Penyediaan bahan mentah untuk pemprosesan marjerin – transesterifikasi

Teknologi transesterifikasi mengubah sifat fizikal dan kimia minyak dengan mengubah taburan kedudukan asid lemak dalam trigliserida, menghasilkan campuran asid lemak tepu dan tak tepu dengan takat lebur yang sesuai. Ini meningkatkan kestabilan minyak dan merupakan cara yang berkesan untuk meningkatkan sifat fungsi lemak, serta langkah paling berkesan untuk mengurangkan asid lemak trans dalam makanan. Tindak balas transesterifikasi melibatkan pertukaran dan pemindahan kumpulan asid lemak antara minyak yang berbeza, serta tindak balas asidolisis antara minyak dan asid lemak, dan tindak balas alkohololisis antara minyak dan alkohol. Untuk pemprosesan minyak mentah untuk marjerin dan pemendekan, transesterifikasi terutamanya menggunakan tindak balas transesterifikasi antara minyak. Sama seperti penghidrogenan, transesterifikasi ialah kaedah penting untuk mengubah suai minyak yang boleh dimakan. Bergantung kepada pemangkin yang digunakan, tindak balas transesterifikasi boleh dibahagikan kepada transesterifikasi kimia dan transesterifikasi enzimatik.

Pemangkin untuk transesterifikasi kimia lazimnya adalah bahan beralkali, dan pemangkin yang berbeza digunakan bergantung pada tujuan transesterifikasi dan suhu tindak balas. Kalium hidroksida dan natrium hidroksida sendiri kurang larut dalam minyak dan lemak, dan biasanya digunakan pada suhu tinggi 120-160 ℃. Menggunakannya dalam kombinasi dengan gliserol boleh meningkatkan kesan pemangkin. Kajian Qiu Wenjie et al. tentang tindak balas transesterifikasi lemak babi yang dimangkinkan oleh campuran natrium hidroksida dan gliserol mencapai tahap transesterifikasi sebanyak 97.6%. Pada suhu rendah, kalium, natrium, dan derivatif alkoholnya, seperti natrium metoksida, sering digunakan, biasanya bertindak balas pada suhu yang lebih rendah 50-70 ℃. Semasa tindak balas transesterifikasi kimia, semua molekul trigliserida disusun semula secara rawak, akhirnya mencapai keadaan keseimbangan mengikut peraturan kebarangkalian. Pemangkin kimia boleh digunakan secara langsung sebagai serbuk kering atau dilarutkan dalam pelarut sebelum digunakan; operasinya mudah dan murah. Walau bagaimanapun, lembapan atau peroksida lain boleh meracuni pemangkin, oleh itu minyak mentah mesti ditapis dan dikeringkan dengan ketat sebelum digunakan. Transesterifikasi tradisional telah menjadi proses transesterifikasi standard yang penting. Chai Dan mengkaji penyediaan marjerin asid trans-lemak sifar/pemendekan daripada minyak kacang soya menggunakan natrium metoksida sebagai pemangkin transesterifikasi kimia.Selepas transesterifikasi, jumlah trigliserida tepu dan tri tak tepu dalam minyak berkurangan dengan ketara, manakala jumlah trigliserida tak tepu (UUS) dan trigliserida tak tepu tunggal (SSU) meningkat dengan ketara. Sifat termanya, tabiat penghabluran, dan bentuk kristal semuanya menunjukkan kesesuaiannya sebagai minyak asas untuk marjerin. Walau bagaimanapun, transesterifikasi kimia juga mempunyai beberapa kelemahan, seperti menjejaskan rasa produk, potensi bahaya pemangkin yang digunakan, dan prestasi alam sekitar yang lemah. Transesterifikasi enzimatik ialah tindak balas transesterifikasi terarah menggunakan enzim biologi sebagai pemangkin. Bergantung pada jenis enzim, jenis dan kedudukan asid lemak boleh diubah secara khusus, menawarkan lebih banyak kelebihan daripada transesterifikasi kimia. Keadaan tindak balasnya lebih ringan, operasinya lebih mudah, ia tidak menghasilkan bahan sampingan kimia berbahaya, dan tahap transesterifikasi boleh diukur dan dikawal dengan tepat, membolehkan tindak balas berhenti dalam masa yang ditentukan. Terutama dalam beberapa tahun kebelakangan ini, transesterifikasi bermangkin enzim tidak bergerak telah berkembang, yang pada asasnya boleh menghasilkan produk yang serupa dengan yang diperoleh melalui transesterifikasi kimia. Tambahan pula, tindak balas transesterifikasi pemangkin boleh dikitar semula dan digunakan semula, dengan ketara mengurangkan kos pengeluaran dan meningkatkan kualiti produk. Oleh itu, transesterifikasi minyak bermangkin enzim tidak bergerak telah menjadi tempat tumpuan penyelidikan.

