رنگ بری در صنعت روغن نباتی

BLEACHING IN VEGETABLE OIL INDUSTRY

رنگبری در صنعت روغن های خوراکی فرآیندی گسترده تر از نام آن که صرفا حذف رنگ در روغن ھای خوراکی است، می باشد. حذف انتخابی ترکیبات جزئی غیر روغنی ناخواسته از روغن ھای گیاھی یک شکل از جداسازی است که در این فرآیند اتفاق می افتد. جداسازی مقادیر جزئی صابون ھا، صمغ ھا، فلزات و پرواکسیدان ھا بخشی از ترکیبات جدا شده طی این فرآیند ھستند و در واقع این فرآیند علاوه بر رنگبری نوعی تصفیه ھم به شمار می آید.

رنگدانه ھا (PIGMENTS)

ترکیباتی ھمچون رطوبت، ذرات معلق معدنی، صمغ ھا و موم ھا بطور قابل توجھی ظاھر یک روغن را تحت تأثیر قرار می دھند و آن را کدر کرده و رنگ ظاھری آن را تغییر می دھند و رنگ طبیعی روغن پس از حذف این ترکیبات ناخواسته با عملیاتی ھمچون صمغ گیری، تصفیه قلیایی و شستشو قابل رؤیت می شود. این رنگ از رنگدانه ھای مختلف حاضر در روغن که دارای نوع و مقادیر متفاوت ھستند حاصل می شود. از آن جایی که طبیعت شیمیایی این رنگدانه ھا متفاوت است یک نوع فرآیند نمی تواند بطور مساوی برای حذف تمام آن ھا مؤثر واقع شود.

شدت و نوع رنگ روغن ھای گیاھی در مراحل مختلف تصفیه متفاوت است اگر در یک مرحله از فرآیند یک رنگ در مخلوط رنگ ھا حذف شود و یا میزان آن کاھش پیدا کند گاھا این اشتباه رخ می دھد که رنگ تازه ای در محصول ایجاد شده است. در عین حال این مسئله حائز اھمیت است که بعضی از رنگ ھا ممکن است از شکستن رنگدانه ھای اصلی و یا بدلیل واکنش آن ھا با ترکیبات غیر روغنی موجود مشتق شوند و این اغلب سبب تغییر به رنگ قھوه ای و عدم وضوح می شود و این رنگ به شدت در برابر حذف کامل مقاومت می کند و این مشکل معمولا حاصل عدم توجه در نگھداری صحیح از دانه یا روغن خام ایجاد می گردد و باید احتیاط ھای لازمه حین برداشت، روغن کشی و استخراج روغن برای به حداقل رساندن این اتفاقات صورت پذیرد. بطور مثال اگر تحت تاثیر حرارت در رنگبری، رنگدانه خاصی تخریب می گردد اما ترکیباتی حضور دارند که با حرارت تیره می شوند می بایست اول آن ھا از روغن جدا شوند، علاوه بر این که اگر موادی ھمچون صمغ ھا در روغن باقی مانده باشند با رنگدانه ھا برای قرار گرفتن در سطح خاک رنگبر و یا کربن رقابت خواھند نمود و در نتیجه ابتدا باید برای بالا بردن کارایی جذب در رنگبری، این ترکیبات حذف شوند.

در ادامه این مطلب انواع مهم رنگدانه های موجود در روغن های گیاهی شرح داده می شود.

کلروفیل‌ها (CHLOROPHYLLS)

کلروفیل ملکولی است که نور خورشید را جذب می‌کند و از انرژی آن برای سنتز کربوهیدرات از دی اکسید کربن و آب استفاده می‌کند. این فرآیند را فتوسنتز می‌گویند. کلروفیل‌ها گروه خیلی مهمی از رنگدانه‌های طبیعی هستند که در ساختار آن‌ها چهار هسته پیرول (Pyrrole) C ،B ،A و D توسط چهار گروه متین (Methine) به صورت ( – CH = ) به هم متصل شده‌اند.

هنگامیکه موقعیت‌های بتاپیرول توسط گروه‌های متیل و اتیل اشغال گردد، ما دارای ساختارهای پورفیرین خواهیم بود که خصوصیات پیوندهای جذبی در ناحیه مرئی در طیف را خواهند داشت. در واقع حلقه پورفیرین به یک اتم مرکزی متصل می‌شوند. در کلروفیل اتم مرکزی منیزیم است.

کلروفیل‌ها در گیاهان عالی و جلبک‌های سبز از انواع a (سبز مایل به آبی) و b (سبز مایل به زرد) با نسبت ۳ به ۱ هستند. جلبک‌های دریایی حاوی اشکال a و c هستند.

طی فرآیند استخراج و یا طی فرآیند، با حذف منیزیم از کلروفیل‌های a یا b به ترتیب  فئوفیتین a یا b تولید می‌شود. این رنگدانه‌ها بطور مثال رنگدانه‌های سبز مهم روغن زیتون هستند که منیزیم با دو اتم هیدروژن جایگزین شده است.

