ทำความเข้าใจการกลั่นน้ำมัน: จากน้ำมันดิบไปจนถึงน้ำมันบริโภค

หากคุณเคยเห็นน้ำมันออกมาจากสกรูกด - มืด มีเมฆมาก มีกลิ่นแรงของเมล็ดที่มาจาก - คุณคงเดาไม่ออกเลยว่ามันคือสารชนิดเดียวกันที่กลายเป็นขวดชิม-ที่ใสและเป็นกลางบนชั้นวางซุปเปอร์มาร์เก็ต การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเป็นงานของการกลั่นน้ำมัน ซึ่งเป็นกระบวนการหลาย-ขั้นตอนที่จะขจัดสิ่งเจือปนตามธรรมชาติในน้ำมันพืชดิบ ขณะเดียวกันก็รักษาไตรกลีเซอไรด์ที่ทำให้น้ำมันมีคุณค่า ไม่ใช่แค่การทำให้น้ำมันดูสะอาด - แต่ละขั้นตอนมุ่งเป้าไปที่สารประกอบเฉพาะที่ส่งผลต่อรสชาติ ความคงตัว อายุการเก็บรักษา และแม้แต่ความปลอดภัย

น้ำมันดิบประกอบด้วยอะไรบ้าง

น้ำมันดิบ - น้ำมันที่สกัดโดยตรงหรือการสกัดด้วยตัวทำละลาย ก่อนการกลั่นใดๆ - ส่วนใหญ่จะประกอบด้วยไตรกลีเซอไรด์ (น้ำมันที่เป็นกลางที่เราต้องการ) แต่ก็มีสารประกอบที่ไม่ต้องการอยู่ด้วย ฟอสโฟไลปิด (เหงือก) ทำให้น้ำมันขุ่นและทำให้เกิดฟองเมื่อถูกความร้อน กรดไขมันอิสระ (FFA) ช่วยให้น้ำมันมีรสเผ็ดร้อน และลดจุดเกิดควัน เม็ดสีเช่นคลอโรฟิลล์และแคโรทีนอยด์ทำให้น้ำมันมีสีเข้มและสามารถส่งเสริมการเกิดออกซิเดชันได้ อาจมีโลหะปริมาณน้อย ยาฆ่าแมลง และสิ่งปนเปื้อนต่อสิ่งแวดล้อม ขึ้นอยู่กับคุณภาพของเมล็ดพืชและวิธีการสกัด และสารประกอบระเหย - อัลดีไฮด์ คีโตน และผลิตภัณฑ์ออกซิเดชัน - เป็นสิ่งที่ทำให้น้ำมันดิบมีกลิ่นแรงและมักมีกลิ่นไม่พึงประสงค์

เป้าหมายของการกลั่นคือเพื่อขจัดสิ่งเจือปนเหล่านี้โดยสูญเสียน้ำมันที่เป็นกลางให้น้อยที่สุด โรงกลั่นที่มีหลุม-อาจสูญเสียน้ำหนักน้ำมันดิบไป 3–8% ซึ่งเป็นผลพลอยได้และการสูญเสียในกระบวนการ ขึ้นอยู่กับคุณภาพน้ำมันและวิธีการกลั่น การดำเนินงานที่ดำเนินการไม่ดีอาจสูญเสียมากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งกระทบต่อความสามารถในการทำกำไรโดยตรง

ขั้นตอนที่หนึ่ง: การลอกกาว

การลอกกาวเป็นขั้นตอนแรกในการทำให้บริสุทธิ์ และหน้าที่ของมันคือการกำจัดฟอสโฟลิพิด - ซึ่งเป็นสารประกอบเหนียวที่ทำให้น้ำมันดิบขุ่นและไม่เสถียร ฟอสโฟลิพิดมีคุณค่าในตัวเอง (เป็นแหล่งของเลซิตินในเชิงพาณิชย์) แต่การทิ้งไว้ในน้ำมันทำให้เกิดปัญหา: พวกมันเกิดฟองในระหว่างการทอด สลายตัวที่อุณหภูมิสูง และรบกวนขั้นตอนการกลั่นขั้นปลายน้ำ

