Se hai mai visto l'olio uscire da un torchio a vite - scuro, torbido, con l'odore forte del seme da cui proviene - non indovineresti mai che è la stessa sostanza che finisce nella bottiglia trasparente, dal sapore -neutro sullo scaffale del supermercato. Questa trasformazione è il risultato della raffinazione del petrolio, un processo in più-fasi che rimuove le impurità naturalmente presenti nell'olio vegetale grezzo preservando i trigliceridi che rendono prezioso il petrolio. Non si tratta solo di far sembrare l'olio pulito - ogni passaggio prende di mira composti specifici che influiscono sul sapore, sulla stabilità, sulla durata di conservazione e persino sulla sicurezza.
Cosa contiene effettivamente il petrolio greggio
Petrolio greggio - l'olio direttamente dalla spremitura o dall'estrazione con solvente, prima di qualsiasi raffinazione - è composto principalmente da trigliceridi (l'olio neutro che desideriamo), ma trasporta anche un cocktail di composti indesiderati. I fosfolipidi (gomme) rendono l'olio torbido e provocano la formazione di schiuma quando riscaldato. Gli acidi grassi liberi (FFA) conferiscono all'olio un sapore pungente e rancido e ne riducono il punto di fumo. Pigmenti come la clorofilla e i carotenoidi conferiscono all'olio il suo colore scuro e possono favorire l'ossidazione. Possono essere presenti anche tracce di metalli, pesticidi e contaminanti ambientali, a seconda della qualità del seme e del metodo di estrazione. E i composti volatili - aldeidi, chetoni e prodotti di ossidazione - sono ciò che conferisce al petrolio greggio il suo odore forte, spesso sgradevole.
L'obiettivo della raffinazione è rimuovere queste impurità con la minima perdita possibile di olio neutro. Una raffineria- ben gestita potrebbe perdere il 3–8% del peso del petrolio greggio come sottoprodotti e perdite di processo, a seconda della qualità del petrolio e del metodo di raffinazione. Le operazioni mal gestite possono perdere molto di più, il che incide direttamente sulla redditività.
Fase uno: sgommatura
La sgommatura è la prima fase di raffinazione e il suo compito è rimuovere i fosfolipidi - i composti gommosi che rendono il petrolio greggio torbido e instabile. I fosfolipidi sono preziosi di per sé (sono la fonte della lecitina commerciale), ma lasciati nell'olio causano problemi: formano schiuma durante la frittura, si decompongono alle alte temperature e interferiscono con le fasi di raffinazione a valle.
Il metodo più comune è la sgommatura dell'acqua: l'acqua calda (circa 80–85 gradi) viene mescolata con il petrolio greggio, provocando l'idratazione dei fosfolipidi - assorbono acqua, si gonfiano e diventano insolubili nell'olio. Le gomme idratate formano una fase pesante separata che viene rimossa mediante centrifugazione. Le gomme separate possono essere essiccate e vendute come lecitina grezza, utilizzate nell'alimentazione animale o ulteriormente trasformate in lecitina-per uso alimentare.
Per gli oli con livelli elevati di fosfolipidi non-idratabili (che non rispondono solo all'acqua), viene utilizzata la sgommatura acida. Una piccola quantità di acido fosforico o acido citrico viene aggiunta prima dell'acqua, convertendo i fosfolipidi non-idratabili in forme idratabili che possono poi essere rimosse mediante acqua e centrifugazione. La sgommatura enzimatica, un metodo più recente, utilizza gli enzimi fosfolipasi per scomporre le strutture fosfolipidiche, ottenendo livelli residui di fosforo ancora più bassi con una minore perdita di olio. I moderni sistemi di sgommatura continua possono rimuovere oltre il 95% dei fosfolipidi, garantendo che l'olio rimanga limpido anche in condizioni di refrigerazione.
Fase due: disacidificazione (neutralizzazione)
La deacidificazione rimuove gli acidi grassi liberi, che sono la principale causa del sapore rancido e della ridotta durata di conservazione. Esistono due approcci fondamentalmente diversi: la raffinazione chimica e la raffinazione fisica.
La raffinazione chimica (detta anche raffinazione o neutralizzazione degli alcali) è il metodo tradizionale. Una soluzione diluita di idrossido di sodio (soda caustica) viene miscelata con l'olio sgommato. Il NaOH reagisce con gli acidi grassi liberi per formare sapone (sali di sodio degli acidi grassi), che è insolubile nell'olio e si separa come una fase pesante chiamata sostanza saponosa. La sostanza saponosa viene rimossa mediante centrifugazione e l'olio viene quindi lavato con acqua calda per rimuovere il sapone residuo, quindi essiccato sotto vuoto. La raffinazione chimica è efficace per qualsiasi livello di FFA e produce un petrolio molto pulito, ma presenta degli inconvenienti: il sapone trasporta con sé l'1–3% di petrolio neutro (una perdita economica) e il processo genera acque reflue che richiedono un trattamento.
