Oczyszczanie oleju posmażalniczego za pomocą adsorbentów mineralnych
10
0
0
Pełen tekst
(2) 38. Wojciech Chwia∏kowski. cia w oleju zachodzà reakcje utleniania, polimeryzacji i izomeryzacji, w wyniku których powstajà wolne kwasy t∏uszczowe, hydroksykwasy, jednofunkcyjne zwiàzki organiczne majàce w swojej budowie tlen oraz ∏aƒcuchowe i pierÊcieniowe w´glowodory. Produkty te obni˝ajà jakoÊç, wartoÊç od˝ywczà i zdrowotnà olejów. Olej przechowywany w nieodpowiednich miejscach: naÊwietlonych, ciep∏ych oraz wilgotnych jest równie˝ nara˝ony na wiele zmian, takich jak zmiana sk∏adu, parametrów jakoÊciowych i w∏aÊciwoÊci fizykochemicznych. Aby zatrzymaç pogarszanie si´ jakoÊci oleju, a nawet spowodowaç jej popraw´, zu˝yty olej mo˝na oczyÊciç na ró˝nego rodzaju adsorbentach. Sà to g∏ównie zwiàzki mineralne, takie jak krzemian magnezu czy ˝el kwasu krzemowego [2–4, 7]. Ze wzgl´du na swojà budow´ i w∏aÊciwoÊci powierzchniowe w bardzo efektywny sposób zatrzymujà substancje pogarszajàce jakoÊç oleju. Badania mia∏y na celu zastosowanie oczyszczania adsorpcyjnego oleju, w którym zasz∏y zmiany zwiàzane zarówno z procesem sma˝enia, jak i nieodpowiedniego przechowywania. Proces starzenia oleju roÊlinnego sprowadzi∏ si´ do zebrania wszystkich badanych w Katedrze Chemii Ogólnej AE w Krakowie olejów stosowanych do sma˝enia ró˝nych produktów ˝ywnoÊciowych w danym roku, dodania niewielkiej iloÊci wody i pozostawienia takiej mieszaniny w warunkach niekorzystnych dla oleju, czyli w ciep∏ym, wilgotnym i naÊwietlonym miejscu. Tak przygotowany olej po dwóch miesiàcach poddano oczyszczaniu na adsorbentach mineralnych – krzemianie magnezu i ˝elu kwasu krzemowego.. 2. Cz´Êç doÊwiadczalna 2.1. Materia∏y 1. Oleje: 1) olej uniwersalny „Olek” (OLO) – rafinowany olej rzepakowy o niskiej zawartoÊci kwasu erukowego, wyprodukowany przez ZPT „Kruszwica” SA; 2) starzony olej rzepakowy „Olek” (OST) po sma˝eniu: – drób – mro˝one nogi kurczaka, przyprawione, zakupione w hipermarkecie, 21 porcji, ok. 7,2 kg, czas sma˝enia 15 min/cykl (5 minut sma˝enia + 10 minut dogrzewanie oleju), – paluszki rybne, panierowane, „Superfish” SA 21, porcji, ok. 6,3 kg, czas sma˝enia 15 min/cykl (5 minut sma˝enia + 10 minut dogrzewanie oleju), z dodatkiem wody 5% (17,5 cm3) i kwasu oleinowego (170 g). 2. Adsorbenty: – krzemian magnezu (MG), „Florisil” Fluka AG, Buchs SG, Szwajcaria, – ˝el kwasu krzemowego (SG), „silica gel” International Enzymes Ltd., Windsor, Anglia..
