Atık Bitkisel Yağların Çevresel Etkileri

advertisement
ATIK BİTKİSEL YAĞLARIN
ÇEVRESEL ETKİLERİ
Prof. Dr. Bülent KESKİNLER
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü
bkeskinler@gyte.edu.tr
ATIK YAĞ
Sanayide veya sanayi dışı alanlarda belli bir
süre kullanılan yağ, fiziksel ve kimyasal
özelliklerini kaybederek atık yağ haline
gelir. Oluşan bu atık yağlar, ekotoksik
olmalarının yanında içerdikleri ağır metal ve
klor bileşiklerinin yakılmaları sonucu
atmosfer kirliliğine sebep olurlar ve insan
sağlığına zarar verirler. Bu nedenle atık
yağlar güvenli bir şekilde bertaraf edilmeli
veya insanlar için zararlı olmayacak biçimde
kullanılmalıdır.
KULLANILMIŞ KIZARTMA YAĞLARI
„
„
Kızartma işlemi, en basit olarak gıda maddesinin
sıcak yağ içine dalması ve pişmesi olarak tarif edilir.
Geçmişi muhtemelen M.Ö. 6. yüzyıla kadar uzanan bu
işlemin amacı özel bir kabuk, renk, tat ve doku
oluşturarak gıdanın hızlı pişmesini sağlamaktır. Bu
işlem gıda maddesine, kullanılan yağa ve kızartma
yağının bizzat kendisine bağlı olan pek çok değişkeni
içeren kompleks bir prosestir. Esas olarak kızartma bir
dehidrasyon işlemidir ve şu üç temel karakteristiği
içerir:
1. Yüksek yağ sıcaklığı ( 160-180 oC); hızlı ısı iletimi ve
kısa pişme süresi sağlar,
2. Ürün sıcaklığı (kabuk bölgesi hariç); 100 oC ‘ı
geçmez,
3. Suda çözünen madde kaybı minimumdur.
Kızartma işleminde ısı enerjisi bir ısı kaynağından
pişirilecek olan gıda maddesine yağ ortamında iletilir.
Derin kızartma (deep-frying) ısı iletim ortamının tüm
yağ kütlesi olduğu, başka bir deyişle gıda maddesinin
tamamının veya tamamına yakın bir kısmının yağa
battığı işlemdir. Bu işlemde ısı ve kütle iletimi birlikte
yürür. Isı yağdan gıdaya transfer olurken, su gıdadan
buharlaşır ve yağ gıda tarafından adsorplanır.
KIZARTMA SIRASINDA YAĞDA MEYDANA
GELEN FİZİKSEL ve KİMYASAL DEĞİŞİMLER
„
„
Kızartma sırasında yürüyen reaksiyonlar nedeni ile
yağda bazı fiziksel ve kimyasal değişmeler olur.
Gıdanın nemi ve yüksek sıcaklık nedeniyle yağda
başlıca üç temel bozunma reaksiyonu gerçekleşir:
suyun neden olduğu hidroliz,
oksijen ve ısının neden oldukları oksidasyon ve
termal bozunma.
Tüm bu reaksiyonlar çok sayıda polimerizasyon
ürünlerinin oluşmasına neden olan kompleks
reaksiyonlardır. Teşhis edilebilen polimerizasyon
ürünü sayısı 400’den fazladır. Yüksek sıcaklıkta,
gıdadan buharlaşan suyun yağ yüzeyinde
oluşturduğu koruyucu tabaka nedeni ile oksijen
temini zorlaştığından, oluşan ana reaksiyon
oksidasyondan polimerizasyona kaymaktadır. Bu
reaksiyonlardan başka yağ ile gıda bileşenleri
arasındaki reaksiyonlar sonucu da bozunma
ürünleri oluşabilmektedir.
Kızartmadan sonra bitkisel yağda gözlenen bazı yaygın
fiziksel değişimler:
„
„
„
„
„
vizkozitenin artması,
özgül ısının artması,
yüzey geriliminde değişme,
renkte değişme,
yağın köpük oluşturma eğiliminin artmasıdır.
