إذا سبق لك أن شاهدت زيتًا يخرج من معصرة لولبية - داكنة وغائمة وتفوح منه رائحة البذور القوية التي جاءت منها - فلن تخمن أبدًا أنها نفس المادة التي ينتهي بها الأمر كزجاجة تذوق شفافة ومحايدة-على رف السوبر ماركت. هذا التحول هو عملية تكرير النفط، وهي عملية متعددة-مراحل تعمل على إزالة الشوائب الموجودة بشكل طبيعي في الزيت النباتي الخام مع الحفاظ على الدهون الثلاثية التي تجعل الزيت ذا قيمة. لا يتعلق الأمر فقط بجعل الزيت يبدو نظيفًا - فكل خطوة تستهدف مركبات محددة تؤثر على النكهة والثبات ومدة الصلاحية وحتى السلامة.
ما يحتويه النفط الخام في الواقع
النفط الخام - النفط الناتج مباشرة من الضغط أو الاستخلاص بالمذيبات، قبل أي عملية تكرير - يتكون في الغالب من الدهون الثلاثية (الزيت المحايد الذي نريده)، ولكنه يحمل أيضًا مزيجًا من المركبات غير المرغوب فيها. تجعل الدهون الفوسفاتية (الصمغ) الزيت غائمًا وتسبب الرغوة عند تسخينه. الأحماض الدهنية الحرة (FFA) تعطي الزيت طعمًا حادًا وفاسدًا وتقلل من نقطة دخانه. الأصباغ مثل الكلوروفيل والكاروتينات تعطي الزيت لونه الداكن ويمكن أن تعزز الأكسدة. قد توجد أيضًا معادن ضئيلة ومبيدات حشرية وملوثات بيئية، اعتمادًا على جودة البذور وطريقة الاستخلاص. والمركبات المتطايرة - الألدهيدات والكيتونات ومنتجات الأكسدة - هي التي تعطي النفط الخام رائحته القوية والكريهة في كثير من الأحيان.
الهدف من التكرير هو إزالة هذه الشوائب بأقل قدر ممكن من فقدان الزيت المحايد. قد تفقد المصفاة التي تتم إدارتها بشكل جيد ما بين 3 إلى 8% من وزن النفط الخام كمنتجات ثانوية وخسائر في العمليات، اعتمادًا على جودة النفط وطريقة التكرير. يمكن أن تؤدي العمليات التي تتم إدارتها بشكل سيء إلى خسارة أكبر بكثير، مما يؤثر بشكل مباشر على الربحية.
الخطوة الأولى: إزالة الصمغ
تعد عملية إزالة الصمغ أول خطوة للتكرير، وتتمثل مهمتها في إزالة الدهون الفوسفاتية - المركبات الصمغية التي تجعل النفط الخام غائمًا وغير مستقر. تعتبر الفوسفوليبيدات ذات قيمة في حد ذاتها (فهي مصدر الليسيثين التجاري)، ولكنها تسبب مشاكل عند تركها في الزيت: فهي تتشكل أثناء القلي، وتتحلل عند درجات حرارة عالية، وتتداخل مع خطوات التكرير النهائية.
الطريقة الأكثر شيوعًا هي إزالة الصمغ بالماء: يتم خلط الماء الساخن (حوالي 80-85 درجة) مع النفط الخام، مما يتسبب في ترطيب الدهون الفوسفاتية - فهي تمتص الماء وتنتفخ وتصبح غير قابلة للذوبان في الزيت. تشكل اللثة الرطبة مرحلة ثقيلة منفصلة تتم إزالتها عن طريق الطرد المركزي. يمكن تجفيف العلكة المفصولة وبيعها على هيئة ليسيثين خام، أو استخدامها في علف الحيوانات، أو معالجتها أيضًا لتحويلها إلى ليسيثين من الدرجة الغذائية -.
بالنسبة للزيوت التي تحتوي على مستويات عالية من-الفوسفوليبيدات غير القابلة للإماهة (والتي لا تستجيب للماء وحده)، يتم استخدام إزالة الصمغ بالأحماض. تتم إضافة كمية صغيرة من حمض الفوسفوريك أو حمض الستريك قبل الماء، مما يحول الدهون الفوسفاتية غير القابلة للإماهة إلى أشكال قابلة للإماهة والتي يمكن إزالتها بعد ذلك بواسطة الماء والطرد المركزي. تستخدم طريقة إزالة الصمغ الأنزيمية، وهي طريقة أحدث، إنزيمات الفسفوليباز لتحطيم هياكل الفسفوليبيد، مما يحقق مستويات أقل من الفوسفور المتبقي مع فقدان أقل للزيت. يمكن لأنظمة إزالة الصمغ المستمرة الحديثة أن تزيل أكثر من 95% من الدهون الفوسفاتية، مما يضمن بقاء الزيت صافيًا حتى تحت التبريد.
