אם אי פעם צפית בשמן יוצא ממכבש בורג - כהה, מעונן, עם ריח חזק של הזרע שממנו הוא הגיע -, לעולם לא תנחש שזה אותו חומר שמסתיים כבקבוק הטעם השקוף והנייטרלי- על מדף הסופרמרקט. השינוי הזה הוא העבודה של זיקוק שמן, תהליך רב-שלבי שמסיר את הזיהומים הקיימים באופן טבעי בשמן צמחי גולמי תוך שמירה על הטריגליצרידים שהופכים את השמן לבעל ערך. זה לא רק לגרום לשמן להיראות נקי -. כל שלב מתמקד בתרכובות ספציפיות שמשפיעות על הטעם, היציבות, חיי המדף ואפילו הבטיחות.
מה בעצם מכיל נפט גולמי
שמן גולמי - השמן היישר מהכבישה או מיצוי הממס, לפני כל זיקוק - הוא בעיקר טריגליצרידים (השמן הנייטרלי שאנחנו רוצים), אבל הוא גם נושא קוקטייל של תרכובות לא רצויות. פוספוליפידים (חניכיים) הופכים את השמן לעכור וגורמים להקצפה בחימום. חומצות שומן חופשיות (FFA) מעניקות לשמן טעם חד ומעופש ומפחיתות את נקודת העשן שלו. פיגמנטים כמו כלורופיל וקרוטנואידים נותנים לשמן את צבעו הכהה ויכולים לקדם חמצון. גם מתכות קורט, חומרי הדברה ומזהמים סביבתיים עשויים להיות נוכחים, בהתאם לאיכות הזרעים ולשיטת המיצוי. ותרכובות נדיפות - אלדהידים, קטונים ומוצרי חמצון - הם שמעניקים לנפט הגולמי את הריח החזק, לעתים קרובות לא נעים.
מטרת הזיקוק היא להסיר את הזיהומים הללו עם איבוד קטן ככל האפשר של שמן ניטרלי. בית זיקוק מנוהל היטב עשוי לאבד 3-8% ממשקל הנפט הגולמי כתוצרי לוואי ואובדן תהליכים, בהתאם לאיכות הנפט ושיטת הזיקוק. פעילות מנוהלת עלולה להפסיד משמעותית יותר, מה שפוגע ישירות ברווחיות.
שלב ראשון: ניקוי גאם
ניקוי דגמים הוא שלב הזיקוק הראשון, ותפקידו להסיר את הפוספוליפידים - התרכובות הגומיות שהופכות את השמן הגולמי לעכור ולא יציב. פוספוליפידים הם בעלי ערך בפני עצמם (הם המקור ללציטין מסחרי), אבל כשהם נשארים בשמן הם גורמים לבעיות: הם מקציפים במהלך הטיגון, מתפרקים בטמפרטורות גבוהות ומפריעים לשלבי הזיקוק במורד הזרם.
השיטה הנפוצה ביותר היא פיזור מים: מים חמים (בסביבות 80-85 מעלות) מעורבבים עם השמן הגולמי, מה שגורם לפוספוליפידים להידרש - הם סופגים מים, מתנפחים, והופכים בלתי מסיסים בשמן. החניכיים הלחות יוצרות פאזה כבדה נפרדת אשר מוסרת באמצעות צנטריפוגה. ניתן לייבש את המסטיקים המופרדים ולמכור אותם כלציטין גולמי, בשימוש במזון לבעלי חיים, או לעבד אותו בהמשך לציטין ברמת מזון-.
עבור שמנים עם רמות גבוהות של פוספוליפידים שאינם-ניתנים לליד (שאינם מגיבים למים בלבד), נעשה שימוש במפיג חומצה. כמות קטנה של חומצה זרחתית או חומצת לימון מתווספת לפני המים, והופכת את הפוספוליפידים הבלתי -ניתנים לליד לצורות הניתנות להידמה, שאותן ניתן להסיר על ידי מים וצנטריפוגה. פיזור אנזימטי, שיטה חדשה יותר, משתמשת באנזימי פוספוליפאז לפירוק מבני פוספוליפידים, תוך השגת רמות זרחן נמוכות עוד יותר עם פחות אובדן שמן. מערכות מודרניות לניקוי חומר רציף יכולות להסיר מעל 95% מהפוספוליפידים, מה שמבטיח שהשמן יישאר צלול גם בקירור.