(3) Oczyszczanie oleju posma˝alniczego.... 39. 2.2. Analiza struktury porowatej i natury powierzchni stosowanych adsorbentów Tekstura obu adsorbentów analizowana by∏a na podstawie izotermy adsorpcji i desorpcji azotu w temperaturze ciek∏ego azotu w zakresie ciÊnieƒ wzgl´dnych p/p0 = 0,00001– 0,999 (rys. 1). Pomiary prowadzono za pomocà obj´toÊciowej aparatury adsorpcyjnej Sorptomatic 1900. Na podstawie izotermy adsorpcji azotu wyznaczono obj´toÊç i powierzchni´ mezoporów oraz powierzchni´ w∏aÊciwà wed∏ug równania BET [8]. Obj´toÊç mezoporów (Vmez) i ich powierzchni´ (Smez) obliczono metodà Dollimore’a-Heala [5]. Wyniki Smez oznaczeƒ i obliczeƒ zawiera tabela 1.. 500. a, ccm NTP/g. 400. 300. 200. 100. 0. 0,2. 0,4. 0,6. 0,8. 1. p/p0 MG adsorpcja. MG desorpcja. SG adsorpcja. SG desorpcja. Rys. 1. Izotermy adsorpcji i desorpcji azotu na adsorbentach SG i MG èród∏o: badania w∏asne.. Z wyznaczonych parametrów wynika, ˝e ˝el krzemionkowy oraz krzemian magnezu wykazujà w g∏ównej mierze tekstur´ mezoporowatà. Adsorbenty krzemionkowe ró˝nià si´ mi´dzy sobà stopniem rozwini´cia powierzchni mezoporów i powierzchnià w∏aÊciwà. Ze wzgl´du na zale˝noÊç zdolnoÊci adsorbowania adsorbatów polarnych od sk∏adu chemicznego i budowy warstwy powierzchniowej adsorbentów, do okreÊlenia natury powierzchni krzemianu magnezu i ˝elu kwasu krzemowego zastosowano adsorpcj´ pary wodnej..
(4) Wojciech Chwia∏kowski. 40. Tabela 1. Parametry struktury porowatej krzemianu magnezu oraz ˝elu kwasu krzemowego Parametr Obj´toÊç mezoporów,. cm3/g. Powierzchnia mezoporów,. m2/g. Powierzchnia w∏aÊciwa BET,. m2/g. SG. MG. 0,75. 0,40. 390. 159. 405. 198. èród∏o: [1].. 25. a, mmol/g. 20. 15. 10. 5. 0. 0,1. 0,2. 0,3. 0,4. 0,5. 0,6. 0,7. 0,8. 0,9. 1,0. CiÊnienie wzgl´dne, p/p0 ˝el krzemionkowy (SG). krzemian magnezu (MG). Rys. 2. Izotermy sorpcji wody na adsorbentach SG i MG èród∏o: badania w∏asne.. Izotermy adsorpcji wody wyznaczono metodà mikrobiuretek cieczowych [6] w temperaturze 25°C w zakresie ciÊnieƒ wzgl´dnych p/p0 = 0,05 – 0,95 (rys. 2). Podsumowujàc za B. Buczkiem [1], w zakresie niskich ciÊnieƒ wzgl´dnych p/p0 od 0 do ok. 0,3 najwy˝szà zdolnoÊç adsorpcyjnà w stosunku do polarnych czàsteczek wody wykazuje krzemian magnezu, nast´pnie ˝el krzemionkowy. Dla ciÊnieƒ powy˝ej 0,4, 0,6 i 0,8 gwa∏townie roÊnie odpowiednio dla ˝elu krzemionkowego oraz krzemianu magnezu..
