بررسي توانايي روش اولترافيلتراسيون در صمغ گيري، رنگبري و تصفيه روغن خام كلزا
بررسي توانايي روش اولترافيلتراسيون در صمغ گيري، رنگبري و تصفيه روغن خام كلزا
Potential application of UF in degumming, bleaching and refining of canola oil
علي رافع ١، سيد محمد علي رضوي ٢ و محمد حسين حدادخداپرست ٣
۹۱۷۷۵ - گروه علوم و صنايع غذايي دانشگاه فردوسي مشهد، صندوق پستي ۱۱۶۳
Email: S.Razavi@um.ac.ir
چكيده
فرآوري روغن هاي خوراکي با استفاده از فرآيندهاي غشايي در دو دهه اخير مورد توجه محققان و متخصصان صنعت روغن در
كشورهاي پيشترفته قرار گرفته است. عليرغم پيشرفت هاي قابل توجه در زمينه هاي مهندسي و طراحي فرآيند، روشهاي فرآوري و
کنترل کيفيت؛ متاسفانه اصول روغن کشي و فرآوري روغن در داخل كشور درطول چند دهه گذشته ثابت مانده و کماکان مشکلات
مرسوم استخراج و فرآوري روغن ها از جمله مصرف بالاي انرژي، بازيابي حلال، مصرف زياد آب و مواد شيميايي ،...وجود دارند. بنابراين
استفاده از تکنيک هاي مدرن به منظور جايگزيني جزئي يا كلي و يا تلفيق با روشهاي موجود کام ً لا ضروري به نظر مي رسد.
در اين تحقيق،كارايي سيستم پايلوتي اولترافيلتراسيون از جنس پلي سولفون آميد و اندازه حفرات ۲۰ كيلودالتون در صمغ گيري،
۱ و ۲ بار، دما در / رنگبري و تصفيه روغن خام كلزا مورد ارزيابي قرار گرفت. متغيرهاي اين تحقيق شامل اختلاف فشار در دو سطح ۵
۵۰ و زمان در دو سطح ۱۵ و ۳۰ دقيقه بود. ميسلاي روغن خام کلزا با استفاده از حلال هگزان به نسبت ۲۵ °c ۴۰ و , سه سطح ۳۰
به ۷۵ درصد وزني تهيه وتحت شرايط مختلف عملياتي از درون غشاء عبور داده شد. سپس پارامترهاي کارايي غشاء شامل شار جريان
تراوه, مقاومت هاي غشايي و درصد گرفتگي و همچنين شاخص هاي تصفيه و رنگبري روغن خام شامل: درصد دفع فسفوليپيد ها,
اسيدهاي چرب آزاد و رنگ اندازه گيري شد. به طور خلاصه نتايج اين تحقيق نشان داد كه با استفاده از فرآيند غشايي حذف ناخالصي
به خوبي انجام مي گيرد و بدين ترتيب افت روغن به طور قابل ملاحظه اي کاهش مي يابد. FFA ها از روغن كلزا مانند فسفوليپيدها و
در ضمن رنگ روغن به طورمحسوسي بهبود يافته، به طوري كه نياز به خاک رنگبر را تا حد زيادي کاهش مي دهد. مشخص شد
تقريبًا ۴۰ % است, اما شار تراوه به دليل گرفتگي سريع غشاء كم بوده و نيازمند تحقيقات FFA درصد دفع فسفوليپيدها درحد ۹۶ % و
بيشتر براي كاربرد صنعتي مي باشد.
کلمات کليدي: روغن كلزا؛ فرآيند هاي غشايي؛ رنگبري؛ صمغ گيري؛ پلي سولفون آميد؛درصد دفع؛ مقاومت غشاء؛ فسفوليپيد .
۱- مقدمه
۱۸/ ۸۰ ميليون تن محاسبه شده، كه تقريبًا ۶۰ ميليون تن آن روغنهاي نباتي، ۶ ، توليد جهاني كل روغنهاي خوراكي در سال ۱۹۹۰
۱ ميليون تن روغن ماهي بودند و براساس اين الگو، توليد روغنهاي خوراكي تا سال ۲۰۰۰ به بيش از / ميليون تن روغنهاي حيواني و ۴
۳۲۶ ميليون تن بود /۳ , ۱۰۵ ميليون تن افزايش يافت، لازم به ذكر است كه کل توليد جهاني دانه هاي روغني اصلي در سال ۲۰۰۲
بنابراين, فرآوري روغن هاي خوراكي به عنوان يكي از مهمترين تكنولوژي هاي فرآوري مواد غذايي .(www.soyatats.com)
محسوب مي شود.