שלב שני: הסרת חומצה (נטרול)
הסרת החומצה מסירה חומצות שומן חופשיות, שהן הגורם העיקרי לטעם מעופש וחיי מדף מופחתים. ישנן שתי גישות שונות במהותן: זיקוק כימי וזיקוק פיזי.
זיקוק כימי (נקרא גם זיקוק אלקלי או ניטרול) היא השיטה המסורתית. תמיסה מדוללת של נתרן הידרוקסיד (סודה קאוסטית) מעורבבת עם השמן המפוגג. ה-NaOH מגיב עם חומצות השומן החופשיות ויוצר סבון (מלחי נתרן של חומצות שומן), שאינו מסיס בשמן ונפרד כפאזה כבדה הנקראת סבון. הסבון מוסר באמצעות צנטריפוגה, ולאחר מכן שוטפים את השמן במים חמים כדי להסיר שאריות סבון, ולאחר מכן מייבשים תחת ואקום. זיקוק כימי יעיל לכל רמת FFA ומייצר שמן נקי מאוד, אך יש לו חסרונות: הסבון נושא עמו 1-3% שמן ניטרלי (הפסד כלכלי), והתהליך מייצר שפכים הדורשים טיפול.
זיקוק פיזי (נקרא גם זיקוק בקיטור או דה-חמצת זיקוק) הוא הגישה המודרנית יותר והפכה לשיטה השלטת ברוב השמנים הצמחיים. במקום להגיב כימית ל-FFAs, זיקוק פיזי מסיר אותם על ידי זיקוק: השמן מחומם ל-240-260 מעלות תחת ואקום עמוק (בדרך כלל מתחת ל-3 mbar, או 600 Pa), וקיטור חי מוזרם דרכו. לחומצות השומן החופשיות יש נקודות רתיחה נמוכות בהרבה מטריגליצרידים, ולכן הן מתאדות ונגררות על ידי הקיטור, ואז מתעבות ונאספות כתוצר לוואי הנקרא תזקיק חומצת שומן (שניתן למכור לשימוש בייצור סבון, מזון לבעלי חיים או ביו-דיזל). זיקוק פיזי משלב הסרת חומצה עם דה-ריח בצעד אחד, אינו משתמש בכימיקלים, אינו מייצר חומר סבון או שפכים, ומאבד פחות שמן ניטרלי. המגבלה העיקרית היא שהוא עובד בצורה הטובה ביותר עבור שמנים עם תכולת FFA נמוכה עד בינונית (מתחת ל-3-5%) ודורש תחילה ניקוי יבש יעיל מאוד, מכיוון ששאריות הפוספוליפידים יתפרקו ויחשיכו את השמן בטמפרטורות הגבוהות בהן נעשה שימוש.
הבחירה בין זיקוק כימי לפיזי תלויה בסוג השמן, רמת ה-FFA והמוצר הרצוי. שמן דקלים, שמן גרעיני דקל, שמן קוקוס ורוב שמני ה-FFA הגבוהים-הם בדרך כלל מזוקקים פיזית. שמן סויה, שמן לפתית ושמן חמניות יכולים ללכת לשני הכיוונים, אם כי זיקוק פיזי מועדף יותר ויותר. שמן זרעי כותנה וכמה שמנים מיוחדים עשויים עדיין להשתמש בזיקוק כימי עקב פרופילי טומאה ספציפיים.
שלב שלישי: הלבנה
הלבנה מסירה פיגמנטים - בעיקר כלורופיל (ירוק) וקרוטנואידים (צהוב, כתום, אדום) - יחד עם שאריות סבונים, פוספוליפידים, מוצרי חמצון ומזהמים. למרות השם, זה לא תהליך הלבנה כימי; זהו תהליך ספיחה באמצעות אדמת הלבנה (חימר פעיל) ולפעמים פחם פעיל.