(5) Oczyszczanie oleju posma˝alniczego.... 41. 2.3. Oczyszczanie zu˝ytego oleju Olej starzony OST poddano oczyszczaniu na silika˝elu (SG) i krzemianie magnezu (MG). Sporzàdzono próbki oleju z wysuszonym adsorbentem, oznaczajàc je odpowiednio: OSTSG, OSTMG Próbki oleju z danym adsorbentem zosta∏y przygotowane tak, aby zawartoÊç adsorbenta wynosi∏a 7% wagowych. Olej z adsorbentem ogrzewano i mieszano na mieszadle magnetycznym przez 30 minut, utrzymujàc temperatur´ 70–80°C. Po etapie mieszania w´giel oddzielono od oleju przez filtracj´ ciep∏ej zawiesiny (temperatura ok. 60°C) w urzàdzeniu do filtrowania pod ciÊnieniem ok. 2 atm gazu oboj´tnego (azot). 2.4. Metody badaƒ Celem oczyszczania oleju by∏o usuni´cie produktów rozk∏adu powsta∏ych podczas sma˝enia i przechowywania oleju oraz ocena skutecznoÊci i porównanie dzia∏ania stosowanych adsorbentów mineralnych. Zmiany w∏aÊciwoÊci fizykochemicznych oleju podczas sma˝enia i oczyszczania charakteryzowa∏y takie parametry, jak: – barwa (ocena wzrokowa), – g´stoÊç ρ20 (oznaczenie piknometryczne) – lepkoÊç η40 (aparat Rheotest 3, 60 s, 100 obr./min), – substancje lotne i zawartoÊç wody w [9], – liczba kwasowa LK [13], – liczba nadtlenkowa LN [11], – liczba zmydlania LZ [10], – liczba estrowa LE, – liczba jodowa LI [12]. Tabela 2. W∏aÊciwoÊci fizykochemiczne oleju starzonego na ró˝nych etapach obróbki termicznej i oczyszczania Parametr. OLO. OST. OSTSG. OSTMG. jasno˝ó∏ty. bràzowy. ˝ó∏ty m´tny. blado˝ó∏ty m´tny. , g/cm. 0,915. 0,920. 0,917. 0,917. Pa . s. Barwa ρ20. η40,. 3. 0,120. 0,120. 0,120. 0,150. w, %. 0,080. 0,083. 0,205. 0,385. LE, mg KOH/g. 189,80. 180,62. 181,26. 181,65. LZ, mg KOH/g. 189,90. 191,35. 190,87. 191,10. LI, g I2/100 g. 128,80. 107,36. 109,03. 106,62. LK, mg KOH/g. 0,13. 10,73. 9,61. 9,45. LN, milirówn. O2/kg. 1,01. 1,73. 4,60. 5,35. èród∏o: badania w∏asne..
(6) Wojciech Chwia∏kowski. 42. Wyniki oznaczeƒ w∏aÊciwoÊci fizykochemicznych olejów przed i po procesie oczyszczania przedstawiono w tabeli 2.. 3. Omówienie wyników Zmiany wynik∏e podczas procesu sma˝enia ˝ywnoÊci oraz przechowywania oleju w warunkach niekorzystnych by∏y bardzo widoczne. Olej starzony OST charakteryzowa∏ si´ du˝à zawartoÊcià wolnych kwasów t∏uszczowych, produktów utleniania oraz obni˝onà zawartoÊcià zwiàzków nienasyconych i produktów reakcji estryfikacji. Âwiadczy∏a o tym wysoka wartoÊç liczby kwasowej LK, liczby nadtlenowej LN oraz niska liczby jodowej LI i estrowej LE. Wynika z tego, ˝e olej starzony zawiera∏ du˝e iloÊci niekorzystnych zwiàzków, które powsta∏y w efekcie reakcji hydrolizy, utleniania oraz polimeryzacji sk∏adników oleju. Proces hydrolizy przebiega z udzia∏em wody, dlatego te˝ zwi´kszona zawartoÊç tego sk∏adnika w oleju by∏a dodatkowym czynnikiem przyspieszajàcym zachodzàce procesy. Olej starzony charakteryzowa∏ si´ barwà bràzowà oraz bardzo nieprzyjemnym zapachem, wynikajàcym z obecnoÊci produktów degradacji sk∏adników oleju powsta∏ych w wyniku sma˝enia i przechowywania.. WartoÊci LK, LZ, LI, LN, LE. 250. 12 10. 200. 8. 189,9. 6. 191,4. 189,9. 4. 180,6. 2. 150. 0. OLO. OST. 128,8 107,4. 100 50 0. 0,13. 10,73. 1,01. Olej Êwie˝y (OLO) LK, mgKOH/g. 1,73. Olej starzony (OST) LN, milirówn. O2/kg. LE, mg KOH/g. LZ, mg KOH/g. LI, g I2/100 g. Rys. 3. Zmiany parametrów jakoÊciowych zachodzàce w wyniku sma˝enia produktów ˝ywnoÊciowych w badanym oleju èród∏o: badania w∏asne..