١ دانش آموخته کارشناسي ارشد رشته علوم و صنايع غذايي دانشگاه فردوسي مشهد
٢ استاديار گروه علوم و صنايع غذايي دانشگاه فردوسي مشهد
٣ دانشيار گروه علوم و صنايع غذايي دانشگاه فردوسي مشهد
از نظر حجم توليد، روغنهاي سويا، پالم، كلزا وآفتابگردان، مهمترين روغنهاي خوراكي مي باشند. تقريبًا ۸۰ % كل روغنهاي غذايي براي
پخت و پز، سالاد، مايونز، مارگارين و شكلات مصرف مي شوند. ۲۰ % باقيمانده در مصارف صنعتي مانند؛ شوينده ها، صابونها، مواد
Kaufman & Reubush, ) آرايشي، روان كننده ها، حامل افشره هاي كشاورزي، رنگ ها، روغن جلا و پلاستيك ها بكار مي روند
.(1990; Pryde & Rothfus, 1989
در ميان روغن هاي خوراکي, روغن کلزا از اهميت خاصي برخوردار است. دانه کلزا با ۸% رطوبت, حاوي ۳۸ تا ۴۰ % روغن مي باشد. لذا
موثرترين روش استخراج روغن کلزا, مشابه ساير دانه هاي روغني با مقدار روغن بالا نظير آفتابگردان, پرس به طور مکانيکي و به دنبال
آن استخراج با حلال مي باشد که پرس در حدود ۶۰ % و استخراج با حلال مابقي روغن آن را خارج مي کند. روغن کلزا از دانه هاي
به دست مي آيد. اين واريته ها داراي مقدار اسيد چرب اروسيک و گلکوزينولات پايين بوده و از لحاظ B.rapa و Brasica.napus
٤ متفاوت مي باشند. روغن (HEAR) خصوصيات شيميايي , فيزيکي و تغذيه اي کام ً لا با روغن شلغم روغني با اسيد چرب اروسيک بالا
٥ پذيرفته شده و لذا به عنوان يک روغن خوراکي مجاز به فروش مي رسد و به دلايل متعدد از جمله ارزش GRAS کلزا به عنوان ماده
تغذيه اي بالا, کاربرد آن در محصولات غذايي افزايش يافته است. روغن کلزا به عنوان يک روغن با مقدار اسيد چرب اشباع
پايين(کمتر از ۴% اسيد پالمتيک) و مقدار نسبتًا بالاي اسيد اولئيک ( ۶۰ %) و اسيد آلفا لينولئيک ( ۱۰ %) شناخته مي شود . در ميان
روغن ها و چربي هاي معمول, روغن کلزا بعد از روغن زيتون قرار دارد و به استثناي روغن سويا تنها روغن رژيمي متداول است که
حاوي مقدار قابل توجهي اسيد آلفا لينولئيک مي باشد. به علاوه تعادل مطلوب ي در نسبت مقدار اسيد لينولئيک به لينولنيک
۲:۱ ).همچنين گزارش شده که روغن کلزا مانند روغن ذرت, سويا,گلرنگ و آفتابگردان در کاهش مقدار ؛ ۳:۱۸/ دارد(يعني نسبت ۲:۱۸
کلسترول موثر مي باشد. مقدار بالاي اسيد اولئيک و تعادل بين اسيد چرب لي نولئيک و LDL کلسترول کل پلاسماي خون و
Bailey’s industrial oil ) لينولنيک باعث شده است که تمايل به استفاده احتمالي روغن کلزا در فرمول غذاي نوزادان ايجاد گردد
.(and fat products, 1985
و پتانسيل (Cuperus & Nijhuis, فناوري هاي غشايي تدريجًا پذيرش قابل قبولي را در صنعت فرآوري غذايي بدست آورده( 1993
يکي از .(Koseoglu & Engelgau, 1990,Cherryan et al., کاربردهاي زيادي را در صنعت فرآوري روغن فراهم کرده اند ( 1994
مهمترين مزيت هاي فن آوري غشايي نسبت به عمليات فرآوري مرسوم اين است که دماهاي پائين تري به کارگرفته مي شود. به علاوه
صرفه جويي زيادي در هزينه هاي انرژي, صورت مي گيرد.از آنجا که روغن هاي خوراکي مستعد صدمه حرارتي اند, فوايد بسياري در
حفظ دماي فرآوري روغنها به حداقل وجود خواهد داشت.درحال حاضر، تمايل به فن آوري غشايي در صنعت غذا به خصوص به سمت
ايجاد غشاهايي براي يك كاربرد خاص، يك محصول معين يا بهبود كيفيت يك محصول ويژه در حال تغيير است.
مطالعات نشان داده است که اساسًا پتانسيل بسيار بالايي براي کاربرد فن آوري هاي غشايي در صنعت روغن هاي خوراکي وجود دارد .