الخطوة الثانية: إزالة الحموضة (التحييد)
تعمل عملية إزالة الحموضة على إزالة الأحماض الدهنية الحرة، والتي تعد السبب الرئيسي للطعم الفاسد وتقليل مدة الصلاحية. هناك طريقتان مختلفتان بشكل أساسي: التكرير الكيميائي والتكرير الفيزيائي.
التكرير الكيميائي (ويسمى أيضًا التكرير القلوي أو تحييده) هو الطريقة التقليدية. يتم خلط محلول مخفف من هيدروكسيد الصوديوم (الصودا الكاوية) مع الزيت منزوع الصمغ. يتفاعل NaOH مع الأحماض الدهنية الحرة لتكوين الصابون (أملاح الصوديوم للأحماض الدهنية)، وهو غير قابل للذوبان في الزيت وينفصل على شكل مرحلة ثقيلة تسمى مخزون الصابون. تتم إزالة الصابون عن طريق الطرد المركزي، ثم يتم غسل الزيت بالماء الساخن لإزالة الصابون المتبقي، ثم يتم تجفيفه تحت فراغ. يعد التكرير الكيميائي فعالاً عند أي مستوى من الأحماض الدهنية الأساسية وينتج زيتًا نظيفًا للغاية، ولكن له عيوبه: فالمخزون الصابوني يحمل معه 1-3% من الزيت المحايد (خسارة اقتصادية)، وتولد العملية مياه صرف تتطلب معالجة.
يعتبر التكرير الفيزيائي (ويسمى أيضًا التكرير بالبخار أو إزالة الحموضة بالتقطير) هو النهج الأكثر حداثة وأصبح الطريقة السائدة لمعظم الزيوت النباتية. بدلاً من تفاعل FFAs كيميائيًا، فإن التكرير الفيزيائي يزيلها عن طريق التقطير: يتم تسخين الزيت إلى 240-260 درجة تحت فراغ عميق (عادةً أقل من 3 ملي بار، أو 600 باسكال)، ويتم إطلاق البخار الحي من خلاله. تتمتع الأحماض الدهنية الحرة بنقاط غليان أقل بكثير من الدهون الثلاثية، لذا فهي تتبخر ويحملها البخار بعيدًا، ثم يتم تكثيفها وجمعها كمنتج ثانوي يسمى نواتج تقطير الأحماض الدهنية (والتي يمكن بيعها للاستخدام في صناعة الصابون أو علف الحيوانات أو وقود الديزل الحيوي). تجمع عملية التكرير الفيزيائي بين إزالة الحموضة وإزالة الروائح الكريهة في خطوة واحدة، ولا تستخدم أي مواد كيميائية، ولا تنتج أي مادة صابونية أو مياه صرف، وتفقد كمية أقل من الزيت المحايد. القيد الرئيسي هو أنه يعمل بشكل أفضل مع الزيوت ذات محتوى FFA المنخفض إلى المعتدل (أقل من 3-5٪) ويتطلب إزالة الصمغ بشكل فعال جدًا أولاً، لأن الدهون الفوسفاتية المتبقية سوف تتحلل وتغمق الزيت عند درجات الحرارة العالية المستخدمة.
يعتمد الاختيار بين التكرير الكيميائي والفيزيائي على نوع الزيت ومستوى FFA والمنتج المطلوب. عادةً ما يتم تكرير زيت النخيل وزيت نواة النخيل وزيت جوز الهند ومعظم زيوت-FFA فيزيائيًا. ويمكن استخدام زيت فول الصويا، وزيت بذور اللفت، وزيت عباد الشمس في أي من الاتجاهين، على الرغم من تفضيل التكرير المادي بشكل متزايد. قد يستمر زيت بذرة القطن وبعض الزيوت المتخصصة في استخدام التكرير الكيميائي بسبب وجود شوائب محددة.
الخطوة الثالثة: التبييض
يزيل التبييض الأصباغ - في المقام الأول الكلوروفيل (الأخضر) والكاروتينات (الأصفر والبرتقالي والأحمر) - بالإضافة إلى الصابون المتبقي والفوسفوليبيدات ومنتجات الأكسدة والملوثات النادرة. على الرغم من اسمها، إلا أنها ليست عملية تبييض كيميائية؛ إنها عملية امتزاز باستخدام تراب التبييض (الطين المنشط) وأحيانًا الكربون المنشط.