วิธีการทั่วไปที่สุดคือการกำจัดกาวด้วยน้ำ โดยผสมน้ำร้อน (ประมาณ 80–85 องศา ) กับน้ำมันดิบ ทำให้ฟอสโฟลิพิดให้ความชุ่มชื้น - โดยจะดูดซับน้ำ พองตัว และไม่ละลายในน้ำมัน เหงือกที่ชุ่มชื้นจะก่อตัวเป็นเฟสหนักที่แยกจากกัน ซึ่งถูกกำจัดออกโดยการปั่นแยก หมากฝรั่งที่แยกออกมาสามารถนำไปตากแห้งและขายเป็นเลซิตินดิบ ใช้ในอาหารสัตว์ หรือนำไปแปรรูปเป็นเลซิตินเกรดอาหาร-ต่อไป

สำหรับน้ำมันที่มีฟอสโฟลิปิดที่ไม่สามารถ-ให้น้ำได้ในระดับสูง (ซึ่งไม่ตอบสนองต่อน้ำเพียงอย่างเดียว) จะใช้การกำจัดกาวด้วยกรด เติมกรดฟอสฟอริกหรือกรดซิตริกจำนวนเล็กน้อยก่อนน้ำ โดยเปลี่ยนฟอสโฟลิปิดที่ไม่สามารถให้น้ำได้- ให้อยู่ในรูปแบบที่สามารถให้น้ำได้ ซึ่งสามารถกำจัดออกได้ด้วยน้ำและการหมุนเหวี่ยง การลอกกาวด้วยเอนไซม์ซึ่งเป็นวิธีการใหม่ ใช้เอนไซม์ฟอสโฟไลเปสเพื่อสลายโครงสร้างฟอสโฟไลปิด ส่งผลให้ระดับฟอสฟอรัสที่ตกค้างลดลงด้วยการสูญเสียน้ำมันน้อยลง ระบบลอกกาวอย่างต่อเนื่องสมัยใหม่สามารถกำจัดฟอสโฟลิพิดได้มากกว่า 95% ทำให้มั่นใจได้ว่าน้ำมันยังคงใสแม้อยู่ในตู้เย็น

ขั้นตอนที่สอง: การลดความเป็นกรด (การทำให้เป็นกลาง)

การลดกรดจะกำจัดกรดไขมันอิสระซึ่งเป็นสาเหตุหลักของรสหืนและลดอายุการเก็บรักษา มีสองวิธีโดยพื้นฐานที่แตกต่างกัน: การกลั่นด้วยสารเคมีและการกลั่นทางกายภาพ

การกลั่นด้วยสารเคมี (เรียกอีกอย่างว่าการกลั่นด้วยอัลคาไลหรือการทำให้เป็นกลาง) เป็นวิธีการแบบดั้งเดิม สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ (โซดาไฟ) เจือจางผสมกับน้ำมันที่ลอกกาวแล้ว NaOH ทำปฏิกิริยากับกรดไขมันอิสระเพื่อสร้างสบู่ (เกลือโซเดียมของกรดไขมัน) ซึ่งไม่ละลายในน้ำมัน และแยกตัวเป็นเฟสหนักที่เรียกว่าสบู่ สบู่จะถูกเอาออกโดยการหมุนเหวี่ยง จากนั้นล้างน้ำมันด้วยน้ำร้อนเพื่อเอาสบู่ที่ตกค้างออก จากนั้นจึงทำให้แห้งภายใต้สุญญากาศ การกลั่นด้วยสารเคมีมีประสิทธิภาพสำหรับ FFA ทุกระดับและผลิตน้ำมันที่สะอาดมาก แต่ก็มีข้อเสีย: สบู่จะบรรทุกน้ำมันที่เป็นกลาง 1-3% ไปด้วย (สูญเสียทางเศรษฐกิจ) และกระบวนการนี้ทำให้เกิดน้ำเสียที่ต้องบำบัด

