催化劑在辛癸酸甘油酯合成中對甘油三酯含量的影響

計曉黎，俞 力，方惠君，史立文，葛 贊

（浙江贊宇科技股份有限公司，浙江 杭州 310030）

辛癸酸甘油酯常溫下是無色透明液體，無刺激性氣味，凝固點低，粘度是普通植物油的一半，有非常好的氧化穩定性，不溶于水，極易溶于乙醇、異丙醇、三氯甲烷、甘油等溶劑[1]。

辛癸酸甘油酯作為新型功能性油脂，以其獨特的性能和代謝方式成為酯類的研究熱點，其乳化穩定性、潤滑性、溶解性、延伸性優于普通油脂[2]。具有黏度低、表面張力小、凝固點低、透明度高、氧化穩定性強等優點，目前廣泛應用于食品、醫藥、日化用品等領域。

辛癸酸甘油酯一般采用水解酯化法合成，由椰子油、棕櫚仁油、山蒼子油等水解、分餾得到辛癸酸，再在催化劑存在下與甘油進行酯化反應，酯化反應生成甘油一酯、甘油二酯、甘油三酯的混合物[3]。辛癸酸甘油酯中甘油三酯的含量直接影響產品的質量與應用，通常要求在90%以上，而這取決于反應原料比、反應溫度、反應時間、催化劑等反應因素[4]。因此控制合適的反應條件是得到高品質的辛癸酸甘油酯的關鍵，本文就催化劑對甘油三酯含量的影響進行研究。

1 實驗材料與儀器

1.1 材料

辛癸酸（酸值348.5）、甘油（一等品），杭州油脂化工有限公司生產；濃硫酸、氫氧化鈉、氯化亞錫，化學純，市售；自制復合催化劑。

1.2 主要實驗儀器與設備

SHZ-D 水循環式真空泵，SZCL-2 數顯智能控溫磁力攪拌器，HP6890/5973 氣質聯用儀（GC/MS）。

2 實驗方法

2.1 實驗原理

3 mol 辛癸酸與1 mol 甘油在催化劑存在下反應合成辛癸酸甘油酯，反應方程式如下：

2.2 實驗方法

將一定重量的辛癸酸、甘油加入三口燒瓶中，加熱升溫，在攪拌條件下開啟真空泵脫水，溫度升至120 ℃左右，破真空，加入一定量的催化劑，在氮氣保護下，繼續升溫，到一定的反應溫度后恒溫攪拌至反應終點。

2.3 測試方法

甘油三酯含量的測定采用氣相色譜/質譜分析法。氣相色譜/質譜條件：HP-5MS 30 m×0.25 mm×0.25 μm 毛細管柱；載氣為高純氦氣，流速1.0 mL/min；進樣口溫度320 ℃，接口溫度320 ℃，柱溫240 ℃（2min）20 ℃/min 340 ℃(3 min)，離子源溫度250 ℃，離子化電壓70 eV，質量掃描范圍30～600 amu，分流比100：1，進樣量1 μL[5]。

3 結果與討論

3.1 不同催化體系對甘油三酯含量的影響

酯化反應是一種可逆反應，反應過程中需要加入催化劑以提高反應速率和酯化效率[6]，近年來，對于酯化反應催化劑的研究獲得了較大的進展，酯化反應的催化劑有酸性催化劑、堿性催化劑、路易斯酸類催化劑、特種催化劑等[7]。酸性催化劑研究比較多的有濃硫酸、固體超強酸、對甲苯磺酸、雜多酸等；堿性催化劑有氫氧化鈉、氫氧化鉀、甲醇鈉等；無機鹽類催化劑有硫酸鹽類和氯化物等；特種催化劑有樹脂、沸石分子篩、離子液體等[8]。但是目前固體超強酸以及特種催化劑等很少應用于工業生產中，因為這些催化劑存在活性不高、不穩定、使用壽命短或成本高等問題[9]。因此本文中選用了最常用的濃硫酸、氫氧化鈉、氯化亞錫及自制的復合催化劑作催化劑進行實驗，分別代表酸性、堿性、路易斯酸類催化體系。實驗中催化劑用量是相對于辛癸酸的質量。

在辛癸酸與甘油的摩爾比3：1，反應溫度200 ℃，反應時間3 h，催化劑加入量0.3%的條件下，用不同催化劑實驗，實驗結果如下：

表1 催化劑品種對甘油三酯含量的影響

從表1 可以看出，上述催化劑對酯化率的影響不大，用氫氧化鈉作催化劑反應，產品甘油三酯含量較低；氯化亞錫和濃硫酸作催化劑，產品甘油三酯接近90%，但是氯化亞錫在食品中被限制使用，用硫酸作催化劑產品的色澤較深且氣味重，產品后續處理較困難，而使用復合催化劑實驗的產品甘油三酯含量、酯化率均達到了較高的水平，因此可以確定復合催化劑為反應最佳催化劑。

3.2 催化劑用量對甘油三酯含量的影響

在辛癸酸與甘油的摩爾比為3：1，反應溫度200 ℃，反應時間3 h 條件下，改變復合催化劑用量進行實驗，實驗結果如表2：

表2 催化劑用量對甘油三酯含量的影響

從理論上講，催化劑量越多，所能提供的催化活性中心數也越多，可以提高反應的速率和產品的轉化率，但催化劑用量過大，會產生不必要的浪費，造成生產成本的提高。

從表2 看出，在一定范圍內，甘油三酯含量隨著催化劑用量增加而增大，催化劑用量太少，催化效果不好，催化劑太多，對甘油三酯含量提高不明顯，因此催化劑用量控制為辛癸酸質量的0.3%為宜。

4 結論

實驗證明復合催化劑對辛癸酸甘油酯合成具有較好的催化效果，產品純度較高，產品也不易著色，后處理比較容易，是一種優良的催化劑。在辛癸酸與甘油的摩爾比3：1，反應溫度200 ℃，反應時間3 h，復合催化劑0.3%的條件下，可以得到高質量的辛癸酸甘油酯，甘油三酯含量達到97.116%，氣相色譜-質譜檢測產品的組成見表3：

表3 氣相色譜-質譜檢測辛癸酸甘油酯組成

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