La raffinazione fisica (chiamata anche raffinazione a vapore o deacidificazione per distillazione) è l'approccio più moderno ed è diventato il metodo dominante per la maggior parte degli oli vegetali. Invece di far reagire chimicamente gli FFA, la raffinazione fisica li rimuove mediante distillazione: l'olio viene riscaldato a 240–260 gradi sotto vuoto profondo (tipicamente inferiore a 3 mbar o 600 Pa) e al suo interno viene spruzzato vapore vivo. Gli acidi grassi liberi hanno punti di ebollizione molto più bassi rispetto ai trigliceridi, quindi vaporizzano e vengono portati via dal vapore, quindi condensati e raccolti come sottoprodotto chiamato distillato di acidi grassi (che può essere venduto per l'uso nella produzione di sapone, nell'alimentazione animale o nel biodiesel). La raffinazione fisica combina la deacidificazione con la deodorizzazione in un unico passaggio, non utilizza sostanze chimiche, non genera sapone o acque reflue e perde meno olio neutro. La limitazione principale è che funziona meglio per oli con contenuto di FFA da basso a moderato (inferiore al 3-5%) e richiede prima una sgommatura molto efficace, poiché i fosfolipidi residui degradano e scuriscono l'olio alle alte temperature utilizzate.
La scelta tra raffinazione chimica e fisica dipende dal tipo di olio, dal livello di FFA e dal prodotto desiderato. L'olio di palma, l'olio di palmisti, l'olio di cocco e la maggior parte degli oli ad alto contenuto di -FFA vengono generalmente raffinati fisicamente. L’olio di soia, l’olio di colza e l’olio di girasole possono andare in entrambe le direzioni, anche se la raffinazione fisica è sempre più preferita. L'olio di semi di cotone e alcuni oli speciali possono ancora utilizzare la raffinazione chimica a causa di specifici profili di impurità.
Fase tre: sbiancamento
Lo sbiancamento rimuove i pigmenti - principalmente clorofilla (verde) e carotenoidi (giallo, arancione, rosso) - insieme a saponi residui, fosfolipidi, prodotti di ossidazione e tracce di contaminanti. Nonostante il nome, non è un processo di sbiancamento chimico; è un processo di adsorbimento che utilizza terra sbiancante (argilla attivata) e talvolta carbone attivo.
Il processo è semplice: l'olio sgommato e disacidificato viene riscaldato a 90-110 gradi sotto vuoto (tipicamente circa 50 mbar) e viene mescolato lo 0,5-2% di terra sbiancante. L'argilla attivata ha un'enorme area superficiale e assorbe molecole di pigmento, sapone residuo e altre impurità polari sulla sua superficie. Dopo 15–30 minuti di tempo di contatto, la miscela di olio-terra viene filtrata attraverso filtri a foglia a pressione o filtropresse, rimuovendo la terra sbiancante esaurita e lasciando un olio limpido,-di colore chiaro. È possibile aggiungere carbone attivo allo 0,1–0,5% per oli con pigmentazione intensa o per rimuovere idrocarburi policiclici aromatici (IPA) e altri contaminanti in tracce.
Il vuoto è importante perché impedisce l'ossidazione dell'olio alle temperature elevate utilizzate - l'ossigeno nell'aria reagirebbe con l'olio caldo e produrrebbe-sapori e prodotti di ossidazione. La terra sbiancante esaurita, che contiene il 20-40% di olio trascinato, è un sottoprodotto che a volte viene utilizzato nell'alimentazione degli animali, nella produzione di mattoni o messo in discarica, sebbene il contenuto di olio lo renda pericoloso se non gestito correttamente.
Fase quattro: deodorizzazione
La deodorizzazione è l'ultima importante fase di raffinazione ed è ciò che conferisce all'olio raffinato il suo gusto e odore neutri. L'obiettivo è rimuovere i composti volatili - acidi grassi liberi (nella raffinazione fisica), aldeidi, chetoni, alcoli e altri composti attivi di odore- e sapore- - insieme a eventuali pesticidi residui e idrocarburi policiclici aromatici leggeri.
La deodorizzazione è essenzialmente un processo di distillazione a vapore effettuato ad alta temperatura e sotto vuoto profondo. L'olio viene riscaldato a 180–220 gradi per la deodorizzazione convenzionale (dopo la raffinazione chimica) o 240–260 gradi per la raffinazione fisica (dove la deacidificazione e la deodorizzazione avvengono insieme). La pressione viene mantenuta a 2–6 mbar (molto bassa, quasi-vuoto) e vapore vivo viene spruzzato attraverso l'olio. Il vapore elimina i composti volatili, che vengono poi condensati e raccolti. Il tempo di permanenza è generalmente di 30–90 minuti, a seconda del tipo di olio e del livello di deodorazione desiderato.