การกลั่นทางกายภาพ (เรียกอีกอย่างว่าการกลั่นด้วยไอน้ำหรือการกลั่นด้วยกรด) เป็นวิธีการที่ทันสมัยกว่าและกลายเป็นวิธีการหลักสำหรับน้ำมันพืชส่วนใหญ่ แทนที่จะทำปฏิกิริยาทางเคมีกับ FFA การกลั่นทางกายภาพจะกำจัดพวกมันออกโดยการกลั่น: น้ำมันจะถูกทำให้ร้อนถึง 240–260 องศาภายใต้สุญญากาศลึก (โดยทั่วไปจะต่ำกว่า 3 mbar หรือ 600 Pa) และไอน้ำสดจะถูกโปรยผ่านเข้าไป กรดไขมันอิสระมีจุดเดือดต่ำกว่าไตรกลีเซอไรด์มาก จึงระเหยและถูกไอน้ำพาไป จากนั้นจึงควบแน่นและรวบรวมเป็นผลพลอยได้ที่เรียกว่าการกลั่นกรดไขมัน (ซึ่งสามารถขายเพื่อใช้ในการทำสบู่ อาหารสัตว์ หรือไบโอดีเซล) การกลั่นทางกายภาพผสมผสานการลดกรดเข้ากับการกำจัดกลิ่นในขั้นตอนเดียว ไม่ใช้สารเคมี ไม่ก่อให้เกิดสบู่หรือน้ำเสีย และสูญเสียน้ำมันที่เป็นกลางน้อยกว่า ข้อจำกัดหลักคือใช้งานได้ดีที่สุดกับน้ำมันที่มีปริมาณ FFA ต่ำถึงปานกลาง (ต่ำกว่า 3–5%) และต้องการการลอกกาวที่มีประสิทธิภาพมากก่อน เนื่องจากฟอสโฟลิพิดที่ตกค้างจะสลายตัวและทำให้น้ำมันเข้มขึ้นเมื่อใช้อุณหภูมิสูง

ทางเลือกระหว่างการกลั่นทางเคมีและกายภาพขึ้นอยู่กับประเภทของน้ำมัน ระดับ FFA และผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ น้ำมันปาล์ม น้ำมันเมล็ดในปาล์ม น้ำมันมะพร้าว และน้ำมัน FFA สูงส่วนใหญ่-มักได้รับการกลั่นทางกายภาพ น้ำมันถั่วเหลือง น้ำมันเรพซีด และน้ำมันดอกทานตะวันสามารถใช้ได้ทั้งสองวิธี แม้ว่าการกลั่นทางกายภาพจะเป็นที่ต้องการมากขึ้นก็ตาม น้ำมันเมล็ดฝ้ายและน้ำมันพิเศษบางชนิดอาจยังคงใช้การกลั่นด้วยสารเคมีเนื่องจากมีลักษณะไม่บริสุทธิ์โดยเฉพาะ

ขั้นตอนที่สาม: การฟอกสี

การฟอกสีจะกำจัดเม็ดสี - โดยหลักแล้วคือคลอโรฟิลล์ (สีเขียว) และแคโรทีนอยด์ (สีเหลือง สีส้ม สีแดง) - พร้อมด้วยสบู่ที่ตกค้าง ฟอสโฟลิปิด ผลิตภัณฑ์ออกซิเดชัน และสิ่งปนเปื้อน แม้จะชื่อนี้ แต่ก็ไม่ใช่กระบวนการฟอกสีด้วยสารเคมี เป็นกระบวนการดูดซับโดยใช้ดินฟอกขาว (ดินเหนียว) และถ่านกัมมันต์บางครั้ง

