9.1: Термінологія рослинних олій та тваринних жирів

Last updated
Save as PDF

Page ID: 31904

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

9.1 Термінологія рослинних олій та тваринних жирів

Жир - загальний термін для ліпідів, клас сполук в біохімії. Ви б знали їх як жирні, тверді матеріали, що містяться в тканині тварин і в деяких рослині - олії, які є твердими речовинами при кімнатній температурі.

Рослинна олія - це жир, що видобувається з рослинних джерел. Можливо, нам вдасться витягти олію з інших частин рослини, але насіння є основним джерелом рослинної олії. Зазвичай рослинні масла використовують в кулінарії і для промислового використання. У порівнянні з водою масла і жири мають набагато більш високу температуру кипіння. Однак є деякі рослинні олії, які не корисні для споживання людиною, оскільки олії з цих видів насіння потребують додаткової обробки для видалення неприємних ароматизаторів або навіть токсичних хімічних речовин. До них відносять рапсове і бавовняне масло.

Тваринні жири надходять від різних тварин. Жир - це яловичий жир, а сало - свинячий жир. Є також курячий жир, бульбашка (від китів), масло печінки тріски, і топлене масло (яке є молочним жиром). Тваринні жири, як правило, містять більше вільних жирних кислот, ніж рослинні олії.

Хімічно жири і масла ще називають «тригліцеридами». Вони являють собою складні ефіри гліцерину, з різною сумішшю жирних кислот. На малюнку 9.1 показана загальна схема будови без використання хімічних формул.

: Загальна діаграма масел і жирів; три жирні кислоти показані з'єднані з гліцерином — Малюнок 9.1: Загальна діаграма масел і жирів; вільна жирна кислота - це коли жирна кислота відокремлюється від гліцерину.

*Кредит: BEEMS модуль B4*

Так що ж таке гліцерин? Він також відомий як гліцерин/гліцерин. Інші назви гліцерину включають: 1,2,3-пропан-тріол, 1,2,3-тригідрокси-пропан, гліцерит та гліциловий спирт. Це безбарвна, без запаху, гігроскопічна (тобто притягне воду), і в'язка рідина на смак солодкого смаку. На малюнку 9.2 показана хімічна структура в двох різних формах.

Хімічна структура гліцерину, 3 вуглецевих ланцюга з 1 OH групою, прикріпленою до кожного вуглецю. 1 утворюють всі OH ту ж сторону, другу середню OH протилежну сторону — Малюнок 9.2: Хімічна структура гліцерину.

*Кредит: BEEMS модуль B4*

Отже, тепер нам потрібно визначити, що таке жирні кислоти. По суті, жирні кислоти - це довголанцюгові вуглеводні з карбоновою кислотою. На малюнку 9.3а показана загальна хімічна структура жирної кислоти з карбоновою кислотою на ній.

Центральний атом вуглецю подвійно пов'язаний з атомом кисню, і пов'язаний з групою OH та довгим ланцюгом вуглеводнів (позначений R) Коротка рука = RCooH — Малюнок 9.3a: Загальна хімічна структура карбонової кислоти.

*Кредит: BEEMS модуль B4*

На малюнку 9.3b показані різні хімічні структури жирних кислот. Хімічні структури показані у вигляді лінійних хімічних структур, де кожна точка на ланках є атомом вуглецю, а правильна кількість атомів водню залежить від того, чи є одинарна або подвійна зв'язок. Жирні кислоти можуть бути насиченими (з водневими зв'язками) або ненасиченими (з деякими подвійними зв'язками між атомами вуглецю). Через метаболізму олійних культур природним чином утворюються жирні кислоти містять парну кількість атомів вуглецю. В органічній хімії атоми вуглецю мають чотири пари електронів, доступних для спільного використання з іншим атомом вуглецю, водню або кисню. Вільні жирні кислоти не пов'язані з гліцерином або іншими молекулами. Вони можуть утворитися в результаті розпаду або гідролізу тригліцериду.

Стеринова кислота CH3 (CH2) 16COOH, всі одновуглецеві до вуглецевих зв'язків. — Малюнок 9.3b: Інші довголанцюгові кислоти, такі як стеринова, пальмітинова, олеїнова та лінолева кислоти.

*Кредит: BEEMS модуль B4*

Пальмітрінова кислота CH3 (CH2) 14COOH, всі одновуглецеві до вуглецевих зв'язків — Малюнок 9.3b: Інші довголанцюгові кислоти, такі як стеринова, пальмітинова, олеїнова та лінолева кислоти.

*Кредит: BEEMS модуль B4*

Показані жирні кислоти мають дещо інші властивості. Пальмітинова кислота міститься в пальмовій олії. На малюнку 9.4 показана залежність кожної жирної кислоти до її розміру і насиченості. Пальмітинова і стеринова кислоти є насиченими жирними кислотами, в той час як олеїнова і лінолева кислоти ненасичені з різною кількістю подвійних зв'язків. На малюнку 9.4 показані різні кількості атомів вуглецю порівняно з кількістю подвійних зв'язків у з'єднанні.

Пальмітинова і стеринова кислота - це насичені жирні кислоти. Олеїнова кислота є мононенасиченою, а лінолева кислота поліненасичена. — Малюнок 9.4: Серія жирних кислот. Співвідношення являє собою атоми вуглецю: подвійні зв'язки в з'єднанні.

