油脂氫化的基本原理,詳細內容如下:
1、在金屬催化劑的作用下,把氫加到甘油三酸酯的不飽和脂肪雙鍵上,這種化學反應稱為油脂的氫化反應,簡稱油脂氫化。
2、氫化是使不飽和的液態脂肪酸加氫成為飽和固態的過程。反應后的油脂,碘值下降,熔點上升,固體脂數量增加,被稱為氫化油或硬化油。對食用油脂的加工,氫化是變液態油為半固態酯、塑性酯以適應人造奶油、起酥油、煎炸油及代可可脂等生產需要的加工油脂。氫化還可以提高油脂的抗氧化穩定性及改善油脂色澤等目的。
3、根據加氫反應程度的不同,又有輕度氫化(選擇性氫化)和深度(極度)氫化之分。
1.選擇性氫化是指在氫化反應中,采用適當的溫度、壓強、攪拌速度和催化劑,使油脂中各種脂肪酸的反應速度具有一定的選擇性的氫化過程,主要用來制取食用的油脂深加工產品的原料脂肪,如用于制取起酥油、人造奶油、代可可脂等的原料脂,產品要求有適當碘值、熔點、固體酯指數和氣味。
2.極度氫化是指通過加氫,將油脂分子中的不飽和脂肪酸全部轉變成飽和脂肪酸的氫化過程。極度氫化主要用于制取工業用油。其產品碘值低,熔點高。質量指標主要是要求達到一定的熔點。因此,極度氫化時溫度、壓力可較高,催化劑用量亦多一些。
4、油脂氫化反應可用下式表示:
催化劑
一CH==CH一+H2------一CH2一CH2一十熱
5、多相催化反應
反應物有三相:油脂液相、氫氣一氣相、催化劑一固相。只有當三相反應物碰在一起時,才能起氫化反應,因此需要設計機械攪拌裝置。
6、氫化歷程
油脂氫化的歷程:氫溶解在油和催化劑的混合物中;反應物向催化劑表面擴散;吸附;表面反應;解吸;產物從催化劑表面向外擴散。表面反應是分步進行的,一般不飽和甘油酯在活化中心只有一個雙鍵首先被飽和,其余的逐步被飽和。
7、選擇性
“選擇性”應用于油脂氫化及其產品具有兩種意義:一種是亞麻酸氫化成亞油酸、亞油酸氫化成油酸以及油酸氫化成硬脂酸幾個轉化過程相對快慢的比較,是相對于化學反應速率而得出的,亦稱化學選擇性。另一種是對催化劑而言的,如果某一種催化劑具有選擇性,在它作用下生產的硬化油在給定的碘值下具有較低的稠度或熔點。
8、異構化
油脂氫化時,碳鏈上的雙鍵被吸附到催化劑表面,雙鍵首先與一個氫原子起反應,產生一個十分活潑的中間體,然后有2種可能:一種是中間體與另一個原子反應,雙鍵被飽和,形成飽和分子;另一種是中間體不能與另一個氫原子反應,中間體重新脫除一個氫原子而產生異構化,既有位置異構(脫去的氫原子是鄰位上時,雙鍵位置發生改變),也有幾何異構(脫去的氫原子是原先加上的,形成反式異構體)。隨著氫化的進行,異構化的雙鍵傾向于沿著碳鏈轉移到更遠的位置上,反式異構體的含量將上升到單烯被飽和為止。
9、熱效應
油脂氫化反應是放熱反應,據測定,在氫化時,每降低一個碘價就使油脂本身的溫度升高1.6~1.7℃,相對于每個雙鍵被飽和時,放出約120kJ的熱量。
氫化反應需要使用催化劑。工業上一般以金屬鎳為基本催化劑,尤其在國外,鎳單元催化劑的應用更為普遍。輕度硫毒化的催化劑(如荷蘭SP~7型)用于氫化,則可大大提高氫化油中反式異構酸的含量。常用的催化劑有:鎳一鐵催化劑,銅一鎳二元催化劑,銅一鉻一錳三元催化劑,鈀和銠催化劑等。