تحسين استخلاص الزيت والبروتين في مصانع سحق فول الصويا

ما الذي يحدد استرداد الزيت وجودة الكُسب في مصنع العصر

يُنتج عصر فول الصويا في صناعة الأغذية والأعلاف تيارين قابلين للبيع، الزيت الخام والكُسب، من الحبة نفسها. والاستخلاص بالمذيب هو العملية الأكثر شيوعاً لاسترداد الزيت اليوم، ويتألف، بعد تحضير البذور وتحويلها إلى رقائق، من استخلاص الزيت وإزالة المذيب من الكُسب وتجفيف الكُسب وتبريده وتقطير الميسيلا (miscella) واسترداد المذيب [1]. والهكسان هو مذيب الاستخلاص السائد، وتشير مراجعة شاملة لأكثر من 70 مذيباً وردت في الأدبيات إلى أن اختيار المذيب يتوقف على المنتج النهائي الأساسي المراد تحسينه، الزيت أم الكُسب [2].

ويُتداول الكُسب على أساس تركيبه. إذ تقدّم قواعد التداول لدى NOPA مواصفات نموذجية هي 44.0–49.0 % بروتين، و0.5 % دهن، وحد أقصى 3.5 % ألياف، وحد أقصى 12.0 % رطوبة، ويمكن تعديلها جميعاً باتفاق بين المشتري والبائع [3]. وبموجب القواعد نفسها لا تُفرض غرامة على الشحنة التي يقل بروتينها عن المواصفة بما لا يتجاوز 0.5 %، أما أوجه النقص الأكبر في البروتين فتُسوّى بضعفَي سعر الفاتورة المسلَّمة لكل وحدة بروتين [3]. لذا يحدد البروتين والرطوبة القيمة التجارية لكل شحنة.

جهاز إزالة المذيب والتحميص: وعاء واحد وأهداف متعددة

بعد الاستخلاص تنتقل الرقائق المبللة بالمذيب إلى جهاز إزالة المذيب والتحميص (DT). وغايته الرئيسية فصل الهكسان عن الكُسب؛ ويجب أن يسترد أكبر قدر ممكن من الهكسان وأن يُنتج كُسباً ذا جودة غذائية جيدة باستهلاك منخفض للطاقة [4]. وهذه الأهداف مترابطة: ففي نموذج مرحلي لجهاز DT صناعي، درس Paraíso وآخرون كيف يؤثر محتوى الهكسان في الكعكة الداخلة في رطوبة الكُسب واستهلاك البخار الحي [4]. وفي 48 تشغيلاً في مصنع تجريبي على رقائق مستخلصة بالهكسان، وجد Mustakas وآخرون أن جودة الكُسب تتحسن بزمن التسخين وضغط بخار الغلاف ومحتوى الرطوبة، وأن مستوى الرطوبة في أثناء التحميص يتأثر مباشرة بمستوى الهكسان في المادة المغذّاة إلى جهاز التحميص [5]. ويشير Mustakas وآخرون أيضاً إلى أن الكُسب الناقص التسخين والمفرط التسخين كليهما أدنى قيمةً غذائية [5].

الطرائق المرجعية ومؤشرات المعالجة

يُعرَّف التركيب بطرائق AOCS الملخّصة في الجدول أدناه؛ وتُبلغ NOPA عن المكوّنات على أساس الحالة عند الاستلام ومحوّلةً إلى أساس رطوبة 12 % [3]، ويضيف برنامج الكفاءة لدى AOCS لكُسب فول الصويا غير المطحون الطريقةَ Ba 9-58 لنشاط اليورياز [6].

يُحكم على المعالجة الحرارية في جهاز DT حكماً غير مباشر. فقد استُخدم نشاط اليورياز (AOCS Ba 9-58) وذوبانية البروتين في 0.2 % KOH منذ زمن طويل، واقتُرح مؤشر قابلية تشتت البروتين (PDI) بديلاً [7]. وقد عالج Batal وآخرون رقائق صويا مستخلصة بالمذيب في الموصدة (autoclave) لأزمنة متزايدة وغذّوا بها الكتاكيت: فبقي مؤشر اليورياز مرتفعاً (ارتفاع في pH من 1.65 إلى 2.4) عند أزمنة التسخين القصيرة ثم هبط فجأة إلى 0.3 أو أقل، وانخفضت ذوبانية KOH لكن على نحو غير متسق في الغالب، وهبط PDI باطّراد من أكثر من 70 % إلى أقل من 30 % عموماً، مما دفع المؤلفين إلى استنتاج أن PDI هو المؤشر الأكثر اتساقاً وحساسية للحد الأدنى الكافي من المعالجة الحرارية [7]. وتتوقف نتائج PDI على الطريقة: فطريقة التحريك البطيء AOCS Ba 10b-09 تعطي عموماً قيماً أدنى من طريقة التحريك السريع Ba 10-65، لذا يجب ذكر الطريقة مع النتيجة [8].