*Кредит: BEEMS модуль B4*

На малюнку 9.5а показана частина тригліцериду, яка є жирною кислотою, і частина, яка є гліцерином, включаючи хімічні структури на цей раз. Показана тут хімічна структура являє собою насичений тригліцерид.

Хімічна структура тригліцеридів, гліцерин пов'язаний з 3 ланцюгами жирних кислот — Малюнок 9.5а: Хімічна структура тригліцеридів, вказуючи на частини жирних кислот та гліцеринову частину.

*Кредит: BEEMS модуль B4*

Отже, ми обговорили, що таке жири і масла. Тепер, що таке біодизель? Що таке хоча б одне визначення? Це дизельне паливо, яке вироблялося з біомаси. Однак існують різні види біодизеля. Найбільш відомий тип біодизеля - це паливо, що складається з моноалкільних ефірів (як правило, метилових або етилових ефірів) довголанцюгових жирних кислот, отриманих з рослинних олій або тваринних жирів - це відповідно до ASTM D6551. ASTM - це документ, який містить стандарти для певних видів хімічних речовин, особливо промислових матеріалів. Це багатослівне визначення, яке насправді не показує нам, що це таке хімічно.

Отже, коли ми говоримо про алкільну групу, це одновалентний радикал, що містить лише атоми вуглецю та водню в вуглеводневому ланцюзі, із загальною атомною формулою C _n H _2n+1. Приклади включають:

Алкільні групи визначені для метильних і етилових груп. Метил: CH3- Етил: CH3CH2- — Малюнок 9.5b: Алкільні групи, визначені для метильних і етилових груп.

*Кредит: BEEMS модуль B4*

Ще один термін, про який ми повинні знати, - це ефір. Ефіри - це органічні сполуки, де алкільна група замінює атом водню в карбонової кислоти. Наприклад, якщо кислота - оцтова кислота, а алкільна група - метильна група, отриманий ефір називається метилацетатом. Реакція оцтової кислоти з метанолом утворює метилацетат і воду; реакція показана нижче на малюнку 9.6. Ефір, що утворюється в цьому методі, є реакцією конденсації; він також відомий як етерифікація. Ці ефіри ще називають карбоксилатними ефірами.

Малюнок 9.6: Реакція оцтової кислоти з метанолом з утворенням метилацетату і води.

*Кредит: BEEMS модуль B4*

Це основна реакція, яка сприяє утворенню біодизеля. На малюнку 9.7 показані різні частини хімічної структури біодизеля, жирної кислоти метилового ефіру або метилового ефіру жирних кислот (FAME).

Хімічна структура типового біодизеля, метилового ефіру жирної кислоти або FAME. Метил+ефір+жирні кислоти — Малюнок 9.7: Хімічна структура типового біодизеля, жирної кислоти метилового ефіру або FAME.

*Кредит: BEEMS модуль B4*

Отже, на цьому етапі давайте переконаємось, що ми знаємо, що ми обговорювали. Біодизель - це метиловий (або етиловий) ефір жирної кислоти. Його готують з рослинного масла, але це не рослинне масло. Якщо у нас є 100% біодизель, він відомий як В100 - це рослинна олія, яка була переетерифікована для отримання біодизеля. Він повинен відповідати стандартам біодизеля ASTM, щоб претендувати на гарантії та продавати як біодизель та претендувати на будь-які податкові пільги. Найчастіше його змішують з дизельним паливом на основі нафти. Якщо В2, він має 2% біодизеля та 98% дизельного палива на основі нафти. Інші суміші включають: B5 (5% біодизеля), B20 (20% біодизеля) та B100 (100% біодизель). Ми обговоримо, чому використовуються суміші в наступному розділі. І щоб було зрозуміло: іноді рослинне масло використовується в дизельних двигунів, але воно може спричинити проблеми з продуктивністю і погіршити роботу двигунів з часом. Іноді рослинне масло і спирт змішуються між собою в емульсіях, але що це все одно не біодизель, так як має відмінні властивості від біодизеля.

Отже, якщо пряме рослинне масло (СВО) буде працювати в дизельному двигуні, чому б не використовувати його? Рослинна олія значно більш в'язка (гусяче - нетехнічний термін) і володіє більш поганими властивостями горіння. Це може спричинити: відкладення вуглецю, погане змащення всередині двигуна та знос двигуна, а також проблеми з холодним запуском. Рослинні масла мають натуральні камеді, які можуть викликати закупорювання фільтрів і паливних форсунок. А для дизельного двигуна терміни уприскування скидаються і можуть викликати стук двигуна. Існують способи пом'якшення цих проблем, які включають: 1) змішати з дизельним паливом на основі нафти (зазвичай < 20%), 2) підігріти масло, 3) зробити мікроемульсії зі спиртами, 4) «розтріскувати» рослинне масло і 5) використовувати метод перетворення СВО в біодизель за допомогою переетерифікації. Використовуються й інші методи, але поки що ми зупинимося на біодизелі від переетерифікації. У таблиці 9.1 наведено три властивості дизельного палива № 2, біодизеля та рослинного масла. Як бачите, основна зміна полягає в в'язкості. № 2 дизель і біодизель мають в'язкості, які схожі, але рослинні масла мають велику в'язкість і можуть спричинити великі проблеми в холодну погоду. Це основна причина перетворення СВО в біодизель.