فرآوري روغن ها شامل چندين مرحله نسبتًا پر مصرف انرژي، به خصوص در بازيابي حلال از ميسلا است كه در حدود ۵۰ % كل انرژي
مورد نياز فرآيند را مصرف مي كند. مصرف مقادير زياد آب و مواد شيميايي، عامل ديگري است كه به طور مهمي در هزينه ها از طريق
دور ريزي پساب هاي ٦ با آلودگي بسيار بالا شركت مي كند.افزون براين, افت روغن خنثي در مراحل مختلف فرآيند ( از تجمع آن در
.(Snape & Nakjima, مرحله صابوني شدن تا جذب سطحي به خاك رنگبر)نيز حائز اهميت است( 1996
به طور کلي ,غشاء ها در بسياري از بخش هاي فرآيند توليد روغن هاي نباتي قابل استفاده اند. دلايل اصلي به کارگيري فن آوري هاي
غشاء, احتما ً لا جداسازي انتخابي مولکولها ، حداقل صدمه حرارتي، بازيابي حلال ها، نشر کمتر آلودگي، مصرف انرژي کمتر، کاهش افت
روغن وکاهش خاک رنگبر مصرفي مي باشد.
قابليت هاي مهم به كارگيري فناوري هاي غشايي در صنعت روغن درمنابع آورده شده است (سيد محمد علي رضوي، علي رافع و
محمد حسين حداد خداپرست) ، بررسي كاربرد تکنيک هاي نوين غشايي در فرآوري و پالايش روغن ه اي خوراکي؛نخستين سمينار
علمي-كاربردي صنعت روغن نباتي ايران ، ۱۳۸۴ ). کاربردهاي بسياري در مقياس آزمايشگاهي يا نيمه صنعتي ارزيابي شده اند, برخي
موم گيري و صمغ گيري روغن هاي نباتي حتي در مقياس صنعتي موفقيت آميز بوده , N از اين كاربرد ها از جمله استخراج، توليد 2
اند، اما در ساير زمينه ها تحقيقات در مقياس آزمايشگاهي يا نيمه صتعتي در حال انجام است و کاربرد صنعتي گزارش نشده است. بكار
4 High erocic acid rapeseed
5 Generally recognized as safe
6 Effluent
گيري غشاء به ما اجازه مي دهد كه دو مرحله صمغ گيري و رنگبري را به يك مرحله مجزا تلفيق كنيم، بنابراين نياز به انرژي كاهش
مي يابد و باعث حذف مصرف مواد شيميايي غير ضروري مي شود.به علاوه، غشاها مي توانند نقش مهمي را در تصفيه مكانيكي روغن
.(Snape & Nakjima, استخراج شده ايفا نمايند( 1996
۲- مواد و روشها
در اين تحقيق يک سيستم پايلوت غشايي, ساخت شرکت بيوکن روسيه مورد استفاده قرار گرفت. اين سيستم شامل يک تانک تغذيه,
دو فشار سنج, مبدل حرارتي لوله اي, دماسنج ديجيتالي و دو شير کنترل جريان است. ,UF پمپ سانتريفوژي, دبي سنج, مدول غشاء
.(Biocon catalogue Co.) به کار رفته در جدول( ۳) به اختصار آورده شده است UF مشخصات فني اين سيستم غشايي و غشاء
۲- روش عمليات غشايي : -۱
تهيه مي شد. سپس براي تنظيم (w/w) % براي انجام هر بار عمليات اولترافيلتراسيون, ابتدًا ميسلاي روغن کلزاي خام به نسبت ۲۵
شرايط فرآيند , سيستم غشايي با آب مقطر تحت شرايط عملياتي مورد آزمايش به مدت ۱۰ دقيقه به گردش در آمده تا ضمن گرم
کردن سيستم, شار جريان آب مقطر نيز مورد ارزيابي قرار گيرد.آنگاه سيستم با مقداري حلال هگزان مورد شستشو قرار مي گرفت تا
براي انجام آزمايشات آماده گردد. شار حلال هگزان در مدت زمان ۱۰ دقيقه تحت شرايط عملياتي مورد آزمايش ارزيابي مي شد. سپس
تانک خوراک از نمونه ميسلا تغذيه شده و عمليات اولترافيلتراسيون در شرايط عملياتي مورد نظر به مدت ۳۰ دقيقه ادامه مي يافت.در
انتها مجددًا شار آب و هگزان غشاء اندازه گيري شده تا ميزان گرفتگي غشاء مشخص شود. در پايان هر بار عمليات, سيکل شستشوي
غشاء انجام مي گرفت تا شار اوليه بدست آيد.
