Sc-Co2 akışkan metodu ile kakao çekirdeği kabuğundaki yağın ekstraksiyonu ve özelliklerinin araştırılması

Abstract

Kakao meyvesi tropikal iklime sahip alanlarda yetiştirilmekte ve günümüzde önemli bir ekonomiye sahip olan çikolata üretiminin de hammaddesidir. Kakao meyvesi toplandıktan sonra çekirdeklerin ayrıştırılması, fermantasyon ve kurutma işlemi yapıldıktan sonra işleneceği fabrikalara sevk edilir. Kakao çekirdekleri tarımsal bir ürün olduğu için fiziksel ve mikrobiyolojik olarak kirlilikler içerir. Dolayyısıyla işlenebilmesi ve tüketime uygun hale getirilebilmesi için gerekli temizliğin yapılması gerekmektedir. Kakao, eleme-boyutlandırma, taş ayırma ve mıknatıslar sayesinde fiziksel olarak temizlenir ve mikrobiyal yükünün de kabul edilebilir seviyeye indirilmesi ya da tamamen ortadan kaldırılması için pastörizasyon işlemi uygulanır. Bu işlemler sonrasıda kakao çekirdeği işlemeye hazır hale gelir. Temizlenmiş kakao çekirdekleri gerekli aromanın ve aroma öncüllerinin oluşması için kavurma işleminden geçirilmektedir. Kavurma işleminin bir diğer avantajı ise kabuğun nibten kolaylıkla ayrılmasını sağlamasıdır. Kabuk kırma ve ayırma işleminde bütün olan çekirdekler önce değirmenden geçirilir ve kırılır. Kabukların ise sıralı vakum ve elekler yardımıyla nibten ayrılması sağlanır. Kakao çekirdeği kabuğu bu basamakta elde edilir. Kavrulmuş kakao çekirdeği %48-57 oranında yağ içermektedir. Kakao çekirdeği kabuğunun oranı ise %10-12 arasındadır. Kabuk ayırma işleminden sonra kakao nibi değirmen ve inceltme proseslerinden geçirilerek kakao likörü elde edilmektedir. Elde edilen kakao likörü hem çikolata reçetesinde direkt olarak hem de kakao yağı ve kakao tozu eldesinde kullanılmaktadır. Kakao yağı, kakao likörünün presleme işleminden geçirilerek elde edilir. Yağı alınan likörden geriye %10-12 kakao yağı içeren kakao tozu elde edilir. Bu adımdan sonra kakao yağı partikül içerdiğinden santrifüj ve filtrasyon işlemlerinden geçirilir. Böylece ham kakao yağı elde edilmiş olur. Ham kakao yağında ise deoderizasyon işlemi uygulanarak yağ asitleri uzaklaştırılır. Kakao yağı eldesi mevcut ekstraksiyon yöntemleri kullanılarak yüksek verim ile yapılamamaktadır. Presleme sonrasında kakao tozunda %10-12 seviyesinde yağ kalmaktadır. Kakao yağı, çikolata sektöründe önemli bir yere sahiptir. Son ürün olan çikolatanın reolojik ve duyusal parametrelerinin istenilen değerde olması için ürüne ilave olarak eklenir. Bu nedenle çikolata üretiminde kakao yağı üretimi, kakao tozu üretiminden daha önemlidir. Bu çalışmada Önem Gıda San. Tic. A.Ş.'de yan ürün olarak elde edilen ve hayvan yemi olarak kullanılan kakao çekirdeği kabuğunda bulunan yağın gıdada kullanıma uygun olacak şekilde ekstrakte edilmesi amaçlanmıştır. Ön deneme amacıyla elde edilen kakao çekirdeği kabuğunun elek bazlı ve tümden Soxhlet analizi yapılarak yağ içeriği araştırılmıştır. Analiz sonucunda kakao çekirdeği kabuğunun ortalama %4,15 yağ içerdiği gözlemlenmiştir. Elek bazlı olarak bakıldığında ise 5 nolu elekten (1x1 mm elek boyutu) alınan numunelerinde yaklaşık %13 oranında yağ içerdiği ölçülmüştür. Bu sebeple, çalışma 5 numaralı elekten alınan numuneler üzerinden ilerletilmiştir. Bu sayede çalışması planlanan süperkritik akışkan metodunda prosesi etkileyen parametrelerden biri olan partikül boyutu parametresi de sabitlenmiştir. Ekstraksiyon metodunun, elde edilen yağın tekrar çikolata üretiminde kullanılabilmesi için geride kalıntı bırakmaması önem teşkil etmektedir. Hızlı olması, ucuz solvent kullanılması, solventin yanıcı-patlayıcı olmaması istenmektedir. Bu nedenle ekstraksiyon metodu olarak süperkrtik karbondioksit akışkan ekstraksiyonu seçilmiştir. Çalışma için tepki yüzey metodu ile belirlenen parametreler Central Composite modeli çalıştırılarak 31 farklı senaryo için 3 tekrarlı analiz ile yapılmıştır. Deneme deseni basınç, sıcaklık, süre ve CO2 akış hızı değiştirilerek oluşturulmuştur. % verime bakıldığında %65 verim üstünde olan 3 analizde elde edilen yağlarda GC analizi yapılarak yağ asidi kompozisyonlarına bakılmıştır. Referans olarak geleneksel metot ile elde edilen ham kakao yağı ile karşılaştırma yapılmış ve aralarında farklılık olmadığı gözlemlenmiştir. En yüksek verim elde edilen 3 numunde toplam fenolik, yağ asidi kompozisyonu, aroma profili ve antioksidan kapasitesi araştırılmıştır. Yağ asidi komposizyonu için referans olarak geleneksel yöntem ile elde edilen ham kakao yağı alınmıştır. Toplam fenolik ve antioksidan kapasitesi ise kakao çekirdeği kabuğu ve ekstrakte edilen yağda bakılmıştır. Sonuçlara bakıldığında geleneksel yöntemle elde edilen kakao yağına karışım oranı belirlenerek elde edilen kakao yağı ekstraktı ilave edilerek kullanılabilir olduğu saptanmıştır.