2　廢油脂與生物柴油物理特性

2.1　廢油脂的物理特性

狹義上來講，“地溝油”是指賓館、飯店附近的地溝里，污水上方的灰白色油膩漂浮物，撈取收集后經過簡單加工，油呈黑褐色，不透明，有強烈酸腐惡臭氣味的廢油脂。泔水油是指是賓館、飯店和食品加工企業存留和排放的泔水，未進入下水道發生腐敗，而經過提煉處理制成的油。廣義上來講，“地溝油”是指在生活中存在的各類劣質油，如回收的食用油、反復使用的煎炸油等，包括狹義“地溝油”、泔水油以及劣質豬肉、豬內臟、豬皮加工以及提煉后產出的油。

2.1.1　廢油脂的組成

廢油脂的主要成分是甘油三酯、脂肪酸、磷脂膠質、機械雜質以及甘油三酯水解之后的甘油。

（1）甘油三酯　甘油三酯是油脂的主要成分，呈微酸性，在中性的水中幾乎不發生水解反應，如果少量的酸或堿存在，水解反應速率增大。

（2）脂肪酸與甘油　脂肪酸是甘油三酯水解反應后的產物，也是油脂評定的一個重要指標，一般用酸值表示。

一般食用植物油脂中脂肪酸含量較少，一般不超過1.5％，具體指標根據油脂種類而定。脂肪酸含量的增加主要是油脂的水解反應造成的，水解反應方程式如下：

（1） 　　

廢油脂中的脂肪酸即為水解的產物，甘油三酯經過水解產生大量脂肪酸與甘油，在夏季，廢油脂酸值可達150左右。

在水解產生脂肪酸的同時也產生了一定量的甘油，由于甘油溶于水，一般廢油脂中甘油含量較低。

（3）磷脂膠質　廢油脂中的膠質一般含有：磷脂、糖、蛋白質、微量元素等，其中磷脂占主要成分。一般食用油中的膠質早已經提取，但由于食用油經過對食品的煎炸，混有了食物中的磷脂、蛋白質等，致使廢油脂中的膠質增加。

（4）機械雜質　機械雜質是在使用食用油時，加入的一些調料、蔬菜等，例如花椒、菜葉之類。在對油脂初步分離過濾時候，這些機械雜質未能完全分離。

2.1.2　甘油三酯物理特性

廢油脂中主要組分是甘油三酯與脂肪酸，廢油脂的特性，如氣味、熔點和凝固點、皂化值、碘值等，在一定程度上都能反映廢油脂的性質，下面將對廢油脂的特性指標加以說明。

（1）氣味　廢油脂都有一定的特殊氣味，一般常溫下是一種特殊的臭味，這主要是由于食用油發生了腐敗所造成的。因此在對廢油脂處理的同時需要采用化學或物理的方式進行除臭。

（2）熔點和凝固點　廢油脂受熱熔化成液體時的溫度叫作廢油脂的熔點。通常廢油脂由脂肪酸與甘油三酯組成，其中可能含有部分其他雜質。把廢油脂分解生成的脂肪酸從液體逐漸冷卻到固態時，會放出一定的結晶熱，當液體降溫生成的凝固物不再降溫，相反卻瞬時升溫達到的最高溫度稱為脂肪酸的凝固點。

脂肪酸的凝固點與脂肪酸碳鏈長短、不飽和度、異構化程度等有關。碳鏈越長，雙鍵越少，異構化越少，則凝固點越高，反之凝固點越低。對于同分異構體而言，如油酸，反式比順式凝固點高。

（3）不皂化物　不皂化物是指溶解于廢油脂中的不能被堿皂化的物質。廢油脂中的不皂化物對生物柴油產品具有一定的影響。

（4）酸值　中和1g油脂中游離脂肪酸所需氫氧化鉀的質量（mg）稱為酸值。酸值的高低，表示廢油脂中脂肪酸含量的多少。它是鑒定油脂質量好壞的重要指標，油脂酸敗越嚴重，酸值越高。

（5）皂化值　完全皂化1g油脂所用氫氧化鉀的質量（mg）稱為該油脂的皂化值。皂化值可以說明廢油脂中脂肪酸碳鏈的長短，脂肪酸碳鏈越短，皂化值越高。油脂中不皂化物含量越高，皂化值越低。

（6）酯值　酯值是指皂化1g油脂中所含酯類物質所需要的氫氧化鉀的質量（mg）。中性油脂的皂化值等于酸值，油脂中含有游離脂肪酸時，酯值等于皂化值減去酸值。此時油脂中甘油含量可以按下式進行計算。