العملية واضحة ومباشرة: يتم تسخين الزيت منزوع الصمغ والمحمض إلى 90-110 درجة تحت فراغ (عادة حوالي 50 ملي بار)، ويتم خلط 0.5-2% من تراب التبييض. يحتوي الطين المنشط على مساحة سطحية ضخمة ويمتص جزيئات الصباغ، والصابون المتبقي، والشوائب القطبية الأخرى على سطحه. بعد 15 إلى 30 دقيقة من وقت التلامس، تتم تصفية خليط الزيت-الأرضي من خلال مرشحات أوراق الضغط أو مكابس الترشيح، مما يؤدي إلى إزالة تراب التبييض المستهلك وترك زيت{10}شفاف فاتح اللون. يمكن إضافة الكربون المنشط بنسبة 0.1-0.5% للزيوت ذات التصبغ الثقيل أو لإزالة الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs) والملوثات النزرة الأخرى.
يعتبر التفريغ مهمًا لأنه يمنع أكسدة الزيت عند درجات الحرارة المرتفعة، حيث يتفاعل الأكسجين الموجود في الهواء - مع الزيت الساخن وينتج-نكهات ومنتجات أكسدة. تعتبر تربة التبييض المستهلكة، والتي تحتوي على 20-40٪ من الزيت المحصور، منتجًا ثانويًا يستخدم أحيانًا في علف الحيوانات أو صناعة الطوب أو مدافن النفايات، على الرغم من أن محتوى الزيت يجعله خطرًا على الحريق إذا لم يتم التعامل معه بشكل صحيح.
الخطوة الرابعة: إزالة الروائح الكريهة
إزالة الروائح الكريهة هي خطوة التكرير الرئيسية الأخيرة، وهي ما يمنح الزيت المكرر طعمه ورائحته المحايدة. الهدف هو إزالة المركبات المتطايرة - الأحماض الدهنية الحرة (في التكرير الفيزيائي)، والألدهيدات، والكيتونات، والكحولات، والرائحة الأخرى - والنكهة-المركبات النشطة - بالإضافة إلى أي مبيدات حشرية متبقية وهيدروكربونات عطرية متعددة الحلقات خفيفة.
إزالة الروائح الكريهة هي في الأساس عملية تقطير بالبخار تتم عند درجة حرارة عالية وفراغ عميق. يتم تسخين الزيت إلى 180-220 درجة لإزالة الروائح الكريهة التقليدية (بعد التكرير الكيميائي) أو 240-260 درجة للتكرير الفيزيائي (حيث تحدث إزالة الحموضة وإزالة الروائح معًا). يتم الاحتفاظ بالضغط عند 2-6 ملي بار (منخفض جدًا، بالقرب من -الفراغ)، ويتم إطلاق البخار الحي عبر الزيت. يقوم البخار بإزالة المركبات المتطايرة، والتي يتم بعد ذلك تكثيفها وجمعها. تتراوح مدة المكوث عادةً من 30 إلى 90 دقيقة، اعتمادًا على نوع الزيت ومستوى إزالة الروائح الكريهة المطلوب.
تعد درجة الحرارة المرتفعة ضرورية لأن المركبات المتطايرة لديها ضغط بخار منخفض وتحتاج إلى حرارة لتتبخر، ولكنها أيضًا الجزء الأكثر حساسية في العملية. يمكن أن تؤدي الحرارة الزائدة أو فترة الإقامة الطويلة جدًا إلى التدهور الحراري للزيت - تكوين الأحماض الدهنية المتحولة، وانعكاس اللون، وفقدان مضادات الأكسدة الطبيعية مثل التوكوفيرول. تم تصميم مزيلات الروائح الحديثة لتقليل التعرض للحرارة عن طريق استخدام مواد التعبئة المنظمة (التي تزيد من كفاءة ملامسة البخار-للزيت) وأوقات بقاء أقصر عند أعلى درجة حرارة. بعد إزالة الروائح الكريهة، يتم تبريد الزيت بسرعة تحت فراغ، وغالبًا ما تتم إضافة كمية صغيرة من حمض الستريك (50-200 جزء في المليون) كعامل خالب لربط المعادن النزرة وتحسين الاستقرار التأكسدي.
خطوة اختيارية: إزالة الشمع (فصل الشتاء)
تحتوي بعض الزيوت - زيت عباد الشمس وزيت الذرة وزيت نخالة الأرز وبعض زيوت بذور العنب وبذور القطن - على إسترات الشمع التي تكون صلبة في درجة حرارة الغرفة. إذا تركت هذه الشموع في الزيت، فإنها تسبب غيومًا عند تبريد الزيت (في الثلاجة، على سبيل المثال) ويمكن أن تستقر كرواسب في قاع الزجاجة. بالنسبة للزيوت التي يتم بيعها كمنتجات شفافة ومصنفة على أنها -مرتبة، يلزم إجراء خطوة إزالة الشمع.