กระบวนการนี้ตรงไปตรงมา: น้ำมันที่ขจัดกาวและกำจัดกรดออกจะถูกให้ความร้อนที่ 90–110 องศาภายใต้สุญญากาศ (โดยทั่วไปประมาณ 50 มิลลิบาร์) และมีดินฟอกสี 0.5–2% ผสมอยู่ ดินเหนียวกัมมันต์มีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่และดูดซับโมเลกุลของเม็ดสี สบู่ที่ตกค้าง และสิ่งสกปรกขั้วโลกอื่นๆ ลงบนพื้นผิว หลังจากใช้เวลาสัมผัส 15-30 นาที ส่วนผสม-ดินน้ำมันจะถูกกรองผ่านตัวกรองแบบใบแรงดันหรือเครื่องกรอง เพื่อกำจัดดินฟอกขาวที่ใช้แล้วออก และปล่อยให้น้ำมัน-สีอ่อนใส อาจเติมถ่านกัมมันต์ที่ 0.1–0.5% สำหรับน้ำมันที่มีเม็ดสีเข้มข้น หรือเพื่อกำจัดโพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน (PAH) และสิ่งปนเปื้อนอื่นๆ

สุญญากาศมีความสำคัญเนื่องจากจะป้องกันการเกิดออกซิเดชันของน้ำมันที่อุณหภูมิสูงซึ่งใช้ - ออกซิเจนในอากาศจะทำปฏิกิริยากับน้ำมันร้อน และทำให้เกิด-รสชาติและผลิตภัณฑ์ออกซิเดชัน ดินฟอกขาวที่ใช้แล้วซึ่งประกอบด้วยน้ำมันที่กักไว้ 20-40% เป็นผลพลอยได้ที่บางครั้งใช้ในอาหารสัตว์ การทำอิฐ หรือการฝังกลบ แม้ว่าปริมาณน้ำมันจะทำให้เกิดอันตรายจากไฟไหม้หากไม่ได้รับการจัดการอย่างเหมาะสมก็ตาม

ขั้นตอนที่สี่: กำจัดกลิ่น

การขจัดกลิ่นเป็นขั้นตอนสุดท้ายในการกลั่นน้ำมันที่สำคัญ และเป็นสิ่งที่ทำให้น้ำมันกลั่นมีรสชาติและกลิ่นที่เป็นกลาง เป้าหมายคือเพื่อกำจัดสารประกอบระเหย - กรดไขมันอิสระ (ในการกลั่นทางกายภาพ) อัลดีไฮด์ คีโตน แอลกอฮอล์ และกลิ่นอื่นๆ - และรสชาติ-สารประกอบออกฤทธิ์ - พร้อมกับยาฆ่าแมลงที่ตกค้างและไฮโดรคาร์บอนโพลีไซคลิกอะโรมาติกชนิดเบา

การขจัดกลิ่นเป็นกระบวนการกลั่นด้วยไอน้ำโดยพื้นฐานแล้วดำเนินการที่อุณหภูมิสูงและสุญญากาศแบบลึก น้ำมันถูกให้ความร้อนที่ 180–220 องศาสำหรับการขจัดกลิ่นแบบธรรมดา (หลังจากการกลั่นด้วยสารเคมี) หรือ 240–260 องศาสำหรับการกลั่นทางกายภาพ (เมื่อการขจัดกรดและการกำจัดกลิ่นเกิดขึ้นร่วมกัน) ความดันจะอยู่ที่ 2–6 มิลลิบาร์ (ต่ำมาก ใกล้สุญญากาศ) และไอน้ำสดจะถูกโปรยผ่านน้ำมัน ไอน้ำจะดึงสารประกอบระเหยออกมา จากนั้นจึงควบแน่นและรวบรวมไว้ โดยปกติระยะเวลาพักตัวจะอยู่ที่ 30–90 นาที ขึ้นอยู่กับประเภทของน้ำมันและระดับการขจัดกลิ่นที่ต้องการ

