تلفن 021-88848547   021-88317033

هیدروژناسیون روغن ها و چربیها

۲۸ آذر ۱۳۹۷ مقالات
هیدروژناسیون روغن ها و چربیها

هیدروژناسیون روغن ها و چربیها :

به طور کلی هیدروژناسیون به معنی واکنش بین مراکز غیر اشباع در یک روغن یا چربی با هیدروژن در حضور یک کاتالیست فلزی است.
هیدروژناسیون واکنشی ناهمگن است که شامل سه فاز جامد، مایع و گاز بوده و روی سطح کاتالیست جامد در یک درجه حرارت و فشار مناسب انجام می گیرد.
پس از هیدروژناسیون محصول از نظر خواص فیزیکی، شیمیایی و تغذیه ای تغییر می کند. گاهی اوقات باید توافقاتی بین این ویژگی ها صورت گیرد.
هر ساله میلیونها تن از روغن سویا و دیگر روغن های گیاهی غیر اشباع حاوی اسیدهای اولئیک، لینولئیک و لینولنیک و همین طور مقادیر کمتری از روغن های ماهی، که دارای الگوهای پیچیده تری از غیر اشباعیت هستند، در معرض هیدروژناسیون قرار می گیرند.
مقادیر روغن ماهی که تحت این فرایند قرار می گیرد رو به کاهش است.
این واکنش به سه روش اصلی زیر انجام می شود :

۱- هیدروژناسیون تماسی :

یک واکنش کوتاه است که به ویژه روی روغن سویا و کلزا / کانولا اعمال می شود تا مقدار استرهای لینولنیک (۱۸۰۳) را تا حدود ۳ درصد کاهش داده و لذا زمان ماندگاری را زیاد کند.
این روش یک فرایند هیدروژناسیون سبک است. جدا از پایین آوردن سطح لینولنات، اسیدهای چرب کمی تغییر می یابند و تولید ایزومرهای ترانس در حداقل خواهد بود.
مقدار لینولناتی که کاهش پیدا می کند، به لینولئات تبدیل نخواهد شد، بلکه به مخلوطی از ایزومرهای ۱۸:۲ و شاید مقداری ۱۸ : ۱ (نه اولئات) تبدیل می شود.

۲- هیدروژناسیون جزئی :

یک روش مهم برای فرآوری روغن ها و چربیها جهت گسترش دادن دامنه کاربرد آنها می باشد.
این تکنیک که نخست توسط یک شیمیدان آلمانی به نام نورمن روی چنین موادی اعمال شد، به مدت بیش از ۱۰۰ سال به کار گرفته شده و در طول این مدت به طور مستمر بهبود یافته است.
هدف اصلی این فرایند تبدیل روغن مایع (روغن گیاهی یا روغن ماهی به یک چربی شبه جامد است که می تواند به عنوان جزئی از یک اسپرد مورد استفاده قرار گیرد.
هیدروژناسیون جزئی در مقایسه با هیدروژناسیون تماسی یک واکنش سنگین تر بوده که به موجب آن محتوای اسید چرب چند غیر اشباع به میزان بیشتری کاهش یافته و مقدار قابل توجهی ایزومر ترانس ۱۸: ۱ تشکیل می شود.
این فرایند منجر به افزایش نقطه ذوب می شود زیرا استرهای ترانس دارای نقطه ذوب بالاتری نسبت به ایزومرهای سیس هستند و قابلیت انتشار روغن، واکنش دهانی و کارایی پخت را تحت تأثیر قرار می دهد. دو تغییر دیگر نیز باید مورد توجه قرار گیرد.
در طی حذف کامل یا جزئی اسیدهای چرب چند غیر اشباع که به آسانی اکسید می شوند، پایداری اکسایشی افزایش می یابد و به خاطر از بین رفتن اسیدهای چرب ضروری و تشکیل اسیدهای چرب اشباع و اسیدهای غیر اشباع با آرایش فضایی ترانس، ارزش تغذیه ای کاهش می یابد.
در طی هیدروژناسیون، لینولئات نخست به مخلوطی از ایزومرهای سیس و ترانس ۱۸ : ۱ و سپس به استئارات تبدیل شده و کاهش می یابد.

