[发明专利]用于制备低含量反式脂肪的甘油三酯的方法和催化剂

说明书

技术领域

本发明总体上涉及氢化领域。更具体地，本发明涉及用于氢化不 饱和脂肪酸组合物以制备具有降低含量的反式脂肪的甘油三酯组合物 的方法和催化剂。更具体地，本发明涉及用于活化脂肪酸的催化剂和 用于改善氢化反应的高剪切方法。公开的方法得到的温度、压力和接 触时间的条件使得氢化可被加速而超出传统工业中所遇到的情况。

背景技术

涉及液体、气体和固体的化学反应依赖于涉及时间、温度和压力 以限定反应速率的动力学规律。在其中需要将不同相(即固体和液体； 液体和气体；固体、液体和气体)的两种原料反应的情况中，控制反应 速率的抑制因素中的一种包括反应物的接触时间。在催化反应的情况 中，存在着其它的速率限制因素，即从催化剂的表面除去反应的产物 以使得催化剂能够进一步催化反应物。

从化学的角度来看，脂肪为支持连接至源自甘油的短骨架的三种 脂肪酸基团的大分子，表面上看类似于E。通常被称为反式脂肪，更准 确的描述是包含反式脂肪酸基团的脂肪。脂肪酸分子由碳原子骨架构 成，每个碳原子连接有氢原子(以及位于分子末端的羧基，其与本讨论 并不相关)。基于酸中双键的数目，脂肪酸被分为为饱和或不饱和的， 其。如果分子包含可能的最大数目的氢原子，则其为饱和的；否则， 其为不饱和的。

碳原子为四价的，与其它原子形成4个共价键，而氢原子仅与1 个其它原子键接。在饱和脂肪酸中，各碳原子连接至其两个相邻的碳 原子以及两个氢原子。在不饱和脂肪酸中，失去氢原子的碳原子通过 双键而不是单键连接，从而各个碳原子参与了四个键。

通常于石油和化学加工操作以及在基于植物油的加工中进行碳双 键的不饱和碳的氢化。氢化的主要目的是为了增加油的稳定性和/或改 变其物理性能。尽管本发明主要集中于脂肪酸的氢化，但是该方法可 方便地应用于任何包括石油产品的不饱和液体烃。

不饱和脂肪酸的氢化指的是氢原子对酸的加成，将双键转化为单 键，碳原子获得了新的氢原子(以保持每个碳原子四个价键)。完全氢化 使得分子包含最大量的氢(换句话说，不饱和脂肪酸向饱和脂肪酸的转 化)。部分氢化导致氢原子在一些空位上加成，其相应地减少了双键的 数目。商业化的氢化通常为部分氢化，以增加稳定性和/或以得到在室 温下为固体的可塑性脂肪，但其随着烘烤(或消耗)而熔融。

从植物种子提取出来的油，以及从如大豆、玉米、油菜籽等制备 的油主要由甘油三酯构成，该甘油三酯为一个甘油分子结合三个脂肪 酸分子。源自不同来源的植物油在甘油三酯的脂肪酸组分上彼此并不 相同。脂肪酸的碳链长度和那些碳链中存在的双键的数目不同。植物 油中的大部分脂肪酸具有约C₈至约C₂₀的碳链长度。

通常通过在催化剂的存在下使氢气与植物油接触而制备氢化的植 物油。使用氢化，例如，以增加含于油中的甘油三酯的化学稳定性， 和/或以增加在室温下为固体的甘油三酯含量，因为氢气与甘油三酯的 脂肪酸部分的碳-碳双键反应。

甘油三酯-基的植物脂肪和油可通过部分或完全氢化转化为较高 沸点的脂肪和油。该氢化方法通常涉及在高温度和压力下，在存在通 常为粉末的镍化合物的催化剂下，使用氢气″鼓泡(sparging)″该油状物。 随着甘油三酯中的各个双键的断裂，两个氢原子形成单键。通过加入 氢原子消除双键称为饱和化；随着饱和程度的增加，油加工向着完全 氢化的方向发展。可以氢化油以增加抗酸败(氧化)性或改变其物理性 能。随着饱和程度的增加，该油的粘度和物理状态可以被改变(液体至 固体)。

在食品中氢化油的使用从来没有完全令人满意。因为甘油三酯的 中心臂在一定程度上被甘油三酯端部所屏蔽，大部分的氢化发生在甘 油三酯端部上。这使得得到的脂肪更加易碎。从天然饱和度更高的热 带油得到的人造黄油比从氢化大豆油得到的人造黄油塑性更高(更加″ 易于延展″)。此外，部分氢化可导致反式脂肪的形成，自从约20世纪 70年代以来，该反式脂肪已经日益被认为是不健康的。在常规的氢化 植物油中，该氢化方法将许多双键从顺式转化为反式。这些反式脂肪 酸对于人的消耗来说是不希望的，这是因为反式脂肪酸与有害健康作 用相关联，例如高胆固醇血症。