อุณหภูมิสูงเป็นสิ่งจำเป็นเนื่องจากสารประกอบระเหยมีความดันไอต่ำและต้องการความร้อนในการระเหย แต่ก็เป็นส่วนที่ละเอียดอ่อนที่สุดของกระบวนการเช่นกัน ความร้อนที่มากเกินไปหรือระยะเวลาที่คงอยู่นานเกินไปอาจทำให้เกิดการเสื่อมสภาพเนื่องจากความร้อนของน้ำมัน - การก่อตัวของกรดไขมันทรานส์ การกลับสี และการสูญเสียสารต้านอนุมูลอิสระตามธรรมชาติ เช่น โทโคฟีรอล เครื่องกำจัดกลิ่นสมัยใหม่ได้รับการออกแบบเพื่อลดการสัมผัสความร้อนโดยใช้การบรรจุแบบมีโครงสร้าง (ซึ่งเพิ่มไอน้ำ-ประสิทธิภาพในการสัมผัสกับน้ำมัน) และระยะเวลาการคงตัวที่สั้นลงที่อุณหภูมิสูงสุด หลังจากกำจัดกลิ่น น้ำมันจะถูกทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วภายใต้สุญญากาศ และกรดซิตริกจำนวนเล็กน้อย (50–200 ppm) มักถูกเติมเป็นสารคีเลตเพื่อจับกับโลหะปริมาณน้อยและปรับปรุงความคงตัวในการออกซิเดชั่น

ขั้นตอนเสริม: การล้างแวกซ์ (การทำให้เป็นฤดูหนาว)

น้ำมันบางชนิด - น้ำมันดอกทานตะวัน น้ำมันข้าวโพด น้ำมันรำข้าว และน้ำมันเมล็ดองุ่นและเมล็ดฝ้ายบางชนิด - มีแวกซ์เอสเทอร์ที่เป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้อง หากปล่อยทิ้งไว้ในน้ำมัน แว็กซ์เหล่านี้จะทำให้เกิดความขุ่นเมื่อน้ำมันถูกแช่เย็น (เช่น ในตู้เย็น) และอาจจะตกตะกอนเป็นตะกอนที่ด้านล่างของขวด สำหรับน้ำมันที่ขายเป็นผลิตภัณฑ์เกรดใส-ในตาราง จำเป็นต้องมีขั้นตอนการล้างแว็กซ์

การดีแว็กซ์ (หรือที่เรียกว่าการทำให้เป็นฤดูหนาว) เป็นกระบวนการตกผลึกและการกรองแบบง่ายๆ น้ำมันที่ผ่านการฟอกขาวหรือกลั่นเต็มที่จะถูกทำให้เย็นลงอย่างช้าๆ ที่ 5-15 องศา (ขึ้นอยู่กับประเภทของน้ำมัน) และคงไว้ที่อุณหภูมินั้นเป็นเวลาหลายชั่วโมง เพื่อให้แว็กซ์เอสเทอร์ตกผลึกเป็นอนุภาคของแข็ง จากนั้นน้ำมันจะถูกกรองผ่านเครื่องกรองแบบกดหรือตัวกรองแบบเมมเบรน เพื่อขจัดผลึกแวกซ์ออก และปล่อยให้น้ำมันใสยังคงความโปร่งใสแม้ในอุณหภูมิทำความเย็น ขี้ผึ้งกรองเป็นผลพลอยได้เล็กน้อย ซึ่งบางครั้งใช้ในงานอุตสาหกรรมหรืออาหารสัตว์

ผลพลอยได้และผลผลิต

การกลั่นไม่ได้เป็นเพียงการกำจัดสิ่งเจือปน - เท่านั้น แต่ยังสร้างผลพลอยได้ที่มีคุณค่าซึ่งมีส่วนช่วยในการประหยัดของกระบวนการอีกด้วย จากการลอกกาว เหงือกที่แยกออกมาสามารถแปรรูปเป็นเลซิติน ซึ่งเป็นอิมัลซิไฟเออร์อาหารที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย หรือขายเป็นอาหารสัตว์ได้ จากการกลั่นสารเคมี สบู่สามารถเป็นกรดเพื่อนำกรดไขมันอิสระกลับมาใช้ในการผลิตสบู่ ไบโอดีเซล หรืออาหารสัตว์ จากการกลั่นทางกายภาพ การกลั่นกรดไขมันเป็นผลิตภัณฑ์ที่จำหน่ายได้ซึ่งใช้ในการใช้งานที่คล้ายคลึงกัน จากการฟอกขาว ดินที่ใช้แล้วจะมีค่าจำกัด แต่บางครั้งสามารถนำไปแปรรูปเพื่อนำน้ำมันที่กักไว้กลับคืนมาได้