از جمله اتفاقات دیگر طی دماهای بالا حذف گروه کربومتوکسی است که همانند حذف اتم منیزیم و تولید فئوفیتین‌ها، با حذف گروه کربومتوکسی، یک اتم هیدروژن جایگزین آن می‌گردد.

کلروفیل‌ها دارای دارای رنگ سبز درخشان و یا سبز متمایل به زرد هستند درحالیکه فئوفیتین‌ها دارای رنگ سبز مایل به قهوه‌ای هستند.

کلروفیل‌ها بعنوان عامل فتوسنتز احتمال اکسیداسیون اولیه در روغن‌ها را سبب می‌شوند و بعد از آنکه مقادیر کمی از کلروفیل، بطور مثال ppm۴ تخریب گردد، انواع رادیکال‌های آزاد حاصل از اکسیداسیون ایجاد می‌شود.

فرآیندهای تصفیه قلیایی و بی‌بو تاثیری بر روی کلروفیل‌ها نداشته و بیشترین تقلیل را توسط جذب توسط خاک رنگبر اسیدی پیدا می‌کنند.

کاروتنوئیدها (CAROTENOIDS)

کاروتنوئیدها منبع اصلی رنگ زرد/قرمز در چربی‌های حیوانی و گیاهی هستند و تا کنون حدود ۷۰ واریته از کاروتنوئیدها شناسایی شده است. کاروتنوئیدها از واحدهای ایزوپرن  ساخته شده‌اند و دارای اشکال حلقوی و غیرحلقوی بوده و حاوی مشتقاتی از واحدهای پلی‌ایزوپرنیک هستند. از انواع کاروتنوئیدها، هیدروکربن‌های ایزومر، آلفا و بتا لیکوپن، گاما کاروتن و خصوصا بتاکاروتن بخوبی شناخته شده‌اند.

ویتامین A از بتاکاروتن مشتق می‌شود. از دیگر کاروتنوئیدهای قابل توجه می‌توان به گزانتوفیل‌ها که مشتقات هیدروکسیلیک یا کتونیک هستند اشاره نمود که لوتئین نیز از این دسته می‌باشد.

جذب در این دسته در ماوراء‌بنفش‌نزدیک اتفاق می‌افتد یعنی بخش‌های آبی-سبز از طیف (۴۲۰ تا ۴۷۵ نانومتر) و بنابراین رنگ ظاهر شده زرد/قرمز می‌باشد. عمل جذب مرتبط با پیوندهای مضاعف کونژوگه می‌باشد.

روغن‌های پالمی که دارای کیفیت خوبی باشند دارای حداکثر جذب در ناحیه ۴۵۸ نانومتر هستند و میزان کاروتن آن‌ها در گستره ۵۰۰ تا ۲۰۰۰ بخش در میلیون می‌باشد.

وقتی روغن پالم آسیب ببیند نه تنها از میزان جذب در طول موج ۴۵۸ نانومتر کاسته می‌گردد بلکه یک جابجایی جذب به طول موج ۴۵۰ نانومتر هم اتفاق می‌افتد.

کاروتنوئیدها عموما محلول در چربی و نامحلول در آب هستند و به قلیا مقاوم ولی ناپایدار در برابر حرارت، اسیدها و اکسیداسیون هستند. هیدروژناسیون به راحتی رنگ آن‌ها را از بین می‌برد چراکه پیوندهای دوگانه کونژوگه را مورد هدف قرار می‌دهد. اگرچه در مرحله خنثی‌سازی قلیایی بعضی از کاروتن‌ها ممکن است در خمیرصابون به دام افتاده و حذف شوند اما بیشتر آن‌ها در فاز روغنی باقی می‌مانند.

بر خلاف خیلی از انواع دیگر رنگدانه‌ها چه طبیعی و چه مصنوعی، کاروتن‌ها مهارکننده اکسیژن منفرد هستند و بنابراین در مقابل شروع فتواکسیداسیون مقاومت می‌کنند.

در فرآیندهای تصفیه روغن‌های خوراکی باید از رنگبری اکسیداتیو پرهیز نمود چرا که طی زمان رنگ حذف می‌شود اما گلیسریدها هم به سمت فساد می‌روند.

خاک‌های فعال‌شده اسیدی و کربن به راحتی کاروتنوئیدها را جذب می‌کنند اما این مورد در ارتباط با سیلیکای مصنوعی صدق نمی‌کند.

فلاوین‌ها (FLAVINES)

ساختار پایه فلاونوئید در شکل قابل ملاحظه می‌باشد. اگر ۲ تا ۳ پیوند دوگانه کاهش پیدا کند، فلاونون‌ها را خواهیم داشت.مشتقات هیدروکسیل از خانواده فلاوین در گیاهان بصورت رنگدانه‌های زرد رنگ وجود دارند.

مشتقات فلاوین‌های شناخته‌شده حاوی گروه و یا گروه‌های هیدروکسیل هستند. هیدروکسی فلاوین‌ها غالبا بصورت گلیکوزیدها  در گیاهان حضور دارند. اگرچه خیلی از انواع فلاوین‌ها دارای جذب کمتر از ۴۰۰ نانومتر هستند اما بعضی از آن‌ها نیز دارای جذب بالای ۴۰۰ نانومتر نیز می‌باشند و این مطلب فرضیه همراهی این نوع فلاوین‌ها با کاروتنوئیدها در ایجاد رنگ زرد در رنگدانه سویا را تقویت می‌کند.

