بخشی از مقاله
چکیده
فرآوری روغنهای گیاهی یکی از اهداف اولیه بهکارگیری غشاء میباشد که این موضوع به علت پتانسیل روش غشایی در حفظ انرژی و همچنین در بهبود کیفیت روغن است. هدف از این تحقیق بررسی صمغگیری میسلای روغن خام سویا با فیلتراسیون غشایی و با استفاده از پایلوت پلنت اولترافیلتراسیون با جریان عرضی است.غشاﺀ مورد استفاده از جنس PVDF، چند کاناله و با اندازه منافذ 200 کیلو دالتون میباشد. میسلای روغن سویا-هگزان به نسبت %30 - W/W - به عنوان خوراک استفاده و شرایط عملیاتی زیر به کار بردهشد: دمای 40 و 50 ˚C، فشار 1، 1/5 و 2 بار. اثر پارامترهای عملیاتی بر کارایی فرآیند اولترافیلتراسیون - شار تراوه، گرفتگی غشاء و درصد دفع - و شاخصهای کیفی - درصدهای دفع فسفولیپیدها، اسید چرب آزاد و رنگ - مورد بررسی قرارگرفت. نتایج نشان داد که ، درصدهای دفع فسفولیپیدها، اسید چرب آزاد و رنگ به ترتیب برابر با %90/5، %46 و %14 بودند. بیشترین شار تراوه به میزان 104/18 kg.m-2.h-1 در دمای 50 ˚C و فشار 2 بار بدست آمد. گرفتگی غشاء اندک - حدود - %16 بود.
مقدمه
جداسازی فسفو لیپید ها - صمغ گیری - اولین مرحله فرآیند تصفیه روغن نباتی است که آب، محلول های نمکی و اسید رقیق به روغن اضافه می شوند تا فسفولیپید ها به حالت هیدراته و نامحلول در روغن درآمده و سپس توسط صاف کردن و عمل ته نشینی و سانتریفوژ کردن از روغن جدا شوند. فسفولیپیدها به دلیل خواص امولسیونکنندگی باعث دشواری عملیات بعدی، افزایش افت روغن خنثی و تشکیل ترکیبات رنگی سیاه در مرحله بوگیری میشوند، لذا باید از روغنها خارج گردند . - 10 - معایب اصلی این فرآیند افت یا کاهش قابل توجه روغن، مقادیر زیاد فاضلاب و مصرف بالای انرژی است. در مقابل فنآوری غشایی به دلایل متعدد از جمله مصرف پایین انرژی، ایمنی بالا، عدم استفاده از مواد شیمیایی، بهبود کیفیت محصول، حفظ مواد مغذی و سایر ترکیبات مطلوب، کاهش حجم فاضلاب، سهولت عملیات و انجام فرآیند در دماهای پایین به عنوان یک روش جایگزین مناسب بسیار مورد توجه قرار گفته است . - 2 - البته موانعی بر سر راه توسعهی این فنآوری مدرن وجود دارد که از آن جمله میتوان به شار کم تراوه1 و گرفتگی غشاء اشاره کرد . - 10 - محققان بسیاری اولترافیلتراسیون میسل رشد یافته را برای صمغ- گیری میسلای روغن- هگزان به کار بردهاند 4 - ، 5 و. - 7 فرآوری روغنهای گیاهی یکی از اهداف اولیه بهکارگیری غشاء میباشد که این موضوع به علت پتانسیل روش غشایی در حفظ انرژی و همچنین در بهبود کیفیت روغن است.