المعامل	مواصفة NOPA النموذجية [3]	الطريقة المرجعية لدى AOCS
البروتين	44.0–49.0 % [3]	Ba 4f-00 (NOPA) [3]؛ نيتروجين Ba 4d-90 أو Ba 4e-93 (AOCS LPP) [6]
الدهن (الزيت)	0.5 % [3]	Ba 3-38 [3][6]
الألياف	3.5 % حد أقصى [3]	Ba 6-84 [3][6]
الرطوبة	12.0 % حد أقصى [3]	Ba 2a-38 [3][6]
نشاط اليورياز	—	Ba 9-58 [6]

أين يندرج قياس الأشعة تحت الحمراء القريبة

لـ NIR دور رسمي في بداية العملية. إذ تغطي طريقة AOCS Am 1-92 التقدير المتزامن للزيت والرطوبة والمواد المتطايرة والبروتين في البذور الزيتية بانعكاسية الأشعة تحت الحمراء القريبة، على البذور المنظّفة أو على العينة كما استُلمت شريطة ألا تتجاوز الشوائب 2.0 % بالكتلة، ولا تكون صالحة إلا ضمن مديات معايرة المحلّل [9]. وهي طريقة للبذور؛ وتطبيق NIR على الكُسب يتطلب معايرات مطوَّرة على الكُسب. وبالنسبة إلى مكوّنات الأعلاف الغنية بالبروتين، بنى Fontaine وآخرون معايرات NIRS للأحماض الأمينية والبروتين والرطوبة على أكثر من 1,000 عينة، ووجدوا عند المصادقة على عينات مستقلة من الصويا ومسحوق اللحم أن 85–98 % من تباين الأحماض الأمينية قد فُسّر، مع استثناءات قليلة [10]. ويحدد ISO 12099 كيفية تطوير مثل هذه المعايرات والمصادقة عليها للأعلاف الحيوانية [11].

أما مؤشرات المعالجة فهدف أصعب. ففي تقرير بحثي من جامعة ولاية كانساس عن رقائق صويا عولجت في الموصدة من 0 إلى 60 دقيقة، تنبأت نماذج انحدار NIRS بالليسين الكلي (r² 0.969) والليسين التفاعلي (r² 0.988) انطلاقاً من النتائج الرسمية؛ أما نشاط اليورياز ونشاط مثبط التربسين وذوبانية KOH فلم تُقس إلا بالطرائق الرسمية، ولم يُبلَّغ عن أي نماذج NIRS لها [12]. ويترتب على ذلك عاقبتان عمليتان:

• افصل التركيب عن جودة المعالجة. تستند نماذج NIR للرطوبة والبروتين في الكُسب إلى أدبيات وافرة [10][11]؛ أما اليورياز وPDI وذوبانية KOH فينبغي أن تظل تقديرات مرجعية ما لم تُصادَق معايرة NIR خاصة بالموقع مقابل Ba 9-58 أو Ba 10b-09 [6][8][12].
• عايِر على البيانات المرجعية الخاصة بالمصنع. ينبغي بناء نماذج الزيت المتبقي والرطوبة والبروتين على نتائج طرائق AOCS التي يستخدمها التداول [3]، وإثبات دقتها على عينات مستقلة من المصنع نفسه، كما يصف ISO 12099 [11].

كيف تتعامل USTECH مع هذا الأمر

تدعم USTECH سير العمل هذا بمحلّل MasterLine17EC العامل بجانب الخط لعينات الحبوب الداخلة والكُسب، ومحلّل NIR المدمج في الخط ProLine17EC الذي يمكن تركيبه على النواقل المنحدرة بعد المجفف-المبرّد، وحزمة caliX لتطوير معايرات PLS الموصوفة أعلاه والمصادقة عليها بما يتوافق مع ISO 12099 [11]. أما معاملات الكُسب التي تبلغ الدقة التي يحتاجها المصنع، وما إذا كان أي مؤشر معالجة يمكن التنبؤ به بموثوقية، فيُثبَت في دراسة جدوى باستخدام عيناتكم وتحاليل AOCS المرجعية.