توجه :

میزان اسید استئاریک نیز ممکن است افزایش یابد ، اما استدلال شده است که اسید استئاریک اسید چرب اصلی بالابرنده کلسترول نیست.
روغن های گیاهی نیمه هیدروژنه به همراه چربی حیوانات نشخوار کننده مهمترین منابع اسیدهای چرب ترانس هستند و به دنبال نگرانی هایی که در مورد این اسیدها وجود دارد، در حال حاضر در برخی کشورها ذکر میزان آنها روی برچسب محصول الزامی است.
با توجه به معایب هیدروژناسیون، روش های دیگری برای دستیابی به ویژگی های فیزیکی مطلوب کشف شده اند. این روش ها شامل اصلاحاتی در فرآیند هیدروژناسیون در جهت تولید ترکیبات
با ترانس کمتر و استفاده از استریفیکاسیون داخلی مخلوطهای مناسب است.
نگرانی مربوط به اسیدهای چرب ترانس به خاطر این واقعیت است که این اسیدها باعث افزایش سطح LDL (لیپوپروتئین های با دانسیته کم) و کاهش سطح HDL (لیپوپروتئین های با دانسیته بالا) در خون می شوند.
گزارش شده است که این مساله عمدتا در ایالات متحده تبدیل به یک مشکل شده است، چرا که ۷۵ درصد از چربی های مصرف شده در این کشور از روغن سویا مشتق می شوند که حاوی مقادیر بالایی از اسیدهای چرب چند غیر اشباع است.
براساس قوانین ایالات متحده آمریکا ، نمونه های حاوی کمتر از ۵ / ۰ گرم از اسیدهای ترانس غیر کونژوگه در ۱۶ گرم روغن مصرفی، می تواند به عنوان ترانس صفر در نظر گرفته شوند.

۳- هیدروژناسیون کامل :

فرآیند سنگین تری است که در واقع طی این فرایند همه اسیدهای غیر اشباع تبدیل به اسیدهای اشباع می شوند.
این فرآیند تولید روغن پایه سخت » می کند که می تواند با یک روغن مایع (غیراشباع) مخلوط شده و متعاقبا تحت استریفیکاسیون داخلی قرار بگیرد.
پایه سخت از نظر اسید استئاریک، که از هیدروژناسیون اسیدهای C۱۸ غیر اشباع موجود در روغن بکر تشکیل می شود، غنی می باشد و عدد یدی آن معمولا در حدود ۲ است.
این ماده فقط دارای مقادیر کمی از اسیدهای غیر اشباع بوده و بنابر این اسیدهای ترانس آن نیز بسیار کم است.
به هر حال ممکن است هنوز هم نوشتن کلمه «هیدروژنه شده» روی برچسب ضروری باشد.
ممکن است در مقیاس مولکولی، یکی از تغییرات زیر و یا بیش از یک تغییر در طی این واکنش اتفاق بیفتد:
هیدروژناسیون (اشباع شدن) مراکز غیر اشباع، تغییر استری اولفین های سیس طبیعی به ایزومرهای ترانس با نقطه ذوب بالاتر، تغییر مکان اتصال دو گانه و تبدیل اسیدهای چرب چند غیراشباع به اسیدهای تک غیر اشباع و اشباع.

توجه :

این تغییرات همگی نتایج واکنش بین یک مایع (روغن) و یک گاز(هیدروژن) است که در سطح یک ماده جامد (کاتالیست) رخ می دهد.
مراحل زیر خط افقی تبدیل دی ان به مونو ان و تبدیل مونوان به اسید یا استر اشباع را از طریق حالت های نیمه هیدروژنه شده که به صورت DH و MH نمایش داده می شوند، نشان می دهد.
مراحلی که به صورت عمودی نشان داده می شوند، فرایندهای برگشتی هستند که به موجب آن DH به D یا یک ایزومر دی ان (دارای دو پیوند دوگانه) و MH به M یا یک ایزومر مونوان(دارای یک پیوند دوگانه) تبدیل می شود.

توجه :

در طول این مراحل برگشتی است که ایزومرهای ترانس و ایزومرهای موقعیتی تشکیل می شوند. روی هم رفته شش مرحله وجود دارد و درک سرعت نسبی این مراحل دارای اهمیت زیادی است.
در تبدیل D به M مرحله نخست واکنش تعیین کننده سرعت است و مرحله دوم سریع می باشد.
بنابر این مقادیر DH کم خواهد بود و تبدیل DH به D کند است و فقط در موقعیت غیرعادی که هیدروژن در غلظت بسیار کمی موجود باشد، حائز اهمیت است.
در تبدیل M به S مرحله پایانی کند است و این مرحله می تواند تعیین کننده سرعت واکنش باشد. این موضوع باعث افزایش احتمال بازگشت M و MH به نقطه شروع می شود که منجر به تشکیل ایزومرهای فضایی و ایزومرهای موقعیتی می شود.
نیکل کاتالیستی است که در مقیاس تجاری مورد استفاده قرار می گیرد و به میزان ۲۵-۱۷ درصد روی یک بستر خنثی قرار دارد که با چربی سخت شده پوشانده شده است.
این کار باعث حفظ فعالیت نیکل به شکلی می شود که به صورتی آسان و ایمن در عمل به کار رود. هیدروژناسیون معمولا در دمای۱۸۰ – ۲۰۰ درجه سانتی گراد و فشار ۵بار در مخازنی که حاوی بیش از ۳۰ تن روغن است، انجام می شود.

