بخشی از مقاله
چکیده
مصرف روزافزون دانه سویا، بعنوان گیاه استراتژیک قرن، صرفه جوئی در مصرف انرژي براي جداسازي روغن از این دانه ارزشمند را ضروري می نماید. از روشهاي مدرن در جداسازي روغن بوسیله حلال از دانه سویا، استفاده از فرآیند اولتراسونیک و مایکروویو می باشد، که نتیجه آن کاهش مصرف درصد قابل توجهی انرژي می باشد. در این مقاله عملکرد امواج اولتراسونیک با شدت مشخص در طی جداسازي روغن با استفاده از حلال هگزان از دانه سویا مورد بررسی قرار می گیرد. در دستورالعمل جداسازي به وسیله حلال، هگزان به فلیک هاي سویا اضافه شده و مورد تاثیر امواج اولتراسونیک با شدت یکسان و در زمانهاي متفاوت قرار می گیرد ؛ راندمان و ترکیبات روغن استحصال شده بعد از جداسازي آن ، تعیین می گردد. بیشترین راندمان جداسازي مربوط به تاثیر اولتراسونیک در زمان 3 ساعت مشخص می شود. همین ماکزیمم راندمان با جایگزینی امواج مایکروویو با توان8 00 وات و در زمان سی دقیقه بدست می آید. در مجموع مشخص می شود که جداسازي بوسیله حلال و بهمراه اولتراسونیک و یاتأثیر مایکروویو، زمان آن کوتاهتر و همچنین کاهش مصرف هگزان را بدنبال دارد. آنالیزهاي کروموتوگراف گازي از روغن سویا مورد تاثیر اولتراسونیک ونیز مایکروویو تغییر مشهودي در ترکیبات اسید چرب نشان نمی دهند . ( نسبت تغییرات زیر .(0. 05 تصویربرداري میکروسکوپی الکترونی، نشاندهنده تاثیر اولتراسونیک و مایکروویو بر روي سطوح فلیک هاي سویا می باشد. در مجموع جداسازي روغن سویا از دانه آن بوسیله حلال و به همراه استفاده از اولتراسونیک و مایکروویو می تواند موجب بهبود بازده و کاهش زمان فرآیند گردد.
واژه هاي کلیدي: سویا، اولتراسونیک، مایکروویو، حلال
-1 مقدمه
امروزه چالش تولید و مصرف انرژي یکی از موضوعات مهم و حیاتی در محافل علمی و سیاسی جهان بشمار می رود. اگر آب را عنصر اول زندگی بدانیم، یقینا مقدار انرژي می تواند در مرتبه دوم از اهمیت قرار بگیرد. ایران بعنوان کشوري با اقتصاد تک محصولی وابسته به صادرات نفت ناگزیر است به منظور پاسخگویی به رشد افزاینده سه عاملاساسی جمعیت ، نیاز به انرژي و شدت مصرف انرژي به اعمال سیاست هاي بهینه سازي و بکارگیري روش هاي صرفه جویی رو آورد. صرفه جویی انرژي در صنایع روغن و روغنکشی می تواند با نائل شدن به اهداف بهبود راندمان فرآیندها در عملیات گوناگون با استفاده از تکنیک هاي پیشرفته و توسعه تکنولوژي هاي جایگزین که در آنها صرفه جویی انرژي، قیمت و کوتاه شدن زمان انجام فرآیند مد نظر است، صورت پذیرد. جهان قرن جدید را با بحران انرژي به عنوان یک چالش اساسی آغاز نموده است و عمده تلاشهاي مراکز تحقیقاتی خود را بر کشف و ابداع منابع نو و تجدیدپذیر انرژي قرار داده است . در کنار این تلاش ها گام مهم دیگري که برداشته شده ، تکیه و تاکید خاصی بر طراحی و ابداع روشهاي نوین علمی و استفاده از دانش مهندسی در جهت به حداقل رساندن مصارف انرژي می باشد(کریم پور، .[1](1381
صنعت روغنکشی و روغن نباتی در اغلب کشورهاي جهان جزء صنایع استراتژیک و پر اهمیت قلمداد می شود. در کشورما نیز روغن نباتی جزء کالاهاي استراتژیک و مهم موجود در سبد خانوار قلمداد می شود و همواره حساسیتی خاصی نسبت به این صنعت وجود دارد. از آنجا که این صنعت از بزرگترین مصرف کننده هاي انرژي در صنایع غذایی می باشد، هر گونه صرفه جویی در این صنعت تاثیر بسزایی در مصرف انرژي خواهد داشت و با توجه به این نکته که صنایع روغنکشی و روغن نباتی در کشور ما بیش از دو برابر صنایع روغنکشی و روغن نباتی ژاپن انرژي بر می باشند، پتانسیل صرفه جوئی در این صنعت آشکارا می گردد(وزارت صنایع و معادن، .[2](1383
امروزه استفاده از روشهاي جدید مانند اولتراسونیک و مایکروویو در فرایندهاي جداسازي مورد توجه قرار گرفته است که در ادامه به آنها اشاره می شود و هدف از این تحقیق بررسی اثر استفاده از روشهاي جدید ذکر شده در بهبود راندمان و کاهش زمان جداسازي می باشد. در این مقاله ضمن تشریح استراتژیک بودن دانه روغنی سویا نسبت به دیگر دانه هاي روغنی در کشور ما و معطوف نمودن مباحث تشریحی بر این گیاه ارزشمند ابعاد مختلف این روشها بر روي دانه سویا بررسی شده و صرفه جویی در مصرف انرژي مورد توجه قرار گرفته است.
