YAĞLARIN GIDADA DEĞİŞİ NTEMLERİ KONTROL YÖNTEMLERY. Fakültesi Biyodizel Ar-Ge Grubu.

Transkript

1 YAĞLARIN GIDADA FİZİKSEL ve KİMYASAL K DEĞİŞİ ĞİŞİMLERİ,, GIDADAN ÇEKİLME SÜRES REÇLERİ ve KONTROL YÖNTEMLERY NTEMLERİ Prof. Dr. Bülent B KESKİNLER GYTE Mühendislik M Fakültesi Biyodizel Ar-Ge Grubu bkeskinler@gyte.edu.tr

2 ATIK YAĞ Sanayide veya sanayi dışıd alanlarda belli bir süre s kullanılan lan yağ,, fiziksel ve kimyasal özelliklerini kaybederek atık k yağ haline gelir. Oluşan bu atık yağlar, ekotoksik olmalarının n yanında nda içerdikleri i ağır r metal ve klor bileşiklerinin iklerinin yakılmalar lmaları sonucu atmosfer kirliliğine ine sebep olurlar ve insan sağlığı ığına zarar verirler. Bu nedenle atık k yağlar güvenli bir şekilde bertaraf edilmeli veya insanlar için in zararlı olmayacak biçimde imde kullanılmal lmalıdır.

3 ATIK YAĞLARIN ÇEVRESEL ETKİLER LERİ Atık k yağlar ekotoksik özelliğe e sahiptir; bulunduğu u ortamı kirletir, ortamda yaşayan ayan canlılara lara zarar verir. Atık k su kirliliğinin inin %25 oranında nda kaynağı ğını,, kullanılm lmış bitkisel ve hayvansal yağlar oluşturmaktad turmaktadır. r. Arıtılmayan atık k suların n içindeki i indeki bitkisel ve hayvansal atık k yağlar; denizlere, göllere g ve akarsulara döküldüğü zaman o suyun kirlenmesi ve sudaki oksijenin azalması sonucu; ortamdaki, başta balıklar olmak üzere diğer canlılar lar üzerinde büyük k tahribata yol açar. a ar. Küçük k fırınlarda f yakılmas lması,, içindeki i indeki ağıa ğır r metal ve klor bileşimleri imleri atık hava ile birlikte atmosfere salınarak havayı kirletir ve insan sağlığı ığına zarar verir. Bu nedenle bu işlem i yasaklanmış ıştır. Kullanılm lmış yağlar lavaboya döküldd ldüğü zaman dren sistemine sıvans vanır, kanalizasyon borusu içindeki i indeki atıklar kların n yapış ışmasına ve zamanla borunun daralmasına neden olur. Kanalizasyona dökülen d atık k yağlar diğer atıklar kları tutar ve kanalizasyon sisteminin kullanılmaz lmaz hale gelmesine sebep olurlar. Böylece B atık k su arıtma tesislerine zarar verir ve işletme i maliyetini artırır. r. ABD de yapılan bir araştırmaya rmaya göre g lavaboya dökülen atık k yağlar ların n kanalizasyon sistemlerinin %40 oranında nda tıkanmasınana sebep olduğu u bildirilmiştir.

4 Yağ ve gresler, anaerobik parçalanmaya alanmaya karşı dirençlidirler. Çamur içerisinde bulunduklarında, nda, çürütücülerde aşıa şırı köpüklenme klenme olmasına neden olabilir, filtrenin gözeneklerini g tıkayabilir t ve çamurun arazide gübre olarak kullanılmas lmasını bozabilirler. Evsel ve endüstriyel atıksular ksuların n ve çamurların n yağ ve gres içerii eriği, i, bu tip maddelerin toplanmasında nda ve arıtılmas lmasında oldukça önemlidir. Yağ ve gres sudaki çözünürl rlüğünün n az oluşu u nedeniyle sıvıs fazdan ayrılma eğilimi gösterir g ve üst faz oluşturur. Yağ ve gres, suda ayrış ışmaları oldukça a yavaş olup, bulundukları ortamlardan kolayca gitmezler. Bu nedenle birçok sucul ortamlarda problemler doğururlar. Yağ ve gres ön çökeltim havuzunda köpük k k halinde ayrılırlar. rlar. Bu nedenle yüksek y yağ ve gres içerii eriği i taşı şıyan endüstrilerde köpük k k problemi oldukça önemli olmakla birlikte çamurun vakum filtrasyonu da oldukça güç olur. Membran ile bir arıtım m yapacağı ğımız z zaman özellikle yağ ve gresi gidermemiz gerekir. Aksi takdirde yağ ve gres membranın n tıkanmast kanmasına na neden olabilir.