۲- تيمارها و صفات مورد بررسي -۲
براي بهبود فرآيند تصفيه روغن و يا امکان جايگزيني آن در صنعت با روش هاي UF از آنجاکه هدف تحقيق، ارزيابي پتانسيل فرآيند
متداول بوده است، لذا براي بررسي دقيق تر کارآيي اين روش، پارامترهاي زير مورد بررسي قرار گرفت و با نمونه هاي حاصل از مراحل
مختلف تصفيه مرسوم در کارخانجات روغن نباتي (صمغ گيري، خنثي سازي و رنگبري و نيز نمونه اي كه تمامي مراحل ذكر شده را
:(Subramanian & Nakajima, طي كرده باشد) مقايسه شد ( 1997
الف- شاخص هاي کارايي فرآيند غشايي اولترافيلتراسيون:
١) شار جريان تراوه
٢) مقاومت هاي اصلي شار و گرفتگي غشاء
٣) درصد دفع فسفاتيد ها ، مواد رنگي و ساير ناخالصي ها
٤) ويسكوزيته و دانسيته تراوه
ب - شاخص هاي تصفيه و رنگبري روغن خام
١) مقدار فسفوليپيد (مواد صمغي)
٢) رنگ
(FFA) ٣) درصد اسيد هاي چرب آزاد
الف) شاخص هاي کارايي فرآيند غشايي اولترافيلتراسيون
١- شار جريان تراوه: شار تراوه تابعي از پارامتر هاي عملياتي سيستم غشايي و خصوصيات فيزيكي خوراک است. که مهمترين آنها
:(Pioch et al., عبارتند از: شار جريان تراوه را مي توان از معادله زير نيز به دست آورد ( 1998
(۲)
مقاومت کلي غشاء به انتقال جرم مي باشد که طبق مدل مقاومت متوالي برابر است با: Rt ويسکوزيته تراوه و μT ( در معادله( ۲
(۳)
t m p f به ترتيب مقاومت ذاتي غشاء, مقاومت لايه پلاريزاسيون غلظت Rf, Rp ,Rm معادله فوق R = R + R + R
و مقاومت گرفتگي مي باشند.اين مقاومت ها ، مقاومت هاي اصلي شار مي باشند.
۲- مقاومت هاي اصلي شار:
به آساني بوسيله مقاومت به جريان مشاهده شده با حلال خالص تعيين مي گردد. اين مقاومت ( Rm) مقاومت غشا:ء مقاومت ذاتي غشاء
شيب منحني شار هگزان خالص در مقابل متوسط اختلاف فشار در عرض غشاء است. معمو ً لا غشاها ي باضريب وزن مولكولي
.(Lin et al., بالا،مقاومت پاييني دارند( 1997
(۴)
بدست آورد. (Jh) مقاومت غشاء تميز است که مي توان مقدار آ ن را از روي شار هگزان خالص Rm
مقاومت گرفتگ : ي عامل اصلي محدود كننده به كارگيري فرآيند هاي غشايي تحت فشار, گرفتگي است كه به دليل تجمع, رسوب و
جذب ذرات کوچک روي سطح غشاء و كريستاليزاسيون و رسوب مواد محلول ريزتر در ميان منافذ غشاء است. اين مقدار مقاومت را
ميسلاي روغن کلزا بدست آورد: UF مي توان با اندازه گيري شار غشاء پس از فرآيند
۵)؛ شار هگزان پس از تميز کردن غشاء : ( ) ) h m f
h R R
J p
+
Δ
=
μ
\'
درصد گرفتگي غشاء از طريق جاگذاري مقدار شار هگزان خالص قبل و بعد از عمليات با ميسلا از فرمول ( ۶) به دست مي آيد:
( )×100 (۶)
−
=
h
h fh
J
J J
Fouling
شار هگزان بعد از انجام عمليات است. Jfh شار هگزان خالص قبل از انجام عمليات و Jh در رابطه بالا
مقاومت پلاريزاسيون : معمو ً لا هنگامي كه مواد دفع شده تمايل به تشكيل لايه نسبتًا لزج و ژلي روي غشاء دارند پلاريزاسيون
غلظت رخ مي دهد. بنابراين مقاومت بيشتري در برابر جريان حاصل مي گردد.پلاريزاسيون غلظت متغيري است كه با ادامه عمليات
اختلاف فشار غشاء, ΔP, غشايي، سرعت فيلتراسيون در فشار ثابت را كاهش مي دهد. و از رابطه كلي زير بدست مي آيد.در اين رابطه
Jp و ΔP,Rm, Rf مقاومت پلاريزاسيون غلظت است.با در اختيار داشتن مقادير Rp مقاومت ناشي از گرفتگي و Rf, مقاومت غشاء Rm
.(Lin et al., براي ما مشخص مي شود( 1997 Rp ميسلاي روغن کلزا ، مقدار
(۷)
دارد. (Rt) پلاريزاسيون غلظت نقش مهمي در مقاومت كلي
TMP , ۳- درصد دفع : دفع غشايي اساسًا به نوع غشاء ، خواص فيزيکو- شيميايي خوراک و شرايط عملياتي فرآيند مانند : دما