ผลผลิตการกลั่นโดยรวม - เปอร์เซ็นต์ของน้ำมันดิบที่กลายเป็นน้ำมันบริโภคที่ผ่านการกลั่นแล้ว - โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 92% ถึง 97% ขึ้นอยู่กับคุณภาพน้ำมันดิบ (ปริมาณ FFA ระดับฟอสฟอรัส ปริมาณสิ่งเจือปน) และวิธีการกลั่น น้ำมันดิบคุณภาพสูง-พร้อม FFA ต่ำและการลอกกาวที่ดีสามารถให้ผลผลิตได้มากกว่า 97% น้ำมันดิบคุณภาพต่ำ-ที่มี FFA สูงและมีระดับสิ่งเจือปนสูงอาจให้ผลผลิตเพียง 90% สำหรับโรงกลั่นที่ประมวลผลปริมาณหลายพันตันต่อเดือน ผลผลิตที่แตกต่างกันเพียง 1% ก็แปลงไปสู่รายได้ที่สำคัญ ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้การเพิ่มประสิทธิภาพและการควบคุมกระบวนการถือเป็นสิ่งสำคัญมาก

บทสรุป

การกลั่นน้ำมันบริโภคจะเปลี่ยนน้ำมันดิบที่มีสีเข้มและมีกลิ่นฉุนให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่ผู้บริโภคคาดหวังได้อย่างชัดเจน เป็นกลาง และมีเสถียรภาพ ผ่านลำดับของกระบวนการทางกายภาพและเคมีที่ได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวัง การลอกกาวจะกำจัดฟอสโฟลิพิดโดยใช้น้ำ กรด หรือเอนไซม์ การลดกรดจะกำจัดกรดไขมันอิสระโดยปฏิกิริยาทางเคมีกับโซดาไฟ (การกลั่นสารเคมี การผลิตสบู่) หรือโดยการกลั่นด้วยไอน้ำสุญญากาศที่อุณหภูมิสูง- (การกลั่นทางกายภาพ การผลิตการกลั่นกรดไขมัน) การฟอกสีจะใช้ดินเหนียวและคาร์บอนเพื่อดูดซับเม็ดสีและสิ่งสกปรกที่ตกค้าง การกำจัดกลิ่นใช้ไอน้ำอุณหภูมิสูง-ภายใต้สุญญากาศลึกเพื่อขจัดกลิ่นรสและสารประกอบกลิ่นที่ระเหยออกไป ทำให้เกิดน้ำมันที่มีรสชาติเป็นกลาง-ในขั้นสุดท้าย การดีแว็กซ์แบบเสริมจะกำจัดแว็กซ์เอสเทอร์สำหรับน้ำมันที่ต้องการความใสที่อุณหภูมิต่ำ

แนวโน้มในอุตสาหกรรมนี้อยู่ที่การกลั่นทางกายภาพ - สารเคมีน้อยลง ของเสียน้อยลง ผลผลิตที่สูงขึ้น และการกำจัดความเป็นกรดแบบรวม-ในการกำจัดกลิ่นในขั้นตอนเดียว - แต่การกลั่นด้วยสารเคมียังคงมีทางเลือกสำหรับน้ำมันบางชนิดและน้ำมันดิบ FFA ที่มีปริมาณสูง สิ่งที่ไม่เปลี่ยนแปลงคือหลักการสำคัญ: ขจัดสิ่งเจือปนที่ทำให้น้ำมันไม่เสถียร ไม่มีรสชาติ- หรือไม่ปลอดภัย ขณะเดียวกันก็รักษาไตรกลีเซอไรด์ที่เป็นกลางซึ่งทำให้น้ำมันเป็นส่วนผสมอาหารที่มีคุณค่า