5 Evsel atık k sular genel olarak biyolojik olarak arıtılırlar. rlar. Evsel atık k su içinde inde bulunan yağlar ları biyolojik olarak arıtmak zordur. Çünk nkü biyolojik arıtmada faaliyet gösteren g bakteriler yağ ve gresle kaplanarak aktiviteleri engellenir. Bu nedenle atık k yağlar atık k suyun KOI ve BOI sinde ciddi artış ışlara neden olur. Atıksu arıtma tesislerinde problem oluşturan yağ ve gresin tamamı ön çökeltim havuzlarında uzaklaştırılmaz. lmaz. Suyun içerisinde i çok ince emülsiyon halinde önemli miktarda yağ ve gres kalır. Aktif çamur tesislerinde gres çoğunlukla gres kürecikleri k içine i ine birikir ve bunlar yüzerek, son çökeltim keltim havuzlarında hoş olmayan bir görüntg ntü arz eder. Damlatmalı filtre ve aktif çamur proseslerinin her ikisi de sıvıdan s biyolojik kütledeki k hücrelere h oksijen transferini engelleyen fazla miktardaki gresten önemli ölçüde etkilenir. Ayrıca biyolojik arıtmada aktif çamur prosesi 30 mg/l den fazla yağ içeriyorsa çamur inhibe olur ve aktivitesi engellenir [Öztürk, M., Kullanılmış Bitkisel Ve Hayvansal Yağlar lar, Ankara, 2004].

6 KULLANILMIŞ KIZARTMA YAĞLARI Kızartma işlemi, i en basit olarak gıda g maddesinin sıcak s yağ içine ine dalması ve pişmesi olarak tarif edilir. Geçmi mişi i muhtemelen M.Ö.. 6. yüzyy zyıla kadar uzanan bu işlemin i amacı özel bir kabuk, renk, tat ve doku oluşturarak gıdang danın n hızlh zlı pişmesini sağlamakt lamaktır. Bu işlem i gıda g maddesine, kullanılan lan yağa a ve kızartma k yağı ğının n bizzat kendisine bağlı olan pek çok değişkeni içeren i kompleks bir prosestir. Esas olarak kızartma k bir dehidrasyon işlemidir i ve şu üç temel karakteristiği i içerir: i 1. Yüksek yağ sıcaklığı ( o C) hızlh zlı ısı iletimi ve kısa k pişme süresi s sağlar, 2. Ürün n sıcakls caklığı (kabuk bölgesi b hariç) ) 1000 o C ı geçmez, 3. Suda çözünen madde kaybı minimumdur. Kızartma işleminde i ısı enerjisi bir ısı kaynağı ğından pişirilecek irilecek olan gıda g maddesine yağ ortamında iletilir. Derin kızartma k (deep-frying) ısı iletim ortamının n tüm t m yağ kütlesi olduğu, u, başka bir deyişle gıda g maddesinin tamamının n veya tamamına yakın n bir kısmk smının n yağa a battığı işlemdir. Bu işlemde i ısı ve kütle k iletimi birlikte yürür. y r. Isı yağdan gıdaya g transfer olurken, su gıdadan g buharlaşı şır r ve yağ gıda tarafından adsorplanır. r.

7 KIZARTMA SIRASINDA YAĞDA MEYDANA GELEN FİZİKSEL F ve KİMYASAL K DEĞİŞİ ĞİŞİMLER Kızartma sırass rasında yürüyen y yen reaksiyonlar nedeni ile yağda bazı fiziksel ve kimyasal değişmeler olur. Şekil 1 de 1 kızartma k sırass rasında yağda oluşan bu değişimler imler şematik olarak gösterilmig sterilmiştir. tir. Havadaki veya gıdadaki g oksijen, gıdang danın n nemi ve yüksek y sıcakls caklık k nedeniyle yağda başlıca üç temel bozunma reaksiyonu gerçekle ekleşir: suyun neden olduğu u hidroliz, oksijen ve ısının n neden oldukları oksidasyon ve termal bozunma. Tüm T bu reaksiyonlar çok sayıda polimerizasyon ürünlerinin oluşmas masına neden olan kompleks reaksiyonlardır. r. Teşhis edilebilen polimerizasyon ürünü sayısı 400 den fazladır. Yüksek Y sıcakls caklıkta, kta, gıdadan g buharlaşan an suyun yağ yüzeyinde oluşturdu turduğu u koruyucu tabaka nedeni ile oksijen temini zorlaştığı ığından, oluşan ana reaksiyon oksidasyondan polimerizasyona kaymaktadır. Bu reaksiyonlardan başka yağ ile gıda g da bileşenleri enleri arasındaki reaksiyonlar sonucu da bozunma ürünleri oluşabilmektedir.