وغلظت مواد محلول بستگي دارد. کارايي يک فرآيند غشايي به صورت عبارات درصد دفع مشاهده شده براي اجزاء محلول و يا درصد
( ) p m f p
p R R R
J p
+ +
Δ
=
μ
h m
h R
J p
μ
Δ
=
با استفاده از معادله زير بدست مي آيد (R%) کاهش يا افزايش هر جزء قابل ارزيابي است. درصد کاهش يا افزايش هر جزء محلول
: (Cherryan, 1986)
% ( ) ×100 (۹)
−
=
Cf
R Cf Cp
به ترتيب مقدار جزء در فاز خوراک وتراوه است. Cp, Cf در اين رابطه
ب) شاخص هاي تصفيه روغن خام
استفاده AOCS Ca5a- روغن خام,تراوه و ناتراوه از روش 40 FFA ۱- اندازه گيري اسيدهاي چرب آزاد: جهت اندازه گيري
.(Official methods of AOCS , شد.( 1997
AOCS Cc13e- ۲- اندازه گيري رنگ: رنگ نمونه هاي روغن خام , تراوه و ناتراوه با استفاده از رنگ سنج تينتومتر لاوي باند, روش 92
.(Official methods of AOCS , ۱ اندازه گيري شد( 1997 cm , با بکارگيري يک سل با طول عبور نوري
اندازه AOCS Ca 12- ۳- اندازه گيري فسفوليپيدها: مقدار فسفر نمونه هاي روغن با استفاده از روش استاندارد آبي موليبدونيم 55
گيري شد.در اين روش کمپلکس آبي رنگ اسيد فسفوموليبديک تشکيل مي گردد. مقدار فسفوليپيد با ضرب کردن مقدار فسفر در
.(Official methods of AOCS , فاکتور ۳۰ به دست مي آيد( 1997
۲- آناليز آماري -۳
با توجه به اينکه حجم بالاي مخزن خوراک، مقدار زيادي آب مقطر,حلال هگزان و روغن نياز مي باشد,بنابراين کليه عمليات هاي
غشايي شامل:اندازه گيري شار اوليه آب مقطر وهگزان ,شار ميسلا طي عمليات و شارهاي پس از گرفتگي, در دو تکرار انجام شدند. اما
آزمايشات مر بوط به اندازه گيري پارامترهاي تصفيه روغن شامل اندازه گيري فسفوليپيدها,اسيدهاي چرب آزاد و رنگ تراوه وناتراوه و
نيز دانسيته و ويسکوزيته تراوه , در سه تکرارآزمون شدند.
جهت يافتن مدل مناسب و همبستگي بين پارامتر هاي مختلف عملياتي از آناليز رگرسيوني خطي استفاده شد و در صورت بالا نبودن
R2 ، ٧( R) ,رگرسيون پله اي پيشرو استفاده گرديد. ميزان اعتبار مدل هاي بدست آمده بر اساس پارامتر هاي ضريب همبستگي
١٠ ، قابل قبول VIF شاخص ،F ٩، آناليزواريانس رگرسيون توسط آزمون (Adj. R ٨ يا ضريب تبيين تصحيح شده ( 2 (R ضريب تبيين ( 2
مورد ارزيابي قرار گرفت. Homoscedasticity بودن آزمون نرماليته و
انجام گرفت. نمودار ها و شکل ها با استفاده از Slidewrite و Sigma stat آناليز هاي رگرسيوني با استفاده از نرم افزارهاي
ترسيم شدند.آزمون فاکتوريل در غالب طرح کام ً لا تصادفي براي يافتن شرايط بهينه Slidewrite و, Curve-expert , Exell
انجام گرفت. MStat عمليات با استفاده از نرم افزار
۴- نتايج و بحث
۱- شار جريان تراوه ميسلاي روغن كلزا -۴
نتايج نشان داد که با افزايش زمان فرآيند شار تراوه کاهش مي يابد و پس از مدتي شار به حالت پايا رسيده و ديگر با افزايش زمان
عمليات تغيير نمي کند يا تغييرات آن بسيار جزيي مي باشد.زمان لازم براي رسيدن به اين حالت پايا به خصوصيات محلول خوراک و
7 Correlation coefficient
2. Coefficient of determination or R square
3. Adjusted R square
4. Variance inflation factor
نوع غشاء (جنس ,اندازه منافذو...) وشرايط حاکم بر عمليات (دما ,فشار و...) بستگي دارد.شار تراوه در مدت زمان ۳۰ دقيقه اندازه گيري
۱ و ۲ بار به ترتيب در شکل هاي ( ۵) و( ۶) آورده شده است.دليل انجام آزمايشات در مدت زمان / شده و نتايج آن در فشارهاي ۵
۳۰ دقيقه کاهش شار تا رسيدن به حد شار صفر بوده است به طوري که مي بايست فرآيند متوقف شده و شستشوي غشاء انجام شود.