(7) Oczyszczanie oleju posma˝alniczego.... 43. G´stoÊç oraz zawartoÊç wody i substancji mineralnych wzros∏a, odpowiednio, o ok. 0,5% oraz 3,1%. ZawartoÊç produktów hydrolizy sk∏adników oleju starzonego wzros∏a ponad 82 razy, a zawartoÊç produktów utleniania o ok. 70%. Sk∏ad zwiàzków nienasyconych równie˝ uleg∏ niekorzystnym zmianom – ich iloÊç zmniejszy∏a si´ o ok. 16% w stosunku do oleju Êwie˝ego (OLO). Zmiany zachodzàce w oleju w wyniku sma˝enia przedstawiono na rys. 3. W wyniku dzia∏ania adsorbentów mineralnych na zu˝yty olej roÊlinny zmieni∏y si´ wszystkie parametry fizykochemiczne oraz liczby charakterystyczne: LK, LN, LI, LE, LZ. Zmiany te mia∏y jednak ró˝ny charakter (rys. 4).. Zmiana w stosunku do oleju zu˝ytego, %. 250 209,2. 200 165,7. 150. 100 Poziom oleju dla OST. 50 21,5. 0. –0,7. –0,277. –0,337. 1,6. -0,5. -12,0. -10,5. Krzemian magnezu (MG). ˚el kwasu krzemowego (SG). –50. ρ20, g/cm3. η40, Pa . s. LK, mg KOH/g. LN, milirówn. O2/kg. LI, g I2/100 g. Rys. 4. Zmiany wyra˝one w procentach zachodzàce w wyniku traktowania oleju starzonego adsorbentami mineralnymi èród∏o: badania w∏asne.. Najbardziej widoczna by∏a zmiana barwy oleju. Barwa oleju OLO w wyniku sma˝enia wielu produktów zmienia∏a si´ z jasno˝ó∏tej do bràzowej, co Êwiadczy o bardzo niskiej jakoÊci tego oleju. Dodatkowo, zapach oleju OST potwierdza∏, ˝e olej ten nie nadaje si´ do dalszego u˝ytku. Podczas traktowania adsorbentami mineralnymi olej zmieni∏ barw´, odpowiednio, na ˝ó∏tà oraz blado˝ó∏tà dla OSTMG i OSTSG. Niemniej mia∏ on wy-.
(8) 44. Wojciech Chwia∏kowski. raênie g´stà konsystencj´, co znalaz∏o potwierdzenie w wartoÊci g´stoÊci – parametr ten nie uleg∏ zmianie podczas adsorpcji. Wraz ze zmianà barwy olej poddany procesowi oczyszczania adsorpcyjnego straci∏ niemi∏y zapach. Te dwa parametry – barwa oraz zapach – sà zwykle kryterium, na podstawie którego stwierdza si´, czy olej nadaje si´ do dalszego stosowania. Jak widaç, znajduje to pe∏ne uzasadnienie. W wyniku dzia∏ania zarówno krzemianem magnezu, jak i ˝elem kwasu krzemowego na olej starzony wzros∏a zawartoÊç wody i substancji lotnych. By∏ to niekorzystny efekt procesu z uwagi na wprowadzanie substancji, która przyczyni∏a si´ do zwi´kszenia szybkoÊci tworzenia si´ wolnych kwasów t∏uszczowych – produktów hydrolizy kwasów t∏uszczowych. Adsorbenty w podobny sposób wp∏ywa∏y na iloÊç zwiàzków o d∏ugich ∏aƒcuchach w´glowych (LZ) oraz na produkty reakcji estryfikacji (LE). Zmiany te by∏y na poziomie dziesi´tnych cz´Êci procenta – czyli na poziomie b∏´du. Najwa˝niejsze z punktu widzenia aspektów zdrowotnych oleju sà jednak wskaêniki okreÊlajàce zawartoÊç produktów utleniania i produktów hydrolizy sk∏adników oleju oraz zwiàzków nienasyconych zawartych w medium sma˝alniczym. Dlatego te˝ zmiany te zosta∏y szczegó∏owo przeanalizowane. W wyniku oczyszczania adsorpcyjnego zredukowana zosta∏a iloÊç wolnych kwasów t∏uszczowych, o 12% dla krzemianu magnezu i 10,5% dla ˝elu kwasu krzemowego. By∏ to