-2-1 روغنکشی از دانه سویا
دانه سویا به بزرگی یک نخود ، کمی مسطح و گرد است(شکل .(1 فواید کلیدي دانه هاي سویا به دلیل مقدار عالی پروتئین آن ها، مقدار بالاي اسید هاي چرب ضروري امگا 3 و ویتامین ها و مواد معدنی، ایزوفلاون ها و فیبرشان می باشد. دانه هاي سویا با انجام هر دو کار کاهش کل مقدار کلسترول خون (LDL) و افزایش مقدار کلسترول خوب (HDL) باعث ممانعت از ابتلا به بیماري هاي قلبی می شوند. دانه سویا حاوي 35 تا 40 درصد پروتئین و 18 تا 20 درصد روغن می باشد.
شکل -1دانه سویا
روغن سویا مهمترین روغن نباتی است که در جهان تولید می شود؛ این اهمیت به دلیل فراوانی، ارزانی، کیفیت خوب روغن و محصول پروتئینی با ارزش به جامانده (کنجاله) از روغنکشی و نیز بازده بالاي روغن است، که روغن سویا را روغن برتر در بازار هاي بین المللی و کشور ما کرده است.
کنجاله سویا که به فراوانی در صنعت خوراك سازي کشوربه مصرف می رسد، به لحاظ اسید آمینه اي وضعیت بهتري داشته و پروتئین آن که حدود 45 درصد می باشد (بدون پوسته 50 درصد) قادر است، احتیاجات حیوانات تک معده اي و ماهی ها را به اسید آمینه هاي ضروري تامین نموده و نیزسهم بسزایی در جیره طیور دارا باشد.
به دلیل مصرف بالاي روغن و گوشت در کشور ما، تنها جهت تامین کنجاله سویاي مورد نیاز داخل که اهم آن صرف خوراك دام و طیور می شود، بیشتر از 2,500,000 تن در سال، نیاز دانه سویاي کشور می باشد (رتبه سوم بعد از گندم و جو در سال .(88 از آنجا که پتانسیل روغن کشی ازاین مقدار دانه سویا در کارخانجات هم اکنون کشور وجود دارد، لذا بحث 20 درصد بهبود راندمان صنعت روغنکشی که بحث اصلی این مقاله می باشد حائز اهمیت می نماید.
در حال حاضر روغن استحصال شده از دانه سویا با استفاده از حلال انجام می شود(.[3](Liu, 1999 بیشترین حلالی که مورد استفاده قرار می گیرد جهت جداسازي روغن از دانه سویا، هگزان می باشد. چرا که این حلال به جهت قیمت پایین و مطلوب بودن مراحل استحصال روغن و حلال، وضعیت بهتري دارد( Mustakas, 1980; Serrato, .[5][4](1981 فرآیند استخراج روغن بدین صورت است که در واحد آماده سازي بعد از تمیز نمودن دانه ، در دستگاه کراکر دانه سویا به بخشهاي کوچکتري قسمت می شود (شکل .(2 از آنجا پس از پخت در دستگاه کوکر(بوسیله بخار تا دماي 75 درجه )، وارد دستگاه فلیکر شده که در آنجا به فلیک سویا تبدیل میشود (شکل .( 3 فلیک سویا در دستگاه اکسترکتور با اضافه نمودن حلال، روغن آن جدا میگردد .