تصفیه قلیایی هیچ تأثیری روی این رنگ ندارد و البته خاک رنگبر آن‌ها را حذف می‌کند و بنابراین بی‌بوکردن نیز هیچ تغییر بعدی را ایجاد نمی‌کند. حذف رنگ‌های فلاونوئیدی هیچ مشکلی را در فرآیند تصفیه روغن ایجاد نمی‌کند و جالب توجه است که بعضی از فلاوین‌ها دارای خاصیت آنتی‌اکسیدانی هستند که بدلیل حضور گروه‌های هیدروکسیل از نوع فنولیک در آن‌ها می‌باشد.

آنتوسیانیدین‌ها (ANTHOCYANIDINS)

خیلی از رنگ‌های خانواده گل‌ها و انواع توت‌ها بدلیل حضور آنتوسیانین‌هاست که حاصل ترکیب آنتوسیانین‌ها و یک شکر می‌باشد. هنگامیکه آنتوسیانین‌ها با یک اسید هیدرولیز می‌شوند، شکر و نمک آنتوسیانین تولید می‌شود.

ساختار پایه آنتوسیانین در شکل قابل ملاحظه می‌باشد. شباهت کلی با ساختار فلاوین‌ها کاملا قابل ملاحظه است. آنتوسیانین‌های طبیعی دارای خاصیت فنولیک بوده و با قلیا و یا اسید تولید نمک می‌کنند بنابراین یک نمک با یک قلیا ممکن است آبی‌رنگ باشد (گل ذرت) و یا با یک اسید قرمز باشد (گل رز، شمعدانی) درحالیکه آنتوسیانین آزاد بنفش رنگ است. آنتوسیانین‌ها در ناحیه ۴۸۰ تا ۵۵۰ نانومتر دارای جذب هستند و تا حدودی می‌توانند به رنگ یک روغن مانند سویا کمک کنند که البته خیلی هم با اهمیت نیست. آنتوسیانین‌ها همچون فلاوین‌ها با تصفیه قلیایی تغییری نمی‌کنند و البته جذب خاک رنگبر می‌شوند.

گوسیپول (GOSSYPOLS)

گوسیپول ترکیبی فنولیک موجود در غدد انواع پنبه‌دانه‌های سنتی است و می‌تواند تا حدود 0/2 درصد نیز در روغن خام پنبه‌دانه وجود داشته باشد. این ترکیب دارای خواص آنتی‌اکسیدانی است و اکسیداسیون منجر به ایجاد تیرگی در روغن می‌گردد و این امر تا حدودی نیز مربوط به شکل‌گیری رنگدانه گوسیپورپورین می‌باشد. ماکیان و خوک‌ها به شدت از گوسیپول آزاد باقیمانده در کنجاله و کیک پنبه‌دانه آسیب می‌بینند.

نکته دیگر در مورد روغن پنبه‌دانه وجود گاماتوکوفرول به میزان کم در روغن پنبه‌دانه تصفیه شده است که به تدریج به ترکیب قرمز تیره تبدیل می‌گردد و با طی شدن دوره القاء شروع به اکسید شدن می‌کند و رنگ آن بدلیل تخریب آن، روشن‌تر می‌گردد. البته این کاهش رنگ خیلی برای تولیدکنندگان محصولات خوراکی دیر است چون کیفیت روغن خصوصا عطر و طعم آن کاهش پیدا می‌کند.

گوسیپول و ترکیبات وابسته به آن قابل کنترل در فرآیند تصفیه قلیایی روغن خام هستند و این مسئله بدون نیاز به بالا بردن زیاد درجه حرارت قابل انجام است ضمن اینکه خاک رنگبر فعال شده هم رنگ روشن‌تری را ایجاد خواهد نمود.

آنچه می‌بایست جهت دستیابی به روغنی تصفیه شده و با رنگ مطلوب در نظر گرفته شود توجه به نگهداری از دانه می‌باشد به نحوی که از قرارگرفتن آن در حرارت بالا و یا شرایطی که منجر به فساد گردد جلوگیری شود ضمنا روغن خام که تازه روغن‌کشی شده باشد و یا با حلال استخراج شده است نباید در دمای بالا و در مجاورت هوا نگهداری شود چرا که این خطر وجود دارد که در اثر اکسیداسیون تثبیت رنگ صورت گیرد و جداسازی بعدی آن با تصفیه قلیایی، شستشو و یا جذب توسط خاک رنگبر از کارایی کمتری برخوردار شود.

از جمله پیشرف‌هایی که در اصلاح پنبه‌دانه صورت گرفته است می‌توان به تولید پنبه‌دانه‌هایی بدون غدد اشاره نمود که روغن، کنجاله و لسیتین با کیفیت بالایی تولید می‌کنند ضمن اینکه مقاوم به آفات از جمله حشرات نیز هستند.