Oksijen
Su
Buhar, Uçucu bileşikler
Adsorpsiyon
Havalandırma
Buharlaşma
Buhar
Patates parçası
Oksidasyon
Hidroliz
Hidroperoksitler
konjugedienler
Dehidrasyon
Alkoller, ketonlar
aldehitler
Asitler
Hidrokarbonlar
Dimerler, trimerler,
Epoksitler, alkoller,
Hidrokarbonlar
Polimerizasyon
Serbest yağ asitleri
Diaçilgliseroller
Gliserol
Monoaçilgliseroller
Dimerler
>>>>>>>>>>>
>>>>>>>>>>>
Isı Kaynağı
Kızartma nedeni ile yağlarda, uçucu maddelerden uçucu
olmayan monomerik ve polimerik maddelere kadar
değişen geniş bir aralıkta ürünler oluşur. Isıtmaya ve
kızartmaya devam edildiğinde bu maddeler bozunmaya
devam eder. Parçalanma ürünleri kötü koku ve
muhtemel zehirli etki oluşturacak seviyeye ulaşır ve yağı
kızartma için uygun olmayan hale getirir. Oluşan bu
maddelerin miktarı ve kimyasal yapıları yağ ve gıda
tipleri, kızartma koşulları ve oksijen bulunması gibi pek
çok faktöre bağlıdır. İlave olarak söz konusu kimyasal
reaksiyonlar birbirleriyle ilgili olarak bir kompleks ürün
karışımı üretebilir. Tüm bu bozunma ürünleri polar
karakterli maddeler olduğundan, kızartma yağlarının
toplam polar madde içerikleri (TPM), meydana gelen
bozunma reaksiyonların miktarı hakkında sağlıklı
değerlendirmeler vermektedir. Pek çok ülkede kızartma
yağlarının kullanımdan çekilmesi için TPM içerikleri için
sınırlayıcı değerler kabul edilmiştir. Bu değer birçok
Avrupa ülkesi için % 24-25‘dir. Bazı ülkeler ise bu değere
ek olarak % oligomerik madde içerikleri için % 10-16
gibi yasal sınırlamalar getirmişlerdir.
Kızartma koşullarına göre farklı derecede ve farklı mekanizmalar
üzerinden gerçekleşebilen tüm bu reaksiyonlar sonunda kızartma
yağında yüzlerce farklı yapıda, ancak hepsi polar karakterli
bozunma ürünleri oluşmaktadır. Örneğin gıdanın içerdiği suyun
neden olduğu yağ hidrolizi sonunda mono ve digliseridler,
serbest yağ asitleri oluştururken, havanın ve gıdanın içerdiği
oksijen, doymamış yağ asitlerinden, önce hidroperoksitlerin
oluşmasına ve bu ara ürünlerinde derhal bozunarak çeşitli ikincil
oksidasyon ürünleri ile bunların polimerizasyon ürünlerinin
oluşmasına neden olur.
Zeytin yağının farklı kızartma sürelerinde
fiziksel ve kimyasal değişimler
Polar maddeler ile fiziksel değişimler
arasındaki ilişki
200 oC’de kızartılan zeytin yağının yağ
asitlerindeki değişmeler (%)
Kızartma sırasında oluşan polar yapıdaki bozunma
ürünlerinin bir kısmı küçük molekül ağırlıklı aldehitler,
ketonlar, epoksitler, hidrokarbonlar ve siklik yapıdaki
uçucu bileşiklerdir. Uçucu olmayan bozunma ürünleri ise
başlıca orta molekül ağırlıklı aldehitler, okso-, hidroksi,epoksi- ve siklik asit grupları içeren trigliseritler, bu
trigliserit ve asitlerin dimer ve polimerleridir. Kızartma
işlemi devam ettikçe söz konusu bozunma ürünlerinin
miktarları giderek artmaktadır. Örnek olarak bazı
işletmelerde yapılan ölçümlerde, toplam polar madde
içeriğinin %60’a ve polimer madde içeriğinin de %48’e
kadar ulaştığının saptandığı bilinmektedir. Kızartma
sırasında oluşan bozunma ürünlerinden aldehitler,
ketonlar, siklik yağ asitleri ve bunları içeren trigliseritler,
deney hayvanları üzerinde sağlığa zararlı etkileri
saptandığından insan sağlığına da zarar verme potansiyeli
yüksek bileşikler olarak kabul edilmektedirler.