همان طور که مشاهده مي شود شار در فاصله زماني ۵ دقيقه اول فرآيند بالا بوده و سپس به حالت نسبتًا پايا مي رسد. علت رسيدن به
حالت پايا احتما ً لا به تعادل رسيدن ضريب نفوذ برگشتي و سرعت انتقال همرفتي مواد به سطح غشاء با يکديگر است. با مقايسه شکل
۵۰ نيز افزايش مي يابد ,اما شار تراوه ميسلا کمتر از شار هگزان °C هاي ( ۵) و ( ۶) معلوم مي شود که شار تراوه با افزايش دما از ۳۰ به
تجاري است و چنين به نظر مي آيد که اين کاهش شار به علت ويسکوزيته بالاتر خوراک وحضور ذرات ريزي از دانه تحت عنوان لرد
باشد که در طي فرآيند استخراج به روغن راه يافته اند ونيز وجود ناخالصي هاي روغن به خصوص فسفوليپيدها که باعث افزايش
۱ بار به ۲ بار نيز شار افزايش يافته است(شکل ۷) که علت / مقاومت لايه پلاريزاسيون غلظت و گرفتگي مي شوند. با افزايش فشار از ۵
آن احتما ً لا افزايش نيروي محرکه جريان همرفتي به سطح غشاء است.
0
2
4
6
8
10
12
14
Time, Min
Flux, L/m2.h
T=30 T=40 T=50
۱ بار / شکل( ۵) شار تراوه ميسلاي روغن کلزا در فشار ۵
0
2
4
6
8
10
12
14
16
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21222324252627282930
Time, Min
Flux, L/m2.h
T=30 T=40 T=50
شکل( ۶) شار تراوه ميسلاي روغن کلزا در فشار ۲ بار
0
1
2 3
4
5
30 40 50
Temprature,°C
Average flux, L/m2.h
2 bar 1.5 bar
شکل( ۷) شار تراوه ميسلاي روغن کلزا در حالت پايا به عنوان تابعي از دما و فشار عملياتي
۲- مقاومت هاي هيدروديناميكي -۴
۱- مقاومت غشاء: -۲ -۴
براي اندازه گيري مقاومت هاي فرآيند اولترافيلتراسيون ميسلاي روغن خام کلزا , شار تراوه آب مقطر و هگزان, قبل و بعد از فرآيند
اندازه گيري شد. با استفاده از معادله( ۴)مقاومت ذاتي غشاء در شرايط مختلف عملياتي به دست آمد و نتايج آن در جدول ( ۷) آورده
۱ بود و متوسط مقدار آن در اين / ۱ و ۱۱ /۱۲, ۵۰ به ترتيب ۱ °C در دما ي ۴۰,۳۰ و (Rm) شده است. مقدار مقاومت ذاتي غشاء
۱ بود. / تحقيق برابر با ۰۷۹
۲- مقاومت گرفتگي -۲ -۴
درصد گرفتگي غشاء از طريق جاگذاري مقدار شار هگزان خالص قبل و بعد از عمليات با ميسلا از فرمول ( ۶) به دست مي آيد.در
جدول ( ۷)نتايج درصد گرفتگي در دماها و فشار هاي مختلف آورده شده است. همان طور که نتايج نشان مي دهد با افزايش دما ميزان
گرفتگي, احتما ً لا به دليل کاهش ويسکوزيته روغن کاهش يافته ,اما به طور کلي ميزان گرفتگي غشاء بسيار بالا است. با افزايش فشار از
۱ به ۲ بار نيز گرفتگي کاهش يافته است که ممکن است به دليل اعمال نيروي محرکه بيشتر و دور شدن ساير ناخاصيها از غشاء /۵
باشد که گرفتگي کاهش داشته است.بنابراين براي اين که عمرمفيد کاري غشاء بيشتر باشد, بهتر است که در حداکثر دماو فشار
عمليات غشايي انجام شود.گرفتگي بالاي غشاء را مي توان به حضور لرد بالاي روغن کلزا, شکل هندسي غشاء که به صورت مارپيچ
حلزوني بوده است و اندازه منفذ کوچک نسبت داد.لازم به ذکر است که گرفتگي هاي حاصله با استفاده از روش شستشوي مناسب بر
طرف مي گردد و مجددًا به همان شار اوليه آب مقطر در ابتداي عمليات مي توان دست يافت.
