Atık Bitkisel Yağların Çevresel Etkileri
advertisement
ATIK BİTKİSEL YAĞLARIN ÇEVRESEL ETKİLERİ Prof. Dr. Bülent KESKİNLER Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü [email protected] 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 [email protected] TEŞEKKÜRLER