KIZARTMA AMACIYLA KULLANILAN KATI VE SIVI
YAĞLARIN KONTROL KRİTERLERİ TEBLİĞİ
(TEBLİĞ NO: 2007/41), 28.08.2007, Sayı: 26627
Kızartma Amacıyla Kullanılmakta Olan Yağların Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri
Özellik
Limit
Polar Madde
≤ % 25
Dumanlanma Noktası
> 170 °C
Toplam polar madde tayini
Kızartma yağları, kızartma işlemi sırasında
oluşan ve sağlığa zararlı olabilecek bu
maddelerden başka gıda maddesinden
kaynaklanan ve yağda yüksek çözünürlüğü
olan heterosiklik aminler (HAs), polisklik
aromatik hidrokarbonlar (PAHs), poliklorlu
benzenler (PCBs), dioksinler ve benzeri
sağlığa zararlı maddeleri, kullanım süresine
bağlı olarak değişen miktarlarda içerebilirler
(Türkay, S., “Biyoyakıt Dünyası Dergisi”,
Mart 2007, Sayı 8).
„
„
Türkiye’de yılda 1.5 milyon ton
bitkisel yağ gıda amacı ile
kullanılmaktadır.
Bu
yağdan
yaklaşık olarak 350.000 ton atık yağ
oluşmaktadır.
Avrupa Birliğinde (EU) toplanan
atık kızartma yağlarının miktarı
tahmini olarak yılda yaklaşık
700.000 – 1.000.000 ton’dur. Bu
miktar Kanada’da yıllık 120.000
tondur.
Bu
da
atık
yağ
kontrolünün ne kadar önemli
olduğunu göstermektedir.
„
Bu yağları paketleyip tekrar yağ olarak satan
firmalar bulunmaktaysa da bu yağlar insan sağlığı
için çok tehlikelidir ve kesinlikle gıda amacıyla
kullanılmamalıdır. Bu yağlar hayvan yemi olarak
kullanılacaksa içerisindeki PCB (poliklorlu
bifeniller),
furan,
PAH
(poliaromatik
hidrokarbonlar), dioksin ve dioksin benzeri
madde miktarına mutlaka kontrol edilmelidir.
„
Bitkisel ve hayvansal atık yağların en iyi
değerlendirme
alanı
biyodizele
dönüştürmedir. Atık yağ rafine edilerek katı
maddeler fitre edilir, yağ içinde bulunan su
uzaklaştırılır. Daha sonra metanolde
çözünmüş sodyum hidroksit veya potasyum
hidroksit
ilave
edilerek
biyodizele
dönüştürülür.
ATIK YAĞLARIN ÇEVRESEL ETKİLERİ
„
„
„
Atık yağlar ekotoksik özelliğe sahiptir; bulunduğu ortamı
kirletir, ortamda yaşayan canlılara zarar verir.
Atık su kirliliğinin %25 oranında kaynağını, kullanılmış
bitkisel ve hayvansal yağlar oluşturmaktadır. Arıtılmayan
atık suların içindeki bitkisel ve hayvansal atık yağlar;
denizlere, göllere ve akarsulara döküldüğü zaman o suyun
kirlenmesi ve sudaki oksijenin azalması sonucu; ortamdaki,
başta balıklar olmak üzere diğer canlılar üzerinde büyük
tahribata yol açar.
Kullanılmış yağlar lavaboya döküldüğü zaman dren
sistemine sıvanır, kanalizasyon borusu içindeki atıkların
yapışmasına ve zamanla borunun daralmasına neden olur.
Kanalizasyona dökülen atık yağlar diğer atıkları tutar ve
kanalizasyon sisteminin kullanılmaz hale gelmesine sebep
olurlar. Böylece atık su arıtma tesislerine zarar verir ve
işletme maliyetini artırır. ABD’de yapılan bir araştırmaya
göre lavaboya dökülen atık yağların kanalizasyon
sistemlerinin %40 oranında tıkanmasına sebep olduğu
bildirilmiştir.
„
„
„
„
Yağ ve gresler, anaerobik parçalanmaya karşı dirençlidirler. Çamur
içerisinde bulunduklarında, çürütücülerde aşırı köpüklenme olmasına
neden olabilir, filtrenin gözeneklerini tıkayabilir ve çamurun arazide
gübre olarak kullanılmasını bozabilirler.