8 Kızartmadan sonra bitkisel yağda gözlenen g bazı yaygın fiziksel değişimler: imler: vizkozitenin artması, özgül ısının n artması, yüzey geriliminde değişme, renkte değişme, yağı ğın n köpük k k oluşturma eğiliminin e artmasıdır. r.

9 Oksijen Su Buhar, Uçucu bileşikler Havalandırma Oksidasyon Hidroperoksitler konjugedienler Alkoller, ketonlar aldehitler Asitler Hidrokarbonlar Adsorpsiyon Patates parçası Dehidrasyon Dimerler, trimerler, Epoksitler, alkoller, Hidrokarbonlar Polimerizasyon Buharlaşma Buhar Hidroliz Serbest yağ asitleri Diaçilgliseroller Gliserol Monoaçilgliseroller Dimerler >>>>>>>>>>> >>>>>>>>>>> Isı Kaynağı

10 Kızartma sırass rasında yağda çok geniş bir aralıkta değişen en fiziksel ve kimyasal değişimler imler olur. Oksijen, nem ve yüksek y sıcakls caklık, k, yağda başlıca 3 ana reaksiyonun oluşmas masına neden olur. 1. Oksidasyon, 2. Hidroliz, 3. Termal ve oksidatif polimerizasyon reaksiyonları Kızartma koşullar ullarına göre g farklı derecede ve farklı mekanizmalar üzerinden gerçekle ekleşebilen ebilen tüm t m bu reaksiyonlar sonunda kızartma k yağı ğında yüzlerce y farklı yapıda, ancak hepsi polar karakterli bozunma ürünleri oluşmaktad maktadır. Örneğin gıdang danın n içerdii erdiği i suyun neden olduğu yağ hidrolizi sonunda mono ve digliseridler, serbest yağ asitleri oluştururken, havanın n ve gıdang danın n içerdii erdiği i oksijen, doymamış yağ asitlerinden, önce hidroperoksitlerin oluşmas masına ve bu ara ürünlerinde derhal bozunarak çeşitli ikincil oksidasyon ürünleri ile bunların polimerizasyon ürünlerinin nlerinin oluşmas masına neden olur.

11 Kızartma nedeni ile yağlarda, uçucu u ucu maddelerden uçucu u ucu olmayan monomerik ve polimerik maddelere kadar değişen en geniş bir aralıkta ürünler oluşur. ur. Isıtmaya ve kızartmaya k devam edildiğinde inde bu maddeler bozunmaya devam eder. Parçalanma alanma ürünleri kötük koku ve muhtemel zehirli etki oluşturacak seviyeye ulaşı şır r ve yağı kızartma zartma için i in uygun olmayan hale getirir. Oluşan bu maddelerin miktarı ve kimyasal yapılar ları yağ ve gıda g tipleri, kızartma k koşullar ulları ve oksijen bulunması gibi pek çok faktöre bağlıdır. İlave olarak söz s z konusu kimyasal reaksiyonlar birbirleriyle ilgili olarak bir kompleks ürün n karışı ışımı üretebilir. retebilir. Tüm T m bu bozunma ürünleri polar karakterli maddeler olduğundan, undan, kızartma k yağlar larının n toplam polar madde içerikleri i (TPM), meydana gelen bozunma reaksiyonların n miktarı hakkında sağlıkl klı değerlendirmeler erlendirmeler vermektedir. Pek çok ülkede kızartma k yağlar larının n kullanımdan çekilmesi için in TPM içerikleri i için i in sınırlays rlayıcı değerler erler kabul edilmiştir. Bu değer er birçok Avrupa ülkesi için i in % dir. Bazı ülkeler ise bu değere ere ek olarak % oligomerik madde içerikleri i için i in % gibi yasal sınırlamalar getirmişlerdir.

12 Kızartma sırass rasında oluşan polar yapıdaki bozunma ürünlerinin bir kısmı küçük k molekül l ağıa ğırlıklı aldehitler, ketonlar, epoksitler, hidrokarbonlar ve siklik yapıdaki uçucu u ucu bileşiklerdir. iklerdir. Uçucu U olmayan bozunma ürünleri ise başlıca orta molekül l ağıa ğırlıklı aldehitler, okso-, hidroksi-,epoksi,epoksi- ve siklik asit grupları içeren trigliseritler, bu trigliserit ve asitlerin dimer ve polimerleridir. Kızartma K işlemi i devam ettikçe e söz s konusu bozunma ürünlerinin miktarları giderek artmaktadır. r. Örnek olarak bazı işletmelerde yapılan ölçümlerde, toplam polar madde içeriğinin inin %60 a a ve polimer madde içerii eriğinin inin de %48 e e kadar ulaştığı ığının n saptandığı bilinmektedir. Kızartma K sırass rasında oluşan bozunma ürünlerinden aldehitler, ketonlar, siklik yağ asitleri ve bunları içeren trigliseritler, deney hayvanları üzerinde sağlığ ığa a zararlı etkileri saptandığı ığından insan sağlığı ığına da zarar verme potansiyeli yüksek y bileşikler ikler olarak kabul edilmektedirler.