bardzo dobry efekt procesu oczyszczania. WartoÊç liczby nadtlenkowej, odpowiedzialnej za iloÊç produktów utleniania trójacylogliceroli, dla obydwu adsorbentów niekorzystnie wzros∏a, odpowiednio, o ponad 2,5 i 3 razy dla MG i SG w stosunku do oleju zu˝ytego. Wynika z tego, ˝e adsorbenty mineralne powodowa∏y dodatkowe utlenianie sk∏adników oleju. ZawartoÊç zwiàzków nienasyconych okreÊlonych liczbà jodowà wzros∏a tylko w przypadku traktowania ˝elem kwasu krzemowego. Zmiana ta wynosi∏a ok. 2%.. 4. Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badaƒ mo˝na stwierdziç, ˝e obydwa stosowane adsorbenty spowodowa∏y polepszenie jakoÊci oleju zu˝ytego. Wyra˝a si´ to przez zmian´ wartoÊci liczb charakterystycznych. Zastosowane adsorbenty zredukowa∏y iloÊç wolnych kwasów t∏uszczowych (LK), a tak˝e stabilizowa∏y iloÊç produktów rozpadu sk∏adników oleju w postaci estrów oraz zwiàzków o d∏ugich ∏aƒcuchach w´glowych (LE, LZ). W wyniku oczyszczania na adsorbentach wzros∏a liczba nadtlenkowa, czyli iloÊç produktów utleniania oleju (zawartoÊç wodoronadtlenków, alkoholi, aldehydów, ketonów). Tylko w jednym przypadku wzros∏a liczba jodowa – dla oleju oczyszczonego za pomocà ˝elu kwasu krzemowego. Âwiadczy∏o to o w∏aÊciwym oddzia∏ywaniu tego adsorbenta na iloÊç zwiàzków nienasyconych. Drugi adsorbent powodowa∏ nieznaczne obni˝enie wartoÊci tej liczby. Po.
(9) Oczyszczanie oleju posma˝alniczego.... 45. poddaniu oleju starzonego oczyszczaniu adsorpcyjnemu adsorbentami mineralnymi zmieni∏a si´ znacznie barwa oraz zapach oleju. Dzi´ki oczyszczaniu adsorpcyjnemu na krzemianie magnezu i ˝elu kwasu krzemowego jakoÊç oleju o tak niekorzystnych parametrach, jakimi odznacza∏ si´ olej starzony, mo˝e byç polepszona w widoczny sposób. Medium sma˝alnicze zastosowane w badaniach charakteryzowa∏o si´ szczególnie z∏ymi parametrami. Dlatego te˝ mo˝na wnioskowaç, ˝e zastosowane adsorbenty mineralne z powodzeniem polepszy∏yby jakoÊç oleju roÊlinnego o rzeczywistym stopniu zu˝ycia. JednoczeÊnie zosta∏by przed∏u˝ony czas eksploatacji surowca, co ma znaczenie zarówno ekonomiczne, jak i ekologiczne. Literatura 0[1] Buczek B., Adsorpcyjna obróbka oleju po sma˝eniu ˝ywnoÊci dla potrzeb wytwarzania biodiesla, Zeszyty Naukowe AE w Krakowie, Kraków 2006, nr 710. 0[2] Buczek B., Chwia∏kowski W., Poprawianie jakoÊci oleju sma˝alniczego przez obróbk´ krzemianem magnezu [w:] Rola towaroznawstwa w zarzàdzaniu jakoÊcià w warunkach gospodarki opartej na wiedzy – towaroznawstwo wobec integracji z Unià Europejskà, Materia∏y Mi´dzynarodowej Konferencji Naukowej, Radom 2004. 0[3] Buczek B., Chwia∏kowski W., Purification of Used Frying Oil by Treatment with Magnesium Silicate [w:] 3rd Euro Fed Lipid Congress: Oils, Fats and Lipids in a Changing World, Edinburgh, Scotland 2004. 0[4] Cooke B.S., Adsorbent Treatment of Frying Oils and the Impact on Health and Nutrition [w:] 3rd Euro Fed Lipid Congress: Oils, Fats and Lipids in a Changing World, Edinburgh, Scotland 2004. 