در سالهای اخیر گروهی از محققین - 12-14 - فرآوری روغنهای استخراج شده با حلال، روغنهای پرس - 15 - و روغنهای سرخکردنی استفاده شده - 16 - را با استفاده از غشاهای متراکم غیر متخلخل پلیمری ارزیابی کردهاند. تحقیق دیگری در سال 2005 برای صمغ گیری از روغن سویا با استفاده از غشاء میکروفیلتراسیون انجام گرفت. جنس این غشاء پلی اتر سولفونی با اندازه منافذ غشاء - 2MWCO 101/9 KDa - بود و درصد دفع 3PLs بالاتر از % 89 گزارش شد. در سال 2005 با استفاده از دو نوع غشاء پلی اتر سولفونی - PES - با اندازه منافذ غشاء متفاوت، عمل صمغ گیری از میسلای روغن آفتابگردان را انجام شد . - 3 - میزان روغن در میسلای مذکور % 30 - W/W - ذکر شده است. درصد دفع PLs با استفاده از هر دو غشاء % 95-97 گزارش شده است. محققین
دیگری در سال 2002 جداسازی فسفولیپید ها را از روغن سویای خام توسط غشاء اولترافیلتراسیون پلی ایمیدی - PI - انجام دادند. بر طبق گزارشات آن ها درصد دفع PLs بالاتر از % 90 مشاهده شد . - 6 - با این وجود و علیرغم تلاشهای تحقیقاتی قابل توجه، فرآیندهای تجاری معدودی از این نوع فنآوری در صنایع روغنهای خوراکی، در دسترس هستند و برای دستیابی به نتایج رضایتبخش، میبایست شرایط و پارامترهای عملیاتی و همچنین نوع و جنس غشاء به درستی انتخاب شود. هدف از انجام این کار صمغ گیری از میسلای روغن سویا با استفاده از غشاء 4PVDF با جریان عرضی است. کارایی فرآیند اولترافیلتراسیون - شار تراوه، گرفتگی غشا، درصد دفع5 فسفولیپید، اسید چرب آزاد و جذب رنگ - با تغییر شرایط و پارامترهای عملیاتی همچون اختلاف فشار در عرض غشاء 6 - TMP - و دما مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روشها
غشاء: در این تحقیق از یک غشاء پلی وینیلیدن فلوراید - PVDF - با اندازه منافذ 200 - MWCO - کیلو دالتون - ساخت شرکت ITT آمریکا - استفاده شد. مدول به کار رفته از نوع لولهای و سطح مؤثر غشاء 0/1 m2 است. تجهیزات آزمایشی: در این پژوهش یک سیستم پایلوتی غشایی UF با جریان عرضی طراحی و ساخته شد. این سیستم شامل یک تانک تغذیه، پمپ سانتریفوژی فشار بالا، دبیسنج، مدول غشایی، فشارسنج، هیتر استیل مجهز به ترموستات وشیر کنترل جریان است. جنس تمام شیرها، لولهها و اتصالات از جنس استیل 316L است.
صمغگیری: ابتدا غشاء در معرض پیش-تیمار شامل خیساندن در مخلوطی از حلالهای آلی جهت کاهش قطبیت قرار گرفت 3 - و - 7 و شار هگزان تحت شرایط عملیاتی مورد آزمایش ارزیابی شد. سپس تانک خوراک از نمونه میسلای روغن سویای خام که به نسبت %30 - w/w - تهیه شده بود تغذیه شده - روغن خام سویا از کارخانه کشت و صنعت سویابین گلستان تهیه شد - و عملیات اولترافیلتراسیون در شرایط عملیاتی مورد نظر به مدت 45 دقیقه ادامه یافت. در انتها مجدداً شار هگزان اندازهگیری شده تا میزان گرفتگی غشا مشخص شود. در پایان هر بار عملیات، سیکل شستشوی غشاء انجام گرفت تا شار اولیه بدست آید.
