摘要：酯交換反應是在油脂領域中常見的反應機理，從原理上講，它是是指脂肪酸或甲醇、乙醇等醇與酯類發(fā)生化學反應而得到新的酯類化合物，該反應導致?；植几淖?，進而使得油脂的性質發(fā)生變化。我們常常利用酯交換反應改變油脂的一些性質，如可塑性，粘度，冷凝點等。酯交換反應能夠避免破壞油脂原有的營養(yǎng)成分，同時也不會產(chǎn)生異性酸目前酯交換反應已被廣泛地應用于乳化劑、表面活性劑、黃油、改性油脂、生物柴油和各種專用油脂的各個生產(chǎn)領域。本文主要分析目前應用于酯交換、酯化反應的常見的催化劑。

關鍵詞：酯交換 酯化反應 催化劑

中圖分類號：O623.624 文獻標識碼：A 文章編號：1672-5336（2014）02-0090-02

1 酸性催化劑

油脂的化學酯交換是指酯類物質在化學催化劑如酸、堿作用下發(fā)生的酯交換反應。根據(jù)酯交換反應中的?；w的種類不同，可將其分為酸解、醇解以及酯-酯交換反應。

通過酸解反應可以將低分子質量的酸引入到由相對分子量脂肪酸構成的油脂中去，也可以將高相對分子質量的酸引入到由低相對分子質量脂肪酸構成的油脂中去。

然而，酸解反應十分緩慢，且具有較多的副反應，在較高溫度下副反應更多，且酸解反應中，人們對最終產(chǎn)品組成的控制是有限的，因為酸解反應中?；呻S機交換，任何一種特定的酸都是在已酯化的狀態(tài)和游離態(tài)兩部分之間自身任意地分布著。因此，酸解反應很少應用到食用油的加工中。

中性油或脂肪酸一元醇酯在催化劑的作用下與一種醇作用，交換?；蛘哒f交換烷氧基，生成新酯的反應叫醇解。醇解也是可逆反應，酸或堿均可催化醇解反應。

用H2SO4或無水HCl作催化劑，反應需較高溫度與較長時間。實用的堿催化劑有甲醇鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀、無水碳酸鉀。

從機理上講，酸性催化劑催化酯化反應是利用甘油三酯（即油脂中90%的物質）上的羰基形成碳正離子物，然后再與甲醇或乙醇等短鏈醇發(fā)生一種類似親核反應，最后在經(jīng)過基團的變化生成新的脂肪酸酯。

甘油三酯的酯-酯交換反應機理十分復雜，目前存在的機理假設有兩種。一種反應機理假設是反應過程中引發(fā)劑與甘油三酯分子中的羰基作用形成加成復合體；另一種反應機理假設是反應中形成了作為引發(fā)劑作用于甘油酯上的中間產(chǎn)——烯醇式酯的離子。

目前已實現(xiàn)工業(yè)化的酸性催化劑有固體酸、H2SO4有機磺酸和固體超強酸。與堿性催化劑相比，盡管酸催化的反應進程較慢，但在油脂中含有大量的水和游離脂肪酸時，高酸度會導致堿性催化劑失活，在這種情況下，酸性催化劑更適合催化脂肪酸與甲醇、乙醇等短鏈醇反應，提高甲酯化效率。如對于選擇潲水油、酸化油制備生物柴油時，首選利用酸性催化劑降低酸值。

2 堿性催化劑

在工業(yè)化生產(chǎn)中，常用的催化劑包括固體堿、NaOH、KOH、NaOCH3等，堿性催化劑比算性催化劑效率高，甲酯化程度更為徹底。目前固體堿催化劑是研究的重點，固體堿催化劑相比于氫氧化鈉等催化劑，催化活性更強，效率更高。溫度、壓力、時間等因素是導致脂肪酸甲酯高或低最為主要的因素，在探討反應體系對酯化反應的影響時，對于參數(shù)的考慮也多以溫度、壓力、時間等為入口，實驗最佳的催化方案。如目前原料選擇以棕櫚油、大豆油等酸值較小的油脂制備生物柴油，催化劑基本上都是選擇此類催化劑。

3 脂肪酶催化劑

酶催化也是目前研究的熱點之一，這是由于酶作為催化劑，需要的條件一般比較溫和，溫度不高，壓力無需低壓或高壓，甲醇或乙醇等醇類醇用量少，以摩爾比進行配比即可，與傳統(tǒng)的酸堿催化時會產(chǎn)生皂等雜質相比，脂肪酶催化反應后反應產(chǎn)物污染較小，產(chǎn)品的分離純化簡單，利用分子蒸餾可以實現(xiàn)完全分離，是一種綠色無污染的催化劑。但脂肪酶容易失活，失活后就無法再重復使用，目前更多利用固定化酶以使得能夠循環(huán)使用，但固定化酶在循環(huán)使用后的催化效率大大降低，這也是目前繼續(xù)解決的問題之一，若是研究重復利用效果較好的脂肪酶，那么就可以有效地避免油脂生產(chǎn)時對于環(huán)境的污染，真正實現(xiàn)綠色生產(chǎn)。

4 存在的問題

雖然酸催化劑可以催化高酸值油脂，但酸催化劑容易造成物料的碳化，對于產(chǎn)品的得率和色澤會造成較為嚴重的影響，同時強酸也容易腐蝕機械設備、管道，造成一定程度的環(huán)境污染。雖然固體酸能夠克服液體酸存在的問題，但固體酸催化時一般需要較長的時間，反應溫度也較高，有時需要200℃以上的問題，在200℃以上時會造成很大的油煙，導致污染加重，同時催化劑也容易失活，導致成本增加，因此，將固體酸應用于工業(yè)化生產(chǎn)還需克服很多已存在的問題。

堿性催化劑雖然反應速度快，但產(chǎn)生廢水多，對原料要求比較高，否則易失活，同時堿性催化劑回收成本高，直接排放又會對環(huán)境造成很大的污染。

脂肪酶在反應體系中分散效果不好，容易聚集，而當酶聚集在一塊時，催化效率大大降低，不過目前可以采取修飾、交聯(lián)、固定化等方式對脂肪酶進行改進。 脂肪酶在反應體系中容易失活，而且短鏈醇如甲醇、乙醇等對酶有一定的毒性，會大大降低其使用壽命，且脂肪酶的成本較高，如在工業(yè)化使用時，不能重復利用，則會由于過高的成本投入而無法實現(xiàn)工業(yè)化。目前已采取脂肪酶固定化或將產(chǎn)生酶的細胞作為催化劑應用于酶催化油脂反應。

現(xiàn)今，能源危機日益嚴重，生物柴油等功能性油脂的開發(fā)越來越被人們所重視。生物柴油制備中主要的步驟在于酯交換反應。而酯交換反應的重中之重在于催化劑的研究。酯交換催化劑的研究中，固體催化劑、酶是研究重點，這對于環(huán)境保護、新能源開發(fā)都具有十分重要的意義。