در عین حال جداسازي با استفاده از حلال زمان فرایند بالایی دارد؛ استفاده بسیار زیاد از حلال هاي ترکیبات آلی ایده آل نمی باشد، و می تواند مضر براي انسان ها و محیط زیست باشد(.[6](Dunnuck, 1991 به همین دلیل یک بهبود وضعیت و یا یک روش جداسازي برتر مطلوب می باشد، که آن جداسازي با استفاده از حلال به همراه اولتراسونیک است. که می تواند براي آینده جاي گسترش داشته باشد. اولتراسونیک نمودن با شدت بالا می تواند انتقال حرارت و انتقال جرم در یک نوع از عملیاتهاي فرآیند غذائی را تسهیل نموده و تاثیر مثبتی جهت بهبود فرایند هاي اختلاط ، خشک کردن و هموژنیزه نمودن و نیز جداسازي با حلال دارا باشد( Fairbanks, 2001; Mason, .[10][9][8][7](1992; Mason, Paniwnyka, &Lorimera, 1996; Povey, 1998 بدین ترتیب که جدا سازي صوتی و برخی تاثیرات مکانیکی می تواند دیواره هاي سلولی را بهم زده و تسهیل کننده حلال براي رسوخ به داخل مواد گیاهی باشد. علاوه بر آن اولتراسونیک با تحرك بیشتر حلال مورد استفاده، باعث می شود تا سطح تماس بین حلال و اجزاي مورد نظر دانه سویا افزایش یافته که منجر به رسوخ بیشتر حلال به داخل بافت سویا می گردد(.[11](Vinatoru, 2001 این عملیات حتی باعث کاهش تشکیل محصول درون یاخته اي می شود. بنابراینعمده استفاده جداسازي با استفاده از حلال به همراه اولتراسونیک شامل کاهش زمان عملیات جداسازي و کاهش مصرف هگزان می باشد . علاوه بر این عملیات جداسازي به وسیله حلال و به همراه اولتراسونیک می تواند در دماي پایین تر صورت بپذیرد که نتیجه آن کاهش خسارت هاي دمایی به عملیات جداسازي و به حداقل رساندن فقدان ترکیبات بیواکتیو می باشد. در عین حال، در جداسازي با تأثیر مایکروویو اجزاء مورد نظر از داخل بافت دانه به میان حلال خارج می شوند ، در حالی که در جداسازي به وسیله حلال معمولی ، حلال به داخل بافت دانه نفوذ کرده و اجزاي مورد نظر را حل می نماید(.[12](Camel, 2000 اثرپذیري جداسازي به وسیله حلال با تأثیر مایکروویو می تواند به مدت چند دقیقه کامل گردد ( Ondruschka&Asghari, 2006; Eskilsson&Bjorklund, . [14][13](2000
در این مقاله نتایج حاصله از جداسازي به وسیله حلال به همراه اولتراسونیک (UAE) بر روي دانه سویا، با شرایط حاصله از جداسازي به وسیله حلال بصورت معمولی، که در حال حاضر صورت می پذیرد، مقایسه می شود. و این بهبود وضعیت به وسیله توانی مورد نظر از امواج صوتی ماکروویو آزمایش شده و جایگزین می گردد.
همچنین از کروموتوگرافی گازي و نیز آنالیز هاي تصویر برداري میکروسکوپی الکترونی، جهت مشخص شدن تاثیر اثرات اولتراسونیک و ماکروویو بر روي ترکیبات روغن و کنجاله استحصال شده، استفاده شده است.
-2 مواد و روش ها
-1-2 مواد
دانه سویا با واریته TC 388 (از کارخانه روغنکشی گروه صنعتی مدلل ) با مشخصات آزمایشگاهی روغن کل دانه %19.6 و پروتئین کل %42.2 و خاکستر کل AOCS Mix No.3 -. %5.43 یک اسید چرب استاندارد براي آنالیز هاي دستگاه GC می باشد که در یخچال تا دماي 4 درجه سانتیگراد نگهداري می گردد. حلال مورد استفاده هگزان با درجه خلوص %99.8 می باشد.
