Yağ Hidrojenasyonu Nedir? Nasıl Bir Teknolojidir?

Hidrojenasyon işlemi, kimyasal olarak, doymamış organik bileşiklerin (alken, alkin gibi) karbon atomlarının bileşiklerle yaptığı doymamış bağlarında, hidrojenle doyurulması ve doymuş hale getirilmesidir. Özellikle gıda yağ sanayinde çokça uygulanan ve yağ hidrojenasyonu olarak geçen işlem, doymamış yağ asitleri karbonları arasındaki çift bağlara hidrojen ilavesi olarak tanımlanmaktadır. Sıvı halde bulunan veya içerisinde düşük erime noktasına sahip moleküller bulunduran bir yağdan, erime noktası yüksek, kısmen veya tamamen katı özellikte yağ eldesi oluşturmak için en yaygın kullanılan yöntemdir. Amacı, çift bağların sayısını azaltmak ve böylece, yağlarca büyük bir problem arz eden, oksijenle temas ederek bozulmalara neden olan oksidasyon duyarlılığını azaltmak, mevcut ürünün fiziksel özelliklerini değiştirerek, ürünün kullanım alanlarını arttırmaktır. Örneğin margarinler, sorteningler bu yollarla oluşturulmuştur.

6135_yag

Hidrojenasyon, ilk olarak Debus tarafından 1863 yılında gerçekleştirilmiştir. Modern hidrojenasyon işlemi ise, Sabatier ve Senderens tarafından 1897 – 1905 yılında gerçekleştirilen araştırmalarda ortaya konulmuştur. Yağ asitlerinin sıvı fazda hidrojenasyonu, ilk kez 1902 yılında, Almanya’’da Wilhelm Normann tarafından patent altına alınmıştır. Devamında, 1903 yılında, yine Wilhem Normann tarafından Britanya’’da patent alınmıştır. 1906 yılında, Normann tarafında oluşturulan ve ilk kez İngiltere’de bulunan bir fabrikada, balina yağının sertleştirilmesinde kullanılmıştır. Bunu, Almanya, İngiltere, Birleşik Devletler ve Hollanda’’da inşa edilen başka fabrikalar izlemiştir. Bu yağlar, belirli bir süre, sabun üretiminde kullanılmıştır. 1913 yılında, Amerika’’da, hidrojene pamuk yağı sortening olarak piyasaya sunulmuştur. 1920 – 1940 yıllarında, hidrojene yağlarla uygun erime noktalı, yumuşak, plastik margarin ve sortening üretimi üzerine çeşitli çalışmalar yapılıp, ürünlerin arzulanan kalitede üretilmesi konusunda ilerlemeler sağlanmıştır. Türkiye’’de ise, hidrojenasyon ve margarin üretimi 1950’’den sonra geniş ölçüde tanınmış ve üretiminde önemli mesafeler alınmıştır.

Hidrojenasyonda farklı 3 faz bulunur.

– Sıvı olarak: Doymamış yağ asitleri
– Katı olarak: Katalizör (genellikle nikel)
– Gaz olarak: Hidrojen gaz formu

Elde edilecek mamul yağın yapısı, bu farklı formların kullanım şartlarına göre değişiklik göstermektedir.

6135_hidrejenasyon

Hidrojenasyon sonucu, elde edilen mamul yağın kompozisyonunu, bileşimini, özelliklerini etkileyen bazı unsurlar bulunmaktadır:

1- Kullanılan katalistin tipi
2- Yağdaki katalist konsantrasyonu
3- Hidrojenasyon ortamının hidrojen gazı basıncı
4- Hidrojen ortamının reaksiyon sıcaklığı
5- Hidrojen gazının ortama dağılım derecesi

Bu işlemler gerçekleşirken, yağın yapısında iki önemli kalite değişikliği ortaya çıkar. 1.si, yağın erime sıcaklığı yüksek derecelere kayar. 2.si, yağın dayanıklılığı yani oksidasyon stabilitesi artar.

Hidrojenleme, ezgotermik yani çevresine ısı yayan bir reaksiyondur. Dolayısıyla, bu işlemler yapılırken bazen ısıtma borularına buhar sevki durdurulabilir veyahut soğuk su sirkülasyonu bile yapılması gerekebilir.

Yağlardaki iyot sayısı, doymamış yağ asitlerinin durumuyla ifade edilen bir özelliktir. Dolayısıyla, hidrojenle doyurulma sırasında iyot sayılarında değişme meydana gelecektir. Azalma görülecektir. 1 ton yağın iyot sayısını 1 birim düşürmek için, 1 m3 hidrojen gazı gereklidir. Örnek verilecek olursa, iyot sayısı 106 olan pamuk yağının iyot sayısını 65’’e düşürmek için 106 – 65 = 41 m3 hidrojen gazına ihtiyaç vardır. Ayrıca, 1 m3 hidrojen gazı üretmek için, 5.5 kw/h elektrik enerjisine ihtiyaç vardır. Dolayısıyla, yüksek iyot sayılı yağlardan hazırlanacak hidrojene yağların üretim maliyetleri de yüksek olacaktır. Hidrojene yağlar için en uygun olan yağlardan biri, %20 palmitik asit içeriğine sahip olan pamuk yağıdır. Bu uygulama açısından hem uygun bir kaynak, hem de değerli bir yağdır.

6135_nikel_elementi_simgesi_ni

Hidrojenasyonda, katalist önemli bir elementtir. Hidrojenasyonda kullanılacak katalizör aktif, uzun ömürlü, seçici, filtrasyonla kolayca uzaklaştırılabilen izomer formda ve partiden partiye değişmeyecek kararlılıkta tutarlı olmalıdır. Katalistin aktivitesi, bir parti yağı uygun bir zaman dilimi içinde hidrojene etmek için, ne kadar katalist gerektiğini belirtir. Aktivite, belli özel şartlar altında hidrojene edilen yağın iyot sayısının birim zamandaki düşüşüyle belirlenir. İyi bir katalist, birkaç defa kullanılabilmektedir. Ancak, aktivitede meydana gelen azalmayı tolere etmek için, her kullanımda belli oranda hidrojenasyon ortamına katalist ilave edilmektedir.

Hidrojenasyon işlemi belli basamaklarla yapılmaktadır. Kısaca akım şeması şöyle özetlenebilir:

Kuru ve rafine yağ ile işlem yapılır. Bir kısım yağ ise, ısıtmalı karıştırma kazanında katalistle karıştırılır. Bu ikisi birlikte, otoklava konulur ve 120o C’ye ısıtılır. Karışıma hidrojen gazı eklenir. İstenilen sertleşme derecesine kadar, ortalama 100o C’’ye kadar soğutulur. Süzme yani filtrasyon işleminden geçirilir ve katalist ortamdan ayrılır. Hidrojene edilmiş yağ elde edilmiş olur.

Kaynakça:
Gıda Mühendisliği Bitkisel Yağ Teknolojisi Ders Kitapları

Yazar: Gökçe Cömert