התהליך הוא פשוט: השמן שנמחק והחומצה מחומם ל-90-110 מעלות תחת ואקום (בדרך כלל בסביבות 50 mbar), ו-0.5-2% מהאדמה המלבינה מעורבבים פנימה. לחימר המופעל יש שטח פנים עצום והוא סופח מולקולות פיגמנט, שאריות סבון וזיהומים קוטביים אחרים על פני השטח שלו. לאחר 15-30 דקות של זמן מגע, תערובת כדורי השמן- מסוננת באמצעות מסנני עלים בלחץ או מכבשי סינון, תוך הסרת אדמה ההלבנה המושקעת ומשאירה שמן צלול ובהיר{10}. ניתן להוסיף פחם פעיל בשיעור של 0.1-0.5% עבור שמנים עם פיגמנטציה כבדה או להסרת פחמימנים ארומטיים פוליציקליים (PAH) ומזהמים אחרים.
הוואקום חשוב מכיוון שהוא מונע חמצון של השמן בטמפרטורות גבוהות המשמש - חמצן באוויר יגיב עם השמן החם וייצר טעמים-לבלים ומוצרי חמצון. אדמה ההלבנה המבזבזת, המכילה 20-40% שמן סחף, היא תוצר לוואי שלעתים משתמשים בה במזון לבעלי חיים, בייצור לבנים או בהטמנה, אם כי תכולת השמן הופכת אותה לסכנת שריפה אם לא מטפלים בה כראוי.
שלב רביעי: ניקוי ריח
הסרת הריח הוא שלב הזיקוק העיקרי האחרון, וזה מה שנותן לשמן מזוקק את הטעם והריח הניטרליים שלו. המטרה היא להסיר תרכובות נדיפות - חומצות שומן חופשיות (בזיקוק הפיזי), אלדהידים, קטונים, אלכוהול, ותרכובות פעילות- וריחות וטעמים אחרות - יחד עם שאריות של חומרי הדברה ופחמימנים ארומטיים פוליציקליים קלים.
דה-ריח הוא בעצם תהליך זיקוק בקיטור המתבצע בטמפרטורה גבוהה ובוואקום עמוק. השמן מחומם ל-180-220 מעלות עבור דה-אודוריזציה קונבנציונלית (בעקבות זיקוק כימי) או 240-260 מעלות עבור זיקוק פיזי (כאשר דה-חומצה ופיזור-ריח מתרחשים יחד). הלחץ נשמר על 2-6 מ"ר (נמוך מאוד, קרוב ל-וואקום), וקיטור חי מוזרם דרך השמן. הקיטור מוציא את התרכובות הנדיפות, אשר לאחר מכן מתעבות ונאספות. זמן השהייה הוא בדרך כלל 30-90 דקות, תלוי בסוג השמן וברמת הניקוי הרצוי.
הטמפרטורה הגבוהה הכרחית מכיוון שלתרכובות הנדיפות יש לחץ אדים נמוך וזקוקים לחום כדי להתאדות, אבל זה גם החלק העדין ביותר בתהליך. חום רב מדי או זמן שהייה ארוך מדי עלול לגרום לפירוק תרמי של השמן - להיווצרות חומצות שומן טראנס, החזרת צבע ואובדן נוגדי חמצון טבעיים כמו טוקופרולים. מייבשי ריח מודרניים מתוכננים למזער את החשיפה לחום על ידי שימוש באריזה מובנית (המגבירה את יעילות מגע הקיטור-שמן) וזמני שהייה קצרים יותר בטמפרטורה הגבוהה ביותר. לאחר הסרת הריח, השמן מתקרר במהירות תחת ואקום, ולעתים קרובות מוסיפים כמות קטנה של חומצת לימון (50-200 ppm) כחומר קלאט לקשירת מתכות קורט ולשיפור היציבות החמצונית.
שלב אופציונלי: הסרת שעווה (החורף)
חלק מהשמנים - שמן חמניות, שמן תירס, שמן סובין אורז וחלק משמני זרעי ענבים וכותנה - מכילים אסטרים של שעווה שהם מוצקים בטמפרטורת החדר. אם משאירים אותם בשמן, שעוות אלו גורמות לעכירות כאשר השמן מצונן (במקרר, למשל) ויכולות לשקוע כמשקעים בתחתית הבקבוק. עבור שמנים הנמכרים כמוצרים שקופים, בדרגת שולחן-, יש צורך בשלב הסרת שעווה.
