمرسیون می گردد. دو نوع اکستراکتور به صورت پیوسته نصب شده اند. در درجه اول پولک وارد اکستراکتور سبدی پرکولیم شده، چنانچه میزان روغن در کنجاله به 5% برسد، وارد اکستراکتور مداوم ایمرسیون می شود. در روش مرکب، پولک روغنی که وارد اکستراکتور پرکولاسیون شده پس از گذشت 30 دقیقه فقط در کنجاله، 5-4% روغن باقی خواهد ماند. میزان روغن باقی مانده در کنجاله توسط اکستراکتور مداوم ایمرسیون پس از گذشت 130 دقیقه به 0.5-0.3% خواهد رسید.
1-5- روش های نوین استخراج روغن:
محققین روش های جدیدی را برای استخراج روغن از دانه های روغنی ابداع کرده اند. سعی می شود حتی الامکان از روش اکستراکسیون (با استفاده از حلال) برای استخراج روغن استفاده نگردد. با وجود اینکه حلال به طور کامل از روغن استحصال شده بازیافت می شود اما برخی از مصرف کنندگان روغن هایی که با حلال استخراج شده است نمی پسندند. اخیرا سعی شده با استفاده از فشار زیاد و co2 روغن را از دانه های روغنی استخرج نمایند (2، 7، 16) .
ضمایم (اشکال)
1) استخراج با حلال
ا
2) اکستراکتور غیر مداوم
3) اکستراکتور مداوم
4) استخراج به روش پرکولاسیون
5) اکستراکتور رتوسل
6) استخراج به روش ایمرسیون
7) اکستراکتور مرکب
منابع:
1- مالک, ف., چربی ها و روغن های نباتی خوراکی. 1379: انتشارات فرهنگ و قلم. 197-192.
2- نظامی, س.ح.م., فن آوری روغن و پالایش آن 1380: نشر علوم کشاورزی. 298-292.
3- کناری, ر.ا., تکنولوژی قند. 1381, تهران: نشر علوم کشاورزی.
4- مصباحی, غ., اصول صنایع تولید شکر. 1382, شیراز: نشر علوم کشاورزی. 138و147.
5- معتمدزادگان, ع.,ا. قربانی، ح. سرایی، س.ا. شهیدی یاساقی., تکنولوژی تولید قند. 1386: نشرشمال پایدار. 120-115.
6- مرتضوی, س.ع. و س.ح. ضیاءالحق, فناوری فرآوری فرآورده های جانبی مرکبات. 1383: انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد.
7- Lusas E. W., Wathuis L. R., Oilseeds: Extrusion for solvent extraction:; j Am. Oil Chem. Soc. 1109-14, 65.1988.
8- Kimbal, D.A. (1996).'Oranges and tangerines' and ' Grapefruit, lemons and limes'. In Processing fruits: Science and technology. Vol. 2. Major processed products.
9- FMC. (1998). Internet extractor information, http://www.fmcfoodtech.com.
10-Mendes. C. N.(1997). Configuration of a fruit juice extraction machine, U.S. Pat. 5,655,441.
11- Fresh-N-Squeeze extractor. http://www.ujuice.com
12- FMC. http://www.unclematts.com
13- FMC. http://www.ice.ups.es.com
14- Brown extractor. http://www.alibaba.com
15- Extractor. http://www.flavoralchemy.com
16- Lusas E.W., Separation of fats and oils by solvent extraction: non- traditional methods, 56-78 in: Erickson D. R., ( Hrsg). World Confrence Proceeding, Edible Fats and Oils Processing: Basic Principles and Modern Practises; American Oil Chemists Society, Chamaign III. 1990.
1 -Percolation Method
2- Immersion Method
3 -Bollmann
4 -Rotocel
5 -De Semet
—————
————————————————————
—————
————————————————————
16