برای به حداقل رساندن مصرف کاتالیست ، باید از روغن تصفیه شده و هیدروژنی با بالاترین کیفیت استفاده شود. به خاطر پیشرفت های جدیدی که در کیفیت کاتالیست و تجهیزات حاصل شده است، نیاز به کاتالیست به تدریج کاهش یافته است.
در سال ۱۹۹۰ غلظت ۰/۲ درصد نیکل موردنیاز بود، اما تا پایان قرن بیستم ۸ برابر کاهش یافت و به ۰۲۵/ ۰ درصد و ۵۰ / ۰ درصد رسید.

نکته :

واکنش ممکن است به روش غیر پیوسته با بیش از ۱۰-۸ محموله در یک روز ۲۶ ساعته و یا در یک روش نیمه مداوم با سرعت ۱۰۰-۲۵ تن در هر روز انجام شود. این واکنش گرمازا بوده و به سرد کردن مناسب و همین طور هم زدن جهت توزیع مناسب حرارت نیاز دارد.
در این رابطه چندین متغیر مهم باید در نظر گرفته شوند:
• ماهیت روغنی که هیدروژنه می شود.
• میزان هیدروژناسیون موردنظر.
• سلکتیویته که باید بر حسب نسبت اسیدهای چرب چند غیر اشباع – اسیدهای چرب تک غیر اشباع – اسیدهای چرب اشباع و نسبت ایزومرهای سیس به ترانس به دست آید.
• کیفیت و کمیت کاتالیست بر حسب طول منافذ، قطر منافذ، میزان فعالیت و مقدار کاتالیستی که استفاده می شود.
• شرایط واکنش شامل درجه حرارت، فشار و درجه همزدن
رقابت بین هیدروژناسیون (تغییری که هیدروژن ایجاد می کند) و ایزومریزاسیون (تغییری که هیدروژن اضافی در محصول دخالتی ندارد) بستگی به در دسترس بودن هیدروژن در سطح کاتالیست به نسبت موردنیاز دارد.

نکته :

ذخیره زیاد هیدروژن باعث تشدید هیدروژناسیون خواهد شد و ذخیره ناکافی آن اجازه می دهد که ایزومریزاسیون به میزان قابل توجهی افزایش یابد.
موجودیت هیدروژن در سطح کاتالیست با بالاتر بردن فشار و هم زدن بیشتر افزایش می یابد.
نیاز به هیدروژن در شرایط دمای بالاتر، مقدار کاتالیست بیشتر، فعالیت بالاتر کاتالیست و روغن های غیر اشباع تر، افزایش می یابد.
پیشرفت واکنش می تواند به روش های متعدد پیگیری شود که این روش ها از نظر سهولت، سرعت انجام و اطلاعاتی که فراهم می کنند، با یکدیگر فرق دارند.

این روش ها عبارتند از :

حجم هیدروژن مورد استفاده که میزان اشباع شدن را اندازه گیری می کند و میزان ایزومریزاسیون را تعیین نمی کند، عدد یدی که با یک تکنیک سریع اندازه گیری می شود و اطلاعات مشابهی را فراهم می کند، ضریب شکست نور، میزان چربی جامد که به وسیله H – NMR با تفکیک پایین اندازه گیری می شود،
شاخص چربی جامد که به وسیله دیلاتومتری (اندازه گیری انبساط حرارتی) اندازه گیری می شود، نقطه ذوب لغزشی یا کروماتوگرافی گازی متیل استرها.
کوتسایر در گانستون و پدلی (۱۹۹۷) اطلاعاتی را درباره حلالیت هیدروژن در روغن گیاهی به صورت خلاصه ارائه کرده است. بدیهی است که این اطلاعات برای هیدروژناسیون مهم هستند.

برچسب ها

آیا مقاله برای شما مفید بود؟ آن را با دوستان خود به اشتراک بزارید