הסרת שעווה (נקראת גם חורף) היא תהליך התגבשות וסינון פשוט. השמן המולבן או מזוקק מלא מקורר באיטיות ל-5-15 מעלות (תלוי בסוג השמן) ומוחזק בטמפרטורה זו למשך מספר שעות, מה שמאפשר לאסטרים של השעווה להתגבש לחלקיקים מוצקים. לאחר מכן מסננים את השמן דרך מכבש פילטר או מסנן ממברנה, מסיר את גבישי השעווה ומשאיר שמן שקוף שנשאר שקוף גם בטמפרטורות קירור. השעווה המסוננת היא תוצר לוואי מינורי, לעתים משמש ביישומים תעשייתיים או מזון לבעלי חיים.
תוצרי לוואי ותפוקה
זיקוק אינו רק הסרת זיהומים - הוא גם מייצר תוצרי לוואי בעלי ערך שתורמים לכלכלת התהליך. מהתחיתות, ניתן לעבד את החניכיים המופרדים לציטין, מתחלב מזון בשימוש נרחב, או למכור אותם למזון לבעלי חיים. מזיקוק כימי, ניתן להחמצת סבון כדי לשחזר חומצות שומן חופשיות לשימוש בסבון, ביו-דיזל או מזון לבעלי חיים. מזיקוק פיזי, תזקיק חומצת השומן הוא מוצר בר מכירה המשמש ביישומים דומים. מהלבנה, לאדמה המבזבזת יש ערך מוגבל, אך לפעמים ניתן לעבד אותה כדי להחזיר את השמן הנגרר.
תשואת הזיקוק הכוללת - אחוז הנפט הגולמי שמסתיים כשמן מאכל מזוכך - נע בדרך כלל בין 92% ל-97%, תלוי באיכות הנפט הגולמי (תכולת FFA, רמת זרחן, עומס זיהומים) ושיטת הזיקוק. נפט גולמי-איכותי עם FFA נמוך והסרת גומי טובה יכולים להניב מעל 97%; חומר גולמי-איכותי ירודה עם FFA גבוה ורמות טומאה גבוהות עשוי להניב מעט כמו 90%. עבור בית זיקוק המעבד אלפי טונות בחודש, אפילו הבדל של 1% בתשואה מתורגם להכנסה משמעותית, וזו הסיבה שאופטימיזציה ובקרה של תהליכים נלקחים ברצינות רבה.
מַסְקָנָה
זיקוק שמן מאכל הופך שמן גולמי, כהה, בעל טעם חזק, למוצר הצלול, הנייטרלי והיציב שצרכנים מצפים לו, באמצעות רצף של תהליכים פיזיקליים וכימיים מבוקרים בקפידה. ניקוי גאם מסיר פוספוליפידים באמצעות מים, חומצה או אנזימים. הסרת החומצה מסירה חומצות שומן חופשיות או על ידי תגובה כימית עם סודה קאוסטית (זיקוק כימי, ייצור סבון) או על ידי זיקוק קיטור ואקום בטמפרטורה גבוהה- (זיקוק פיזי, הפקת תזקיק חומצות שומן). הלבנה משתמשת בחימר פעיל ובפחמן כדי לספוח פיגמנטים ושאריות זיהומים. הסרת הריח משתמשת בקיטור בטמפרטורה- גבוהה תחת ואקום עמוק כדי להסיר את תרכובות הטעם והריח הנדיפים, תוך הפקת השמן הניטרלי הסופי בטעם-. הסרת שעווה אופציונלית מסירה אסטרים שעווה עבור שמנים שצריכים להישאר שקופים בטמפרטורות נמוכות.
המגמה בתעשייה היא לקראת זיקוק פיזי של - פחות כימיקלים, פחות פסולת, תפוקה גבוהה יותר, והפחתת חומצה משולב-בשלב אחד -, אך לזיקוק כימי יש עדיין את מקומו לשמנים מסוימים ולגולמי-FFA גבוהים. מה שלא משתנה הוא עקרון הליבה: הסר את הזיהומים שהופכים את השמן לבלתי יציב, בטעמים-או לא בטוח, תוך שמירה על הטריגליצרידים הניטרליים שהופכים את השמן למרכיב מזון בעל ערך.
