化学酯交换技术及其催化剂应用分析

采用化学酯交换改变脂肪酸在甘油三酯上的自然分布，需要加热及少量的碱性催化剂，这种脂肪酸的重排可定向或随机进行。酯交换反应的机制在油脂化学性质部分已有详述。

随机化学酯交换符合概率定律，在不同的酯之间，脂肪酸无选择性地重排，最终达到平衡。酯交换也能定向至一定的程度，即在酯交换过程中，从反应中逐渐分离出高熔点的硬脂组分，不断地改变反应溶液中残留油相的组成。定向酯交换与随机酯交换产物的物化特性比较如图7-5所示。

图7-5 随机和定向酯交换对棕榈油固脂曲线的影响

目前，随机酯交换使用非常普遍，而定向酯交换仅用于特殊情况下。

化学法酯交换常用的催化剂是碱金属，如钠、钾和它们的合金，以及醇碱盐如甲醇钠或乙醇钠，见表7-1。最普遍使用的催化剂是甲醇钠或乙醇钠。

表7-1 催化剂及其使用条件

碱金属的氢氧化物如氢氧化钠很少使用，它们的活性低，需要较高温度。

为了使催化反应顺利进行，反应物必须达到一定的质量标准，这种标准取决于所使用的催化剂类型。当使用碱催化剂时，由于油脂中的非甘油三酯成分会破坏催化剂活性，因此油脂需要严格的精制，油脂中的水分、游离脂肪酸和过氧化物均可使催化剂失活，见表7-2。

表7-2 毒物使催化剂失活

使用甲醇钠作为催化剂时，如果甲醇钠与水接触，就会分解成甲醇和氢氧化钠。在催化剂的存在下，甲醇能进一步与甘油三酯反应生成脂肪酸甲酯（醇解）。氢氧化钠也能与甘油三酯反应生成皂。游离脂肪酸也能与甲醇钠催化反应生成脂肪酸甲酯，从而破坏催化剂活性。催化剂失活过程如下：(www.xing528.com)

CH₃ONa+H₂O—→CH₃OH+NaOH

RRR+CH₃OH—→RCOOCH₃+RROH

RRR+NaOH—→RCOONa+RROH

CH₃ONa+RCOOH—→RCOOCH₃+NaOH

因此，在添加催化剂之前，油脂的中和和干燥是必须的，在高温及真空条件下干燥、预脱色也可减少过氧化物，从而提高催化剂活性。

化学酯交换是符合概率定律的一种加工操作，在与甲醇钠反应中形成脂肪酸甲酯和皂。在油脂中添加1mol甲醇钠，一般产生1mol脂肪酸甲酯以及1mol皂。按照该结果，酯交换后油中甘油一酯和甘油二酯含量增加，从而影响油的收率，因为高温脱臭会除去几乎所有的甘油一酯和少量的甘油二酯。

正确添加催化剂的量是加工中至关重要的。如果处理得不适当，述可能会出现乳化问题，因此必须采用物理（吸附）或化学方法（酸处理）来除去皂。

催化剂失活能终止反应，在生产中添加水（湿法失活）或酸（干法失活）到反应体系中终止反应的进行。一般添加的酸为磷酸或柠檬酸。

今天，具有高选择性的新的化学催化剂也正在研究之中，使化学法加工变得更加有效，并降低排放的污染物。因此，化学法仍有很好的前景。