Переробка жиру та олії - гідрування Британіка
Для багатьох їстівних цілей та для деяких комерційних цілей бажано виробляти тверді жири. Багато шортенів та маргаринів містять гідровані (загартовані) олії як основні інгредієнти. Розвиток маргарину та продуктів, що вкорочують, було результатом винаходу успішного способу перетворення ненасичених жирних кислот та гліцеридів з низьким плавленням у високоплавкі насичені продукти. Процес полягає у додаванні водню у присутності каталізатора до подвійних (ненасичених) зв’язків. Таким чином, олеїнова або лінолева кислота (або їх кислотні радикали в гліцеридах), які зазвичай є рідкими при кімнатній температурі, можуть бути перетворені в стеаринову кислоту або кислотний радикал додаванням водню.
Ця технологія гідрування в Європі використовувалася обмежено; найбільше потенційне використання цього процесу було у Сполучених Штатах, де величезне виробництво бавовняної олії, побічного продукту південної бавовняної промисловості, чекало на розвиток подій, що дозволить перетворити його на пластичний жир. Затвердіння бавовняної олії на початку 1900-х років породило вкорочувальну промисловість. Потім практичне гідрування поширилося на всі країни, де маргарини та шортени виготовляються з рідких масел.
Реакції гідрування
У комерційній практиці гідрування зазвичай проводять за допомогою енергійного перемішування або диспергування водню з вузьким діапазоном концентрації каталізатора (близько 0,05-0,10 відсотка дрібнодисперсного нікелю, суспендованого на кизельгурі або діатомовій землі) в сталевій реакційній посудині під тиском. Звичайні діапазони температур і тиску складають від 100 ° до 200 ° C (212 ° до 392 ° F) і від атмосферного тиску до 42 кілограмів на квадратний сантиметр відповідно. Ці умови можна контролювати, щоб зробити реакцію гідрування дещо селективною, тобто додати водень до ліноленової (три подвійні зв'язки) та лінолевої (дві подвійні зв'язки) кислотні радикали перед додаванням до олеїнової (одна подвійна зв'язок) кислотної радикальної групи. Найбільш ненасичені групи жирних кислот найлегше гідруються і, отже, в першу чергу реагують з воднем, якщо належні умови. Мідьвмісні каталізатори особливо селективні при гідруванні рослинних олій. Якщо бажані дуже тверді жири з низькою кількістю ненасиченості, а селективність не важлива, застосовуються більш високі температури та тиск, щоб скоротити час реакції та використовувати частково відпрацьований каталізатор, який інакше витрачався б. Після гідрування гаряча олія фільтрується для видалення металевого каталізатора для повторного використання або відновлення.
Реакції ізомеризації
Під час каталітичної обробки також відбувається інша реакція - ізомеризація (перебудова молекулярної структури) ненасичених радикалів жирних кислот з утворенням ізоолеїнової, ізолінолевої та подібних груп. Оскільки ці ізомери мають вищі температури плавлення, ніж природні кислоти, вони сприяють ефекту затвердіння. Ненасиченість природних масел має цис-конфігурацію, в якій атоми водню лежать на одній стороні площини, що прорізає подвійний зв’язок, а алкільні групи лежать на іншій стороні. Під час гідрування частина ненасиченості перетворюється в транс-конфігурацію з подібними групами на протилежних сторонах площини. Транс-ізомери плавляться набагато вище, ніж природні цис-форми. Одночасно зі зміною частини ненасиченості на транс-конфігурацію відбувається міграція подвійних зв'язків уздовж ланцюга. Таким чином, ізомери олеїнової кислоти можуть утворюватися з подвійним зв'язком у будь-якому положенні від атома вуглецю 2 до атома вуглецю 17. Багато з цих ізомеризованих кислот плавляться вище, ніж природна олеїнова кислота. Інфрачервоний аналіз корисний для кількісного вимірювання змін, що відбуваються під час гідрування.