Evsel ve endüstriyel atıksuların ve çamurların yağ ve gres içeriği, bu tip
maddelerin toplanmasında ve arıtılmasında oldukça önemlidir. Yağ ve
gres sudaki çözünürlüğünün az oluşu nedeniyle sıvı fazdan ayrılma
eğilimi gösterir ve üst faz oluşturur. Yağ ve gres, suda ayrışmaları
oldukça yavaş olup, bulundukları ortamlardan kolayca gitmezler. Bu
nedenle birçok sucul ortamlarda problemler doğururlar.
Yağ ve gres ön çökeltim havuzunda köpük halinde ayrılırlar. Bu
nedenle yüksek yağ ve gres içeriği taşıyan endüstrilerde köpük problemi
oldukça önemli olmakla birlikte çamurun vakum filtrasyonu da oldukça
güç olur.
Membran ile bir arıtım yapacağımız zaman özellikle yağ ve gresi
gidermemiz gerekir. Aksi takdirde yağ ve gres membranın tıkanmasına
neden olabilir.
„
Evsel atık sular genel olarak biyolojik olarak arıtılırlar. Evsel atık su
içinde bulunan yağları biyolojik olarak arıtmak zordur. Çünkü biyolojik
arıtmada faaliyet gösteren bakteriler yağ ve gresle kaplanarak aktiviteleri
engellenir. Bu nedenle atık yağlar atık suyun KOI ve BOI’sinde ciddi
artışlara neden olur.
„
Atıksu arıtma tesislerinde problem oluşturan yağ ve gresin tamamı ön
çökeltim havuzlarında uzaklaştırılmaz. Suyun içerisinde çok ince
emülsiyon halinde önemli miktarda yağ ve gres kalır. Aktif çamur
tesislerinde gres çoğunlukla gres kürecikleri içine birikir ve bunlar
yüzerek, son çökeltim havuzlarında hoş olmayan bir görüntü arz eder.
Damlatmalı filtre ve aktif çamur proseslerinin her ikisi de sıvıdan
biyolojik kütledeki hücrelere oksijen transferini engelleyen fazla
miktardaki gresten önemli ölçüde etkilenir. Ayrıca biyolojik arıtmada
aktif çamur prosesi 30 mg/L’den fazla yağ içeriyorsa çamur inhibe olur
ve aktivitesi engellenir [Öztürk, M., “Kullanılmış Bitkisel Ve Hayvansal Yağlar”,
Ankara, 2004].
SONUÇ ve ÖNERİLER
„
Ülkemizde kullanılmış bitkisel ve hayvansal atık yağların,
yönetmeliklere uygun olmayan bir şekilde bertaraf edilmesi
sonucunda insan ve çevre sağlığı tehdit edilmektedir. Türkiye’de
atık yağ toplama konusunda faaliyet gösteren 5 firma
bulunmaktadır. Firmaların yılda 350 bin ton yağ toplaması
gerekirken bu rakamın iki yılda 2980 tonla sınırlı kalmaktadır. Bu
atıklar geri kazanılarak sürdürülebilir değerli bir hammadde haline
çevrilebilir. Geri kazanıldığı zaman çeşitli amaçlar için
kullanılarak çevreye verebileceği zarar minimize edilebilir.
Yaklaşık olarak ülkemizde 350.000 ton civarında oluşan
kullanılmış bitkisel ve hayvansal atık yağlar kanalizasyona
dökülmeyip biyodizel üretimi için geri kazanılabilirse yılda
350.000 ton biyodizel ve yan ürün olarak 35.000 ton gliserin
üretilerek ülke ekonomisine önemli bir kaynak sağlanabilir.
Kullanılmış bitkisel ve hayvansal yağların geri kazanılması ile
evsel atıksular %25 oranında daha az kirlenmiş olur. Buda atıksu
arıtma yöntemlerinde ortaya çıkabilecek işletme problemlerini
minimize ederek maliyet açısından bir avantaj sağlayacaktır.
Prof. Dr. Bülent KEKSİNLER
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü
bkeskinler@gyte.edu.tr
TEŞEKKÜRLER
Download