0[5] Dollimore D., Heal G.R., An Improved Method for the Calculation of Pore Size Distribution from Adsorption Data, „Journal of Applied Chemistry” 1964, vol. 14. 0[6] Lasoƒ M., ˚y∏a M., Aparatura do wyznaczania izoterm sorpcji i desorpcji par metodà mikrobiuretek, „Chemia Analityczna” 1963, nr 8. 0[7] Lin S., Akoh C.C., Reynolds A.E, The Recovery of Used Frying Oils with Various Adsorbents, „Journal of Food Lipids” 1998, vol. 5. 0[8] Lowell S., Shields J.E., Powder Surface Area and Porosity, Chapman and Hall, London 1991. 0[9] PN-EN ISO 662:2001. Oznaczanie zawartoÊç wody i substancji lotnych. [10] PN-ISO 3657:1994. Oznaczanie liczby zmydlania. [11] PN-ISO 3960:1996. Oznaczanie liczby nadtlenkowej. [12] PN-ISO 6320:1995. Oznaczanie liczby jodowej. [13] PN-ISO 660:1998. Oznaczanie liczby kwasowej i kwasowoÊci.. Purification of Used Frying Oil by Mineral Adsorbents Treatment In oil which undergoes repeatedly the processes of heating, frying and cooling and is stored for a long time, very complex and multistage oxidation, hydrolysis and polymerization reactions occur. The resulting products, mainly polar compounds, affect the nutritional and sensory values of food products fried in that oil. In order to improve the quality of the oil medium and to extend the usage life, frying oils are purified using various adsorbents. The.
(10) 46. Wojciech Chwia∏kowski. paper presents the results of the study on the use of mineral adsorbents in the process of adsorptive purification of oils used for repeated frying of food products and stored for a long time. The adsorption affects a decrease in the acid value and an increase in the ester and saponification values. The peroxide value is unfavourably affected. Only silica gel (SG) affects an increase in the unsaturated compound content. Both the adsorbents (MG and SG) distinctly improve the colour and smell of OST oil..
(11)
Powiązane dokumenty
The aim of the article is to dis- cern Lithuanian political discourses on Northern Europe (‘Nordic-Baltic’, ‘Baltoscandia’) among other regional narratives on Baltic, Baltic
Weibulla dla wyników stężenia dwutlenku węgla w całej badanej populacji
Zmiany grup kwasów tłuszczowych oraz stosunku kwasów nienasyconych do nasyconych w olejach po oczyszczaniu adsorpcyjnym mieszaniną węgli aktywnych oraz adsorbentem
The results of this experiment showed that NDEA increased TBARS in the liver and small intestine of rats, and the agent did not have any effect(s) in spleen and kidney,
………. Ceny jednostkowe litra oleju opałowego podane przez Wykonawcę w formularzu ofertowym będą ulegały obniżce lub podwyżce w okresie realizacji umowy w zależności
OGŁOSZENIE O ZAMÓWIENIU - dostawa oleju opałowego.. jak podano wyżej dla osoby upoważnionej do kontaktów Inny: proszę wypełnić załącznik A.III. i.2) rodzaj zamawiającego
Celem eksperymentów był dobór właściwych membran ceramicznych, które mogłyby być zastosowane przy przeróbce ciekłych odpadów promieniotwórczych, a także