甘油含量=酯值×0.5466

（7）碘值　每100g油脂吸收碘的質量（g）稱為碘值。碘值的高低反映了油脂的不飽和程度，油脂的碘值越高，其不飽和程度越大。通過碘值的測定，可以計算出油脂中混合脂肪酸的平均雙鍵數，在油脂氫化時，可以計算出理論耗氫量。

2.1.3　脂肪酸物理特性

隨著廢油脂酸敗程度的加深，脂肪酸的含量也不斷增加，脂肪酸的物理特性也在很大程度上反映了廢油脂的物理性質。

脂肪酸是脂質的一種，過去常被稱為游離脂肪酸或非酯化脂肪酸，IUPAC（國際純粹與應用化學聯合會）已建議統一稱為脂肪酸。油脂經過水解后可以直接得到脂肪酸。脂肪酸是油脂的構成成分。自然界中脂肪酸主要以甘油酯的形式存在。

天然脂肪酸幾乎都是碳原子數為偶數的直鏈一元酸，在生物體內，這些脂肪酸以C單位合成并受氧化分解。天然油脂中存在飽和脂肪酸（C—C），液體油中硬脂酸比棕櫚酸含量少。這種僅含有C—C鍵的脂肪酸稱為飽和脂肪酸。

不飽和脂肪酸是易于氧化的（易干燥成膜的）、碘值高的天然油脂，如碘值在100以上的半干性油脂以及碘值在130以上的干性油脂分子中，存在大量的含雙鍵不飽和脂肪酸。在生物體內，不飽和脂肪酸是由飽和脂肪酸脫氫反應合成的，其種類、數量及比例因生物的種類不同而不同。天然油脂中不飽和脂肪酸的含量往往多于飽和脂肪酸的含量。

純的脂肪酸是無色物質，其物理性質與分子結構、分子量、不飽和度等有關，油脂中常見脂肪酸的物理性質詳見表2-1。脂肪酸分子中羧基易形成氫鍵使脂肪酸分子產生雙分子締合。在脂肪酸晶體中，兩個脂肪酸基以氫鍵相連接，處于雙分子中間，而兩個分子的甲基分別處于雙分子層兩端。脂肪酸晶體是長柱形的，晶體有垂直的，傾斜晶體較垂直晶體穩定。隨著結晶用溶劑不同、結晶溫度不同，冷卻速率不同，脂肪酸及許多衍生物存在同質多晶體。

①1mmHg=133.322Pa。

（1）密度　除醋酸以外，所有液態脂肪酸的相對密度均小于1，常見脂肪酸的相對密度見表2-2。脂肪酸的相對密度隨相對分子質量的增加而減小。不飽和脂肪酸的相對密度比對應的飽和脂肪酸的相對密度大，相同碳原子數脂肪酸的相對密度隨不飽和度的增大而增大。帶有共軛雙鍵的脂肪酸比非共軛雙鍵的脂肪酸相對密度大。羧基酸等含氧脂肪酸的含量越高，其相對密度也越大。

注：括號內數據為相對密度測定溫度，℃。

（2）沸點與蒸氣壓　脂肪酸的沸點隨相對分子質量的增加而升高，隨壓力的減少而降低。高級不飽和脂肪酸的沸點比其所對應的飽和脂肪酸的沸點低3～5℃。支鏈脂肪酸的沸點較直鏈脂肪酸低，且隨支鏈的增加而降低。

（3）熱力學參數

①熔化熱。熔化熱可以用在一定溫度下物質由固態轉變為液態時每單位質量吸收的能量來表示。飽和脂肪酸的熔化熱隨相對分子質量的增大而增大，對同系物來說，偶數碳和奇數碳脂肪酸的熔化熱值呈交替順序上升。

②蒸發熱。蒸發熱的定義是物質從液態向蒸氣態變化時吸收的熱量。蒸發熱數值隨蒸氣壓和沸點而變化

③熱導率。熱導率在脂肪酸生產中是很重要的熱力學常數。熱導率的大小，對熱量傳遞的快慢影響很大。

④黏度。脂肪酸的黏度隨相對分子質量的增大而增大，隨溫度的升高而降低，黏度的對數與溫度呈線性關系。混合脂肪酸的黏度，取決于平均碳鏈的長度。

（4）熔點和凝固點　脂肪酸因發生溫度變化，由液態轉變為固體時的溫度稱為凝固點，由固態轉變為液態時的溫度稱為熔點。在熔點時，脂肪酸的熔化液與固體處于平衡狀態。相對分子質量較高的脂肪酸冷卻傾向較強。一些常見脂肪酸的熔點和凝固點詳見表2-3。

雙鍵位置離開中央移向任何一側，其熔點都要升高。對支鏈脂肪酸而言，熔點隨碳原子數的增加而提高，隨支鏈的增多而降低。