جدول ( ۷) درصد گرفتگي غشاء در طي اولترافيلتراسيون ميسلاي روغن کلزا تحت شرايط عملياتي مختلف
درصد گرفتگي (bar) اختلاف فشار در عرض غشاء (°C) دما
۶۵/۳ ۱/۵ ۳۰
۶۳/۴ ۲
۴۰
۶۲/۶ ۱/۵
۶۰/۴ ۲
۵۷/۸ ۱/۵ ۵۰
۵۶/۲ ۲
با در اختيار داشتن شار غشاء پس از گرفتگي تحت شرايط مختلف عملياتي به دست مي آيد ومتوسط (Rf) مقاومت گرفتگي غشاء
.( ۱ بوده است(جدول ۸ / مقدار آن برابر ۳۰۶
۳- مقاومت پلاريزاسيون -۲ -۴
در شرايط مختلف (Rt) با استفاده از معادله ( ۷) مقاومت پلاريزاسيون به دست مي آيد.براي اين منظور مقدار مقاومت کلي غشاء
عملياتي بر اساس معادله ( ۷) محاسبه شد ه و آنگاه با در اختيار داشتن ساير مقاومت ها, مقاومت پلاريزاسيون از طريق جا گذاري در
.( رابطه ( ۳) محاسبه گرديد(جدول ۸
در شرايط مختلف عملياتي ( Rt) جدول( ۸) مقادير مقاومت ذاتي , گرفتگي , پلاريزاسيون و کلي غشاء
مقاومت
(Rp) پلاريزاسيون
مقاومت گرفتگي
(Rf)
مقاومت کلي
(Rt) غشاء
مقاومت ذاتي
(Rm) غشاء
فشار(بار) (°C) دما
١/٨٨ ١/١ ٤/٤٤ ٠/٩٨ ١/٥ ٣٠
١/٦٣ ١/١٥ ٤/٤٧ ١ ٢
٢/٠٤ ١/١١ ٤/٧٤ ١/١٢ ١/٥ ٤٠
١/٨٨ ١/٠٨ ٥/٠٦ ١/١٠ ٢
٢/٥٨ ١/٠٧ ٥/١٤ ١/١١ ١/٥ ٥٠
٢/٣٨ ١/٠٤ ٥/٧٥ ١/٠٩ ٢
٢/٣٥ ١/٠٣٦ ٤/٩٣ ١/ متوسط - ٠٧٩
%٤٧ %٢١ - % درصد - ٢٢
همان طور که ملاحظه مي شود مقدار مقاومت پلاريزاسيون از ساير مقاومت ها بيشتر است(در حدود ۵۰ % کل مقاومت غشاء) و
۲ مي باشد.با افزايش فشار / پلاريزاسيون غلظت غشايي نقش مهمي در مقاومت کلي دارد.متوسط مقدار مقاومت پلاريزاسيون ۳۵
مقاومت کلي غشاء افزايش يافته , در حاليکه مقاومت پلاريزاسيون با افزايش فشار کاهش نشان داده است که احتما ً لا به دليل افزايش
.( هر دو افزايش يافتند(جدول ۸ Rt و Rp ۵۰° C نيروي محرکه غشاء و دور شدن مواد از سطح غشاء مي باشد.با افزايش دما از ۳۰ به
۳- درصد دفع فسفوليپيد ها -۴
درصد فسفوليپيدهاي روغن کلزا در طي فرآوري مرسوم در جدول ( ۹) آورده شده است.شايان ذکر است که مقدار فسفر روغن کلزاي
۵۲۷ بود.هم چنين مشخصات روغن کلزاي رنگبري شده بعد از تصفيه قليايي و صمغ ppm مورد استفاده در اين تحقيق در حدود
گيري اسيدي در جدول ( ۱۰ )آورده شده است.همان طورکه از جدول ( ۹) ملاحظه مي شود استخراج روغن با حلال باعث ورود مقادير
بيشتر فسفوليپيد به روغن مي گردد, در حالي که استخراج با پرس مقدار کمتري از ترکيبات فسفاتيدي را وارد روغن مي کند.در طي
صمغ گيري مرسوم نيز بخش زيادي از فسفاتيد ها حذف مي شوند ,اما مقدار آن به صفر نمي رسد.کاهش ميزان مواد فسفاتيدي با
مقدار فسفوليپيد تراوه روغن کلزا در ,UF غشاء جالب توجه است.لذا براي مشخص شدن درصد دفع فسفوليپيدها با به کار گيري
شرايط مختلف عملياتي اندازه گيري شده و نتايج آن در جدول ( ۱۱ ) آورده شده است.