Ramai penyelidik telah mengkaji tindak balas transesterifikasi. K. Long et al. membandingkan kesan transesterifikasi pada takat lebur stearin sawit dan minyak biji rami, dan minyak sawit dan minyak biji rami. Eksperimen menunjukkan bahawa transesterifikasi enzimatik stearin sawit dan minyak biji rami mengurangkan takat lebur minyak, manakala transesterifikasi minyak sawit dan minyak biji rami meningkatkan takat lebur sebanyak 41%–48%. Tambahan pula, kandungan lemak pepejal (SFC) stearin sawit dan minyak biji rami menurun pada semua suhu selepas transesterifikasi, manakala SFC minyak sawit dan sistem minyak biji rami meningkat berbanding sebelum transesterifikasi, terutamanya pada 10°C. Tiada perubahan ketara diperhatikan dalam asid lemak dalam campuran minyak sebelum dan selepas transesterifikasi. Memandangkan kesan transesterifikasi berbeza antara minyak yang berbeza, adalah perlu untuk memilih sistem yang sesuai berdasarkan keperluan yang berbeza dan menjalankan penyelidikan lanjut untuk mencapai kesan tertentu. M. A. Alim et al. memilih sistem stearin sawit dan minyak dedak padi untuk transesterifikasi bagi menyediakan lemak pepejal. Mereka mengkaji parameter tindak balas seperti kandungan lembapan, suhu tindak balas, masa tindak balas, dan nisbah molar, dan mengoptimumkan keadaan tindak balas menggunakan metodologi permukaan tindak balas untuk mendapatkan lemak pepejal dengan takat lebur tertentu. Ini menyediakan data asas untuk penyelidikan lebih mendalam mengenai transesterifikasi. Perubahan dalam sifat fizikal selalunya disebabkan oleh perubahan dalam komposisi kimianya; oleh itu, beberapa penyelidik telah mula mengkaji perubahan trigliserida dalam minyak dan lemak untuk menjalankan kajian mendalam tentang proses transesterifikasi.S. Ghosh et al. menjalankan tindak balas transesterifikasi stearin sawit dengan minyak bunga matahari, minyak kacang soya, dan minyak dedak padi, masing-masing. Mereka menganalisis takat lebur, kandungan lemak pepejal (SFC), dan bilangan karbon setara trigliserida minyak transesterifikasi. Takat lebur minyak transesterifikasi selepas stearin sawit dengan minyak bunga matahari, minyak kacang soya dan minyak dedak padi masing-masing ialah 37.5 ℃, 38.9 ℃ dan 39.6 ℃. SFC ialah 30%–35% pada 10 ℃, 17%–19% pada 20 ℃, dan 6%–10% pada 30 ℃. Mereka juga mendapati bahawa komposisi trigliserida berubah dengan ketara. Semua produk transesterifikasi yang diperolehi adalah sesuai sebagai minyak asas untuk marjerin dan pemendekan dengan asid lemak trans sifar/rendah dan kaya dengan asid lemak tak tepu. R.C. Rodriguez et al. mengkaji tindak balas transesterifikasi enzim stearin sawit dan minyak kacang soya sebagai substrat dalam sistem bebas pelarut. Selepas transesterifikasi, kandungan triester kering tepu penuh dan politaktepu dalam minyak berkurangan, manakala kandungan triester kering mono/tak tepu meningkat pada kadar yang sama. Pada suhu di bawah 15°C, kandungan lemak pepejal (SFC) meningkat sedikit sebanyak; pada suhu yang lebih tinggi, minyak menjadi lebih lembut. Penyelidikan lanjut telah menyiasat perubahan dalam pelbagai komponen minyak semasa transesterifikasi dan kesan keadaan tindak balas yang berbeza ke atas kandungan komponen. Vimon et al. menggunakan SP 435 lipase untuk memangkinkan tindak balas transesterifikasi lemak babi dengan minyak bunga matahari dengan kandungan asid oleik yang tinggi, membandingkan produk transesterifikasi dengan nisbah minyak-lemak yang berbeza. Keputusan menunjukkan bahawa apabila kandungan minyak bunga matahari meningkat.Produk menunjukkan penurunan dalam kandungan trigliserida dan peningkatan dalam digliserida, monogliserida, dan asid lemak bebas. Keputusan menunjukkan bahawa kandungan asid lemak bebas tertinggi telah diperhatikan dalam produk apabila nisbah lemak babi kepada minyak bunga matahari ialah 40:60, dan hidrolisis paling teruk pada nisbah ini. Nisbah substrat 60:40 menghasilkan campuran transesterifikasi yang memenuhi keperluan untuk marjerin lembut. H. Zhang et al. mengkaji penyediaan enzimatik marjerin menggunakan stearin sawit dan minyak kelapa sebagai substrat, menyiasat kesan keadaan tindak balas terhadap transesterifikasi. Pada masa tindak balas selama 6 jam, peningkatan suhu daripada 55 ℃ kepada 80 ℃ mempunyai sedikit kesan ke atas tahap tindak balas, tetapi sedikit kesan ke atas kandungan asid lemak bebas. Kandungan air enzim antara 3% dan 6% tidak menjejaskan aktiviti pemangkin enzim, tetapi dengan ketara mengurangkan kandungan digliserida dan asid lemak bebas dalam produk. Kajian ini menyediakan parameter asas dan meletakkan asas eksperimen untuk aplikasi praktikal transesterifikasi enzim dalam penyediaan minyak asas marjerin. Melalui kerjasama penyelidikan yang meluas dan mendalam, ADM melancarkan produk pertamanya pada tahun 2002. Menjelang 2005, syarikat itu telah menghasilkan lebih daripada 6,810 tan minyak transesterifikasi, dan skala pengeluarannya masih berkembang.