-2-2 روش ها -1-2-2 آماده سازي فلیک سویا
دانه سویا خام جهت جدانمودن هرگونه مواد خارجی از قبیل سنگریزه ها و غلافهاي گیاه که ممکن است در هنگام حمل و نقل و یا خشک نمودن و یا انبار نمودن به جا مانده باشند، تمیز می شود(125 . [15](FGIS, 1997 گرم از این دانه تمیز شده که اندازه آنها بزرگتر از 3.18 mm می باشد را جدا نموده و یک مجموعه اي از این دانه ها با رطوبت %11 که مناسب جهت دستگاه فلیکر و عملیات جداسازي با حلال می باشد، تهیه می شود(Liu, [3](1999 و در دستگاه فلیکر به فلیک تبدیل شده و فلیک هاي با حداکثر پراکندگی سایز بین 1 - 2.5 میلیمتر و ضخامت 0.35 mm درون پاکت هاي پلاستیکی دربسته جهت انجام آزمایش نگهداري می شود.
-2-2-2 دستور العمل جداسازي به وسیله حلال به همراه امواج صوتی اولتراسونیک((Ultrasonic
100 گرم از فلیک هاي سویا تهیه شده با 150 میلی لیتر حلال هگزان مخلوط شده و در داخل ظرف پلاستیک 600 میلی لیتر قرار داده می شود. مخلوط سویا و حلال به مدت زمان هاي 3.0 , 2.5 , 2.0 , 1.5,1.0 , 0.5 ساعت با امواج اولتراسونیک تحت تاثیر قرار می گیرد. با استفاده ار ژنراتور اولتراسونیک 20kHz و با هسته 1.27 cmبا توان حدود این مخلوط در یک حمام آب در دماي 25 درجه سانتیگراد که در طول فرآیند صوتی واستخراج، ثابت نگه داشته شده، نگهداري می گردد.
این مخلوط به طور یکنواخت با استفاده از یک همزن مغناطیسی همزده می شود. همین شرایط فوق را براي فلیک هاي سویا با همین حلال و بدون استفاده از اولتراسونیک انجام می دهیم . پس ازاستخراج به وسیله حلال روغن از مخلوط هگزان و سویا به وسیله تقطیر در دماي (و خنک کنندگی آب) جداسازي می گردد( Li, .[16](1999
-3-2-2 دستور العمل جداسازي به وسیله حلال با تاثیر امواج صوتی مایکروویو (Microwave)
فلیک هاي جمع آوري شده تحت تاثیر امواج ماکرویو با توان 800 وات به مدت 90 ثانیه تحت تاثیر قرار گرفته و به شکل دورانی هم زده می شوند. تا به خوبی تمام سطح هاي فلیک تحت تاثیر واقع گردد. سپس فلیک هاي به دست آمده تحت شرایط یکسان در حالت 2-2-2 (بدون عملکرد اولتراسونیک) قرار گرفته و با حلال هگزان مخلوط می شوند .
اندازه گیري میزان روغن استحصالی در این روش در زمان هاي 30 , 25 , 20 , 15 , 10 , 5 دقیقه با استفاده از دستگاه سوکسوله انجام گرفت .
-4-2-2 تعیین راندمان
راندمانجداسازيبااستفادهازرابطهزیربهدستمیآید : که روغنجداسازيشدهو Xtlدرصدروغنکلدانهسویامیباشد.
-5-2-2 تعیین نمودار خصوصیات اسید چرب به وسیله دستگاه GC
نمودارهاي اسید چرب بر طبق روش هاي استاندارد AOCS تعیین می گردند. که در FAME (Ce2-66) و آنالیز [17](AOCS,1998) (Ce1-62 ) GC شرح داده شده است. تعیین نمودار FA شامل جداسازي نمونه هاي روغن با حلال هاي آلی می باشد. که در نتیجه باعث تبدیل چربی ایزوله شده به اسید چرب متیل استر (FAME) می شود. و خواص FAME با دستگاه GC مشخص می شود. نمودارهاي FA با استفاده از کروماتوگراف گازي شماره 6890شرکتبا تزریق ستون سرد شماره و بهوسیله ثابت یونیزاسیون تعیین می گردد. دماي تزریق در 130 درجه سانتیگراد تعیین شده و با اضافه شدن 3 درجه سانتیگراد در هر دقیقه تا 210 درجه سانتیگراد با زمان نگهداري ده دقیقه . ستون گاز حاوي هلیوم با دبی باجریانگازجبرانی دبیهیدروژن ودبیهوا میباشد