تیمارها و صفات مورد بررسی: در این پژوهش اثر پارامترهای عملیاتی اولترافیلتراسیون نظیر اختلاف فشار در عرض غشاء 1 - - TMP - ، 1/5و 2 بار - ، دما 40 - و - 50С˚ بر کارایی این فرآیند - شار تراوه میسلا، گرفتگی غشاء، درصدهای دفع فسفولیپید، اسید چرب آزاد و رنگ - مورد بررسی قرار گرفت. شار تراوه میسلا در بازهی زمانی هر 3 دقیقه از طریق ثبت وزن تراوه و جاگذاری آن در فرمول - 1 - ، گرفتگی غشاء از طریق فرمول - 2 - و درصد دفع از فرمول - 3 - محاسبه گردید. . - 11 -
که V1 حجم تراوه خوانده شده در زمان t1 بر حسب L ، V2 حجم تراوه خوانده شده در زمان t2 بر حسب L ، A سطح مؤثر غشاء بر حسب m2 ، t فاصله زمانی بین خواندن دو حجم V1 و V2 بر حسب hr ، J h شار
هگزان قبل از انجام عملیات و J hF شار هگزان بعد از انجام عملیات، Ri درصد دفع برای جزء i ، Ci,P و Ci, f به ترتیب مقدار جزء در فاز خوراک و تراوه است. مقدار فسفر با استفاده از روش آبی مولیبدونیم AOCS Ca 12-55، اسید چرب آزاد از روش AOCS Ca5a-40 و رنگ روغن با استفاده از رنگ-سنج تینتومتر لاویباند روش AOCS Cc13e-92، در نمونههای روغن خام، تراوه و ناتراوه بعد از تبخیر هگزان توسط دستگاه روتاری اواپراتور
اندازهگیری شد . - 9 -
روش آماری: در این تحقیق اثر پارامترهای عملیاتی فرآیند صمغگیری غشایی شامل فشار - در سه سطح - و دما - در دو سطح - بر کارایی فرآیند اولترافیلتراسیون و خصوصیات کیفی روغن خام سویا در قالب آزمایشهای فاکتوریل با استفاده از طرح کاملاً تصادفی و در 3 تکرار مورد بررسی قرار گرفته و برای مقایسه میانگین ها از آزمون دانکن با سطح اطمینان % 5 استفاده شد.
نتایج وبحث
نتایج نشان داد که شار تراوهی میسلا با گذشت زمان به تدریج کاهش مییابد تا اینکه به یک شار نسبتاً ثابت برسد - شکل . - 1 البته همانطور که از شکل ملاحظه میشود، آن کاهش شدید اولیه گزارش شده توسط محققین قبلی را نمیتوان در این تحقیق مشاهده نمود 3 - ، 9 و . - 10 این موضوع احتمالاً به دلیل تفاوت در خصوصیات محلول خوراک و نوع غشاء - جنس، اندازه منافذ - در این پروژه بوده است. عنوان شده است که کاهش اولیه در شار احتمالاً به خاطر تشکیل لایه پلاریزاسیون غلظت در نزدیکی سطح غشاءاست. بدیهی است سرعت و ضخامت تشکیل این لایه تحت تأثیر عواملی همچون اختلاف فشار، دما و سرعت جریان میباشد در آزمایشات انجام شده مشاهده گردید که با افزایش فشار، شار تراوه افزایش مییابد که این با قانون هاگن- پویسلی مطابقت دارد و نشان دهنده این است که شار تراوه در شرایط عملیاتی بهکار رفته در این تحقیق در منطقه وابسته به فشار قرار دارد - . - 3 با افزایش دما نیز شار تراوه افزایش یافت که علت آن کاهش ویسکوزیته خوراک و افزایش ضریب نفوذ حلال و اجزاء محلول با افزایش دما است که هردو روی شار مؤثرند. عامل اصلی محدود کننده به کارگیری فرایندهای غشایی تحت فشار، گرفتگی است که به دلیل تجمع، رسوب و جذب ذرات کوچک روی سطح غشاء و کریستالیزاسیون و رسوب مواد محلول ریزتر در میان منافذ غشاء است . - 10 - گرفتگی، شار را به طور قابل توجهی در طی عملیات کاهش میدهد. نتایج گرفتگی غشاء طی عملیات صمغگیری غشایی در جدول - 1 - آمده است. با ملاحظه این جدول میتوان دریافت که درصد گرفتگی با افزایش دمای فرآیند کاهش لیکن با افزایش فشار افزایش مییابد که مورد اخیر را میتوان به افزایش پلاریزاسیون غلظت و تشکیل لایه ژل ضخیمتر در فشارهای بالاتر نسبت داد . - 1 - از دیگر عوامل مؤثر بر کارایی فرآیند اولترافیلتراسیون میسلای روغن خام سویا، درصد دفع اجزا خوراک میباشد. نتایج درصد دفع اجزاء مختلف به عنوان تابعی از شرایط عملیاتی در جدول - 2 - آمده است. فرآیند غشایی کارایی بالایی را جهت کاهش مقادیر فسفولیپید در منابع مختلف نشان داده است و نتایج این تحقیق نیز