13 Kızartma yağlar ları,, kızartma k işlemi i sırass rasında oluşan ve sağlığ ığa a zararlı olabilecek bu maddelerden başka gıda g maddesinden kaynaklanan ve yağda yüksek y çözünürl rlüğü olan heterosiklik aminler (HAs), polisklik aromatik hidrokarbonlar (PAHs), poliklorlu benzenler (PCBs), dioksinler ve benzeri sağlığ ığa a zararlı maddeleri, kullanım m süresine s bağlı olarak değişen en miktarlarda içerebilirler i (Türkay, S., Biyoyakıt t DünyasD nyası Dergisi, Mart 2007, Sayı 8).

14 Türkiye de yılda y ton bitkisel yağ gıda amacı ile kullanılmaktad lmaktadır. Bu yağdan yaklaşı şık olarak ton atık k yağ oluşmaktad maktadır. Avrupa Birliğinde inde (EU) toplanan atık k kızartma k yağlar larının n miktarı tahmini olarak yılda y yaklaşı şık ton dur. Bu miktar Kanada da yılly llık k tondur. Bu da atık k yağ kontrolünün n ne kadar önemli olduğunu unu göstermektedir.

15 Bu yağlar ları paketleyip tekrar yağ olarak satan firmalar bulunmaktaysa da bu yağlar insan sağlığı için in çok tehlikelidir ve kesinlikle gıda g amacıyla kullanılmamal lmamalıdır. Bu yağlar hayvan yemi olarak kullanılacaksa lacaksa içerisindeki i PCB (poliklorlu bifeniller), furan, PAH (poliaromatik hidrokarbonlar), dioksin ve dioksin benzeri madde miktarına mutlaka bakılmal lmalıdır r [7].

16 Bitkisel ve hayvansal atık k yağlar biyodizele de dönüştürülebilir. Önce muhtemel katı maddeler fitre edilir. Sonra yağ içinde inde bulunan su uzaklaştırılır. r. Daha sonra metanolde çözünm nmüş sodyum hidroksit veya potasyum hidroksit ilave edilerek biyodizel elde edilir.

17 ATIK BİTKB TKİSEL YAĞLARDAN BİYODİZEL ÜRETİMİ 1. Atık k yağı ğın n karakterizasyonu (FFA, su, polar madde içerii eriği i vb.) 2. Ön n işlemi 3. Transesterifikasyonla biyodizel üretimi 4. Yan ürün n gliserinin işlenmesi i ve değerlendirilmesi erlendirilmesi 5. Biyodizel ve gliserin için i in kimyasal analizler

18 NOBA REAKTÖRÜ Yıkama gliserini Vakum Yağ Alkol+Katalizör NOBA Reak. Flaş Evp. Alkol Alkol işlemeye Biyodizel Gliserin işlemeye Kuru yıkama veya Reçine sistemi

19

20

21

22

23

24

25 SONUÇ ve ÖNERİLER Ülkemizde kullanılm lmış bitkisel ve hayvansal yağ atıklar kların, yönetmeliklere uygun olmayan bir şekilde bertaraf edilmesi sonucunda insan ve çevre sağlığı tehdit edilmektedir. TürkiyeT rkiye de atık k yağ toplama konusunda faaliyet gösteren g 22 firma bulunmaktadır. Firmaların n yılda y 350 bin ton yağ toplaması gerekirken bu rakam 50 bin tonla sınırls rlı kalmaktadır. Bu atıklar geri kazanılarak sürds rdürülebilir değerli erli bir hammadde haline çevrilebilir. Geri kazanıld ldığı zaman çeşitli amaçlar için in kullanılarak larak çevreye verebileceği i zarar minimize edilebilir. Yaklaşı şık olarak ülkemizde ton civarında oluşan kullanılm lmış bitkisel ve hayvansal atık k yağlar kanalizasyona dökülmeyip d biyodizel üretimi için i in geri kazanılabilirse yılda y ton biyodizel ve yan ürün n olarak ton gliserin üretilerek ülke ekonomisine önemli bir kaynak sağlanabilir. Kullanılm lmış bitkisel ve hayvansal yağlar ların n geri kazanılmas lması ile evsel atıksular %25 oranında nda daha az kirlenmiş olur. Buda atıksu arıtma yöntemlerinde y ortaya çıkabilecek işletme i problemlerini minimize ederek maliyet açısından a bir avantaj sağlayacakt layacaktır.

26 TEŞEKK EKKÜRLER