L'alta temperatura è necessaria perché i composti volatili hanno una bassa pressione di vapore e necessitano di calore per vaporizzare, ma è anche la parte più delicata del processo. Troppo calore o un tempo di permanenza troppo lungo possono causare la degradazione termica dell'olio -, la formazione di acidi grassi trans, l'inversione del colore e la perdita di antiossidanti naturali come i tocoferoli. I deodoranti moderni sono progettati per ridurre al minimo l'esposizione al calore utilizzando un imballaggio strutturato (che aumenta l'efficienza del contatto con vapore-olio) e tempi di permanenza più brevi alla temperatura più elevata. Dopo la deodorizzazione, l'olio viene raffreddato rapidamente sotto vuoto e una piccola quantità di acido citrico (50–200 ppm) viene spesso aggiunta come agente chelante per legare i metalli in tracce e migliorare la stabilità ossidativa.
Passaggio facoltativo: deparaffinazione (svernamento)
Alcuni oli - olio di girasole, olio di mais, olio di crusca di riso e alcuni oli di vinaccioli e semi di cotone - contengono esteri di cera che sono solidi a temperatura ambiente. Se lasciate nell'olio, queste cere causano torbidità quando l'olio viene raffreddato (in frigorifero, ad esempio) e possono depositarsi come sedimento sul fondo della bottiglia. Per gli oli venduti come prodotti trasparenti da tavola-, è necessaria una fase di deparaffinazione.
La deparaffinazione (chiamata anche winterizzazione) è un semplice processo di cristallizzazione e filtrazione. L'olio sbiancato o completamente raffinato viene raffreddato lentamente a 5-15 gradi (a seconda del tipo di olio) e mantenuto a quella temperatura per diverse ore, consentendo agli esteri di cera di cristallizzarsi in particelle solide. L'olio viene poi filtrato attraverso una filtropressa o un filtro a membrana, eliminando i cristalli di cera e lasciando un olio limpido che rimane trasparente anche a temperature di refrigerazione. La cera filtrata è un sottoprodotto minore, talvolta utilizzato in applicazioni industriali o nell'alimentazione animale.
Sottoprodotti e resa
La raffinazione non consiste solo nella rimozione delle impurità - ma genera anche preziosi sottoprodotti che contribuiscono all'economia del processo. Dalla sgommatura, le gomme separate possono essere trasformate in lecitina, un emulsionante alimentare ampiamente utilizzato, o vendute per l'alimentazione animale. Dalla raffinazione chimica, la pasta di sapone può essere acidulata per recuperare acidi grassi liberi da utilizzare nel sapone, nel biodiesel o nell'alimentazione animale. Dalla raffinazione fisica, il distillato di acidi grassi è un prodotto vendibile utilizzato in applicazioni simili. Dallo sbiancamento, la terra esaurita ha un valore limitato ma a volte può essere lavorata per recuperare l'olio trascinato.
La resa complessiva della raffinazione - la percentuale di petrolio greggio che finisce come olio commestibile raffinato - varia tipicamente dal 92% al 97%, a seconda della qualità del petrolio greggio (contenuto di FFA, livello di fosforo, carico di impurità) e del metodo di raffinazione. Il petrolio greggio di alta-qualità con bassi FFA e una buona sgommatura può rendere oltre il 97%; il greggio di scarsa-qualità con elevati livelli di FFA e di impurità potrebbe produrre solo il 90%. Per una raffineria che lavora migliaia di tonnellate al mese, anche una differenza dell'1% nella resa si traduce in entrate significative, motivo per cui l'ottimizzazione e il controllo dei processi vengono presi molto sul serio.
conclusione
La raffinazione dell'olio commestibile trasforma l'olio grezzo, scuro e dal sapore forte nel prodotto chiaro, neutro e stabile che i consumatori si aspettano, attraverso una sequenza di processi fisici e chimici attentamente controllati. La sgommatura rimuove i fosfolipidi utilizzando acqua, acido o enzimi. La deacidificazione rimuove gli acidi grassi liberi mediante reazione chimica con soda caustica (raffinazione chimica, produzione di sapone) o mediante distillazione a vapore sotto vuoto ad alta-temperatura (raffinazione fisica, produzione di distillato di acidi grassi). Lo sbiancamento utilizza argilla e carbone attivi per assorbire pigmenti e impurità residue. La deodorizzazione utilizza vapore ad alta-temperatura sotto vuoto profondo per eliminare i composti volatili di sapore e odore, producendo l'olio finale-dal sapore neutro. La deceratura opzionale rimuove gli esteri di cera per gli oli che devono rimanere limpidi a basse temperature.
La tendenza nel settore è verso la raffinazione fisica - meno sostanze chimiche, meno rifiuti, maggiore resa e deacidificazione combinata-deodorizzazione in un unico passaggio - ma la raffinazione chimica ha ancora il suo posto per alcuni oli e greggio ad alto-FFA. Ciò che non cambia è il principio fondamentale: rimuovere le impurità che rendono l'olio instabile, sgradevole al sapore o pericoloso, preservando al contempo i trigliceridi neutri che rendono l'olio un prezioso ingrediente alimentare.