إزالة الشمع (وتسمى أيضًا فصل الشتاء) هي عملية بلورة وترشيح بسيطة. يتم تبريد الزيت المبيض أو المكرر بالكامل ببطء إلى 5-15 درجة (اعتمادًا على نوع الزيت) ويتم الاحتفاظ به عند درجة الحرارة هذه لعدة ساعات، مما يسمح لإسترات الشمع بالتبلور إلى جزيئات صلبة. يتم بعد ذلك تصفية الزيت من خلال مكبس الترشيح أو مرشح الغشاء، وإزالة بلورات الشمع وترك الزيت الشفاف الذي يظل شفافًا حتى في درجات حرارة التبريد. الشمع المفلتر هو منتج ثانوي بسيط، يستخدم أحيانًا في التطبيقات الصناعية أو أعلاف الحيوانات.
المنتجات الثانوية والعائد
لا تقتصر عملية التكرير على إزالة الشوائب - فحسب، بل إنها تنتج أيضًا منتجات ثانوية قيمة تساهم في اقتصاديات العملية. من خلال إزالة الصمغ، يمكن معالجة اللثة المفصولة وتحويلها إلى الليسيثين، وهو مستحلب غذائي يستخدم على نطاق واسع، أو بيعها كعلف للحيوانات. من التكرير الكيميائي، يمكن تحميض مخزون الصابون لاستعادة الأحماض الدهنية الحرة لاستخدامها في الصابون أو وقود الديزل الحيوي أو علف الحيوانات. من التكرير الفيزيائي، يعتبر نواتج تقطير الأحماض الدهنية منتجًا قابلاً للبيع يستخدم في تطبيقات مماثلة. من التبييض، تكون للأرض المستهلكة قيمة محدودة ولكن يمكن معالجتها في بعض الأحيان لاستعادة الزيت المحبوس.
يتراوح إجمالي إنتاج التكرير - النسبة المئوية للنفط الخام الذي ينتهي به الأمر كزيت طعام مكرر - عادةً من 92% إلى 97%، اعتمادًا على جودة النفط الخام (محتوى FFA، ومستوى الفوسفور، وحمولة الشوائب) وطريقة التكرير. يمكن أن ينتج عن النفط الخام-عالي الجودة الذي يحتوي على نسبة منخفضة من FFA وإزالة جيدة للصمغ ما يزيد عن 97%؛ قد ينتج عن النفط الخام-ذو الجودة الرديئة الذي يحتوي على نسبة عالية من FFA ومستويات عالية من الشوائب ما يصل إلى 90%. بالنسبة لمصفاة تقوم بمعالجة آلاف الأطنان شهريًا، فإن فرقًا بنسبة 1% في العائد يترجم إلى إيرادات كبيرة، ولهذا السبب يتم أخذ تحسين العمليات والتحكم فيها على محمل الجد.
خاتمة
تعمل تكرير زيت الطعام على تحويل الزيت الخام الداكن ذو النكهة القوية إلى المنتج الواضح والمحايد والمستقر الذي يتوقعه المستهلكون، من خلال سلسلة من العمليات الفيزيائية والكيميائية التي يتم التحكم فيها بعناية. تعمل عملية إزالة الصمغ على إزالة الدهون الفوسفاتية باستخدام الماء أو الحمض أو الإنزيمات. تعمل عملية إزالة الحموضة على إزالة الأحماض الدهنية الحرة إما عن طريق التفاعل الكيميائي مع الصودا الكاوية (التكرير الكيميائي، إنتاج مادة الصابون) أو عن طريق التقطير بالبخار الفراغي ذي درجة الحرارة العالية- (التكرير الفيزيائي، إنتاج نواتج تقطير الأحماض الدهنية). يستخدم التبييض الطين المنشط والكربون لامتصاص الأصباغ والشوائب المتبقية. تستخدم عملية إزالة الروائح الكريهة بخارًا بدرجة حرارة عالية- تحت فراغ عميق لإزالة النكهة المتطايرة ومركبات الرائحة، مما يؤدي إلى إنتاج الزيت النهائي المحايد-المذاق. تعمل عملية إزالة الشمع الاختيارية على إزالة استرات الشمع للزيوت التي تحتاج إلى البقاء صافية في درجات الحرارة المنخفضة.
الاتجاه السائد في الصناعة هو التكرير الفيزيائي - مواد كيميائية أقل، نفايات أقل، إنتاجية أعلى، وإزالة الحموضة مجتمعة-إزالة الروائح الكريهة في خطوة واحدة - ولكن لا يزال للتكرير الكيميائي مكانه بالنسبة لبعض الزيوت ونسبة عالية من-خام FFA. ما لا يتغير هو المبدأ الأساسي: إزالة الشوائب التي تجعل الزيت غير مستقر، أو عديم النكهة-، أو غير آمن، مع الحفاظ على الدهون الثلاثية المحايدة التي تجعل الزيت مكونًا غذائيًا قيمًا.
