Hidrojenasyon işlemi, kimyasal olarak, doymamış organik bileşiklerin (alken, alkin gibi) karbon atomlarının bileşiklerle yaptığı doymamış bağlarında, hidrojenle doyurulması ve batmış ışık halkası getirilmesidir Özellikle yiyecek yağ sanayinde çokça uygulanan ve yağ hidrojenasyonu olarak geçen işlem, doymamış yağ asitleri karbonları arasındaki çift bağlara hidrojen ilavesi olarak tanımlanmaktadır Akıcı halde bulunan veya içerisinde düşük erime noktasına sahip moleküller bulunduran bir yağdan, erime noktası yüksek, kısmen veya iyice katı özellikte yağ eldesi oluşturmak için en yaygın kullanılan yöntemdir Amacı, çift bağların sayısını eksilmek ve böylece, yağlarca büyük bir problem arz eden, oksijenle bağlantı ederek bozulmalara neden olan oksidasyon duyarlılığını eksilmek, mevcut ürünün fiziki özelliklerini değiştirerek, ürünün kullanım alanlarını arttırmaktır Mesela margarinler, sorteningler bu yollarla oluşturulmuştur
Hidrojenasyon, ilk olarak Debus kadar 1863 yılında gerçekleştirilmiştir Çağdaş hidrojenasyon işlemi ise, Sabatier ve Senderens göre 1897 – 1905 yılında gerçekleştirilen araştırmalarda ortaya konulmuştur Yağ asitlerinin sıvı fazda hidrojenasyonu, ilk olarak 1902 yılında, Almanya ’da Wilhelm Normann tarafından berat altına alınmıştır Devamında, 1903 yılında, tekrar Wilhem Normann kadar Britanya ’da patent alınmıştır 1906 yılında, Normann tarafında oluşturulan ve ilk önce İngilterede bulunan bir fabrikada, balina yağının sertleştirilmesinde kullanılmıştır Bunu, Almanya, İngiltere, Birleşmiş Devletler ve Hollanda ’da inşa edilen diğer fabrikalar izlemiştir Bu yağlar, kayıtlı bir vakit, 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 üstüne farklı alanlara yönlendirilmiş araştırmalar yapılıp, ürünlerin arzulanan kalitede üretilmesi konusunda ilerlemeler sağlanmıştır Türkiye ’de ise, hidrojenasyon ve margarin üretimi 1950 ’den sonra geniş ölçüde meşhur ve üretiminde manâlı mesafeler alınmıştır
Hidrojenasyonda bambaşka 3 evre bulunur
– Istikrarsız olarak: Doymamış yağ asitleri
– Katı olarak: Katalizör (genellikle nikel)
– Gaz olarak: Hidrojen gaz formu
Elde edilecek mamul yağın yapısı, bu ayrı formların uygulama şartlarına göre değişiklik göstermektedir
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 tepkime sıcaklığı
5 Hidrojen gazının ortama yayma derecesi
Bu işlemler gerçekleşirken, yağın yapısında iki kayda değer kalite değişikliği ortaya çıkar 1si, yağın erime sıcaklığı yüksek derecelere kayar 2si, yağın dayanıklılığı yani oksidasyon stabilitesi artar
Hidrojenleme, ezgotermik yani çevresine ısı yayan bir reaksiyondur Dolayısıyla, bu işlemler yapılırken ara sıra 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 değiştirme meydana gelecektir Azalma görülecektir 1 ton yağın iyot sayısını 1 birim devirmek için, 1 m3 hidrojen gazı gereklidir Misal verilecek olursa, iyot sayısı 106 olan pamuk yağının iyot sayısını 65 ’e yıkmak için 106 – 65 41 m3 hidrojen gazına gereklilik vardır Hem, 1 m3 hidrojen gazı üretmek için, 55 kwh 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 başvuru formu açısından keza uygun bir kaynak, hem de değerli bir yağdır
Hidrojenasyonda, katalist kayda değer bir elementtir Hidrojenasyonda kullanılacak katalizör aktif, uzun ömürlü, seçici, filtrasyonla kolayca uzaklaştırılabilen izomer formda ve partiden partiye değişmeyecek kararlılıkta istikrarlı olmalıdır Katalistin aktivitesi, bir parti yağı uygun bir zaman dilimi içinde hidrojene etmek için, ne değin katalist gerektiğini belirtir Aktivite, kesin özel koşullar aşağı 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 belirlenmiş oranda hidrojenasyon ortamına katalist ek edilmektedir