جدول( ۹) ترکيب فسفوليپيدهاي روغن کلزا در طي فرآوري به روش مرسوم(%)
فسفاتيديل (ppm) نمونه روغن فسفر
کولين
فسفاتيديل
اتانول آمين
فسفاتيديل
اينوزيتول
فسفاتيديک
اسيد
فسفاتديل
سرين
۳/۱ ۲۱/۶ ۱۹/۸ ۱۸/۸ ۳۱/۲ ۵۲۹/ حلال ۰
۴/۵ ۲۰/۳ ۱۸/۷ ۱۶/۱ ۴۳/۳ ۲۴۲/ پرس شده ۳
۱۴/۶ ۳۸/۴ ۲۸/۹ ۱۰/۸ ۲/۸ ۱۲/ صمغ گيري شده ۲
جدول( ۱۰ ) مشخصات روغن کلزاي رنگبري شده بعد از تصفيه قليايي و صمغ گيري اسيدي
مشخصات تصفيه قليايي/ رنگبري صمغ گيري اسيدي /رنگبري
۰ مانند روغن خام / اسيدهاي چرب آزاد (%) ۱
کمتر از ۳ کمتر از ۳ (ppm) فسفر
کمتر از ۵۰ کمتر از ۵۰ (ppm) کلروفيل
۰/ ۰ کمتر از ۱ / کمتر از ۱ (ppm) آهن
صفر صفر (meq/kg) مقدار پراکسيد
۱ -۳ ۱ - مقدار انيزيدين ۳
۱- ۱۳ ۱ -۱۳ (ppm) گوگرد
صفر صفر (ppm) صابون
جدول ( ۱۱ ) مقادير فسفوليپيد تراوه تحت شرايط مختلف عملياتي فرآيند اولترافيلتراسيون روغن کلزا
(ppm) زمان (دقيقه) مقدار فسفوليپيد تراوه (bar) فشار (°C) دما
۳۰
۱/۵
۱۵/۸۱ ۱۵
۱۰/۵ ۳۰
۲
۱۳/۷ ۱۵
۹/۵ ۳۰
۴۰
۱۹/۶ ۱۵ ۱/۵
۱۳/۲ ۳۰
۲
۱۶/۸ ۱۵
۱۵/۷ ۳۰
۵۰
۱/۵
۲۴/۱ ۱۵
۱۶/۸ ۳۰
۲
۲۰ ۱۵
۱۶/۸ ۳۰
فرآيند غشايي کارايي بالايي را جهت کاهش مقادير فسفوليپيدي در منابع مختلف نشان داده است و نتايج اين تحقيق نيز کاهش قابل
ملاحظه اي را نشان داده است. همان طور که در شکل هاي ( ۱۰ ) و ( ۱۱ ) نشان داده شده است با افزايش دما درصد دفع کاهش مي
يابد که شايد علت اين موضوع انحلال بيشتر فسفوليپيدها و يا گسستگي ميسل هاي فسفوليپيدي با افزايش دما باشد. با افزايش فشار
و زمان فرآيند نيز درصد دفع فسفوليپيدها افزايش يافته است(شکل ۱۲ ). همبستگي بين دما, فشار و زمان در معادله( ۱۷ ) آورده شده
است و ميتوان از آن براي پيشگويي درصد دفع استفاده کرد.
%PL = 13.206 + ( 0.352 * Temprature) - (2.503 * Pressure) - ( 0.306 * Time) (١٧)
R = 0.958 Rsqr = 0.917 Adj Rsqr = 0.886
95
96
97
98
99
30 40 50
Temprature,
%PL Rejection
Time 15 Time 30
شکل ( ١٠ ) درصد دفع فسفوليپيد ها در فشار ٢ بار
94
95
96
97
98
99
30 40 50
Temprature,
%PL Rejection
Time 15 Time 30
١ بار / شکل ( ١١ ) درصد دفع فسفوليپيد ها در فشار ٥
95
95.5
96
96.5
97
97.5
98
30 Temp4r0ature, 50
%PL Rejection
TMP 1.5 TMP 2
شکل ( ۱۲ ) تاثير زمان روي درصد دفع فسفوليپيدها
نتايج ساير محققان در زمينه حذف فسفاتيدها از روغنها نيز موثر بودن به کار گيري فرآيند هاي غشايي را نشان داده است .به عنوان
در جدول ( ۱۲ ) آورده شده است.با ملاحظه نتايج بدست آمده مي توان دريافت که UF مثال نتايج آناليز روغن سويا تصفيه شده با
روغن هايي مانند آفتابگردان, شلغم روغني و پنبه .(Lin et.al, ۹۹ % فسفاتيد ها را حذف کرده است( 1997 / در حدود ۶ UF فرآيند
.(Patterson, دانه با اين روش کام ً لا صمغ گيري شده و مي توانند مستقيمًا وارد مرحله تصفيه فيزيکي شوند( 1992
جدول( ۱۲ ) آناليز روغن سويا قبل و بعد از اولترافيلتراسيون
UF بعد از UF ترکيبات قبل از
منابع :
----------------------
----------------------
کلمات کليدي :
----------------------
----------------------
نام ثبت کننده مقاله :
محسن سلیمانی