Hidrojenasyon işlemi belirli basamaklarla yapılmaktadır Özetle akım şeması şöyle özetlenebilir:
Kuru ve arıtılmış yağ ile operasyon 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 değin, 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
Hidrojenasyon, ilk olarak Debus kadar 1863 yılında gerçekleştirilmiştir Çağdaş hidrojenasyon işlemi ise, Sabatier ve Senderens göre 1897 – 1905 yılında gerçekleştirilen araştırmalarda ortaya konulmuştur Yağ asitlerinin sıvı fazda hidrojenasyonu, ilk olarak 1902 yılında, Almanya ’da Wilhelm Normann tarafından berat altına alınmıştır Devamında, 1903 yılında, tekrar Wilhem Normann kadar Britanya ’da patent alınmıştır 1906 yılında, Normann tarafında oluşturulan ve ilk önce İngilterede bulunan bir fabrikada, balina yağının sertleştirilmesinde kullanılmıştır Bunu, Almanya, İngiltere, Birleşmiş Devletler ve Hollanda ’da inşa edilen diğer fabrikalar izlemiştir Bu yağlar, kayıtlı bir vakit, 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 üstüne farklı alanlara yönlendirilmiş araştırmalar yapılıp, ürünlerin arzulanan kalitede üretilmesi konusunda ilerlemeler sağlanmıştır Türkiye ’de ise, hidrojenasyon ve margarin üretimi 1950 ’den sonra geniş ölçüde meşhur ve üretiminde manâlı mesafeler alınmıştır
Hidrojenasyonda bambaşka 3 evre bulunur
– Istikrarsız olarak: Doymamış yağ asitleri
– Katı olarak: Katalizör (genellikle nikel)
– Gaz olarak: Hidrojen gaz formu
Elde edilecek mamul yağın yapısı, bu ayrı formların uygulama şartlarına göre değişiklik göstermektedir
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 tepkime sıcaklığı
5 Hidrojen gazının ortama yayma derecesi
Bu işlemler gerçekleşirken, yağın yapısında iki kayda değer kalite değişikliği ortaya çıkar 1si, yağın erime sıcaklığı yüksek derecelere kayar 2si, yağın dayanıklılığı yani oksidasyon stabilitesi artar
Hidrojenleme, ezgotermik yani çevresine ısı yayan bir reaksiyondur Dolayısıyla, bu işlemler yapılırken ara sıra 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 değiştirme meydana gelecektir Azalma görülecektir 1 ton yağın iyot sayısını 1 birim devirmek için, 1 m3 hidrojen gazı gereklidir Misal verilecek olursa, iyot sayısı 106 olan pamuk yağının iyot sayısını 65 ’e yıkmak için 106 – 65 41 m3 hidrojen gazına gereklilik vardır Hem, 1 m3 hidrojen gazı üretmek için, 55 kwh 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 başvuru formu açısından keza uygun bir kaynak, hem de değerli bir yağdır
Hidrojenasyonda, katalist kayda değer bir elementtir Hidrojenasyonda kullanılacak katalizör aktif, uzun ömürlü, seçici, filtrasyonla kolayca uzaklaştırılabilen izomer formda ve partiden partiye değişmeyecek kararlılıkta istikrarlı olmalıdır Katalistin aktivitesi, bir parti yağı uygun bir zaman dilimi içinde hidrojene etmek için, ne değin katalist gerektiğini belirtir Aktivite, kesin özel koşullar aşağı 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 belirlenmiş oranda hidrojenasyon ortamına katalist ek edilmektedir
Hidrojenasyon işlemi belirli basamaklarla yapılmaktadır Özetle akım şeması şöyle özetlenebilir:
Kuru ve arıtılmış yağ ile operasyon 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 değin, 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