2 废油脂与生物柴油物理特性
2.1 废油脂的物理特性
狭义上来讲，“地沟油”是指宾馆、饭店附近的地沟里，污水上方的灰白色油腻漂浮物，捞取收集后经过简单加工，油呈黑褐色，不透明，有强烈酸腐恶臭气味的废油脂。泔水油是指是宾馆、饭店和食品加工企业存留和排放的泔水，未进入下水道发生腐败，而经过提炼处理制成的油。广义上来讲，“地沟油”是指在生活中存在的各类劣质油，如回收的食用油、反复使用的煎炸油等，包括狭义“地沟油”、泔水油以及劣质猪肉、猪内脏、猪皮加工以及提炼后产出的油。
2.1.1 废油脂的组成
废油脂的主要成分是甘油三酯、脂肪酸、磷脂胶质、机械杂质以及甘油三酯水解之后的甘油。
（1）甘油三酯 甘油三酯是油脂的主要成分，呈微酸性，在中性的水中几乎不发生水解反应，如果少量的酸或碱存在，水解反应速率增大。
（2）脂肪酸与甘油 脂肪酸是甘油三酯水解反应后的产物，也是油脂评定的一个重要指标，一般用酸值表示。
一般食用植物油脂中脂肪酸含量较少，一般不超过1.5％，具体指标根据油脂种类而定。脂肪酸含量的增加主要是油脂的水解反应造成的，水解反应方程式如下：
（1）
废油脂中的脂肪酸即为水解的产物，甘油三酯经过水解产生大量脂肪酸与甘油，在夏季，废油脂酸值可达150左右。
在水解产生脂肪酸的同时也产生了一定量的甘油，由于甘油溶于水，一般废油脂中甘油含量较低。
（3）磷脂胶质 废油脂中的胶质一般含有：磷脂、糖、蛋白质、微量元素等，其中磷脂占主要成分。一般食用油中的胶质早已经提取，但由于食用油经过对食品的煎炸，混有了食物中的磷脂、蛋白质等，致使废油脂中的胶质增加。
（4）机械杂质 机械杂质是在使用食用油时，加入的一些调料、蔬菜等，例如花椒、菜叶之类。在对油脂初步分离过滤时候，这些机械杂质未能完全分离。
2.1.2 甘油三酯物理特性
废油脂中主要组分是甘油三酯与脂肪酸，废油脂的特性，如气味、熔点和凝固点、皂化值、碘值等，在一定程度上都能反映废油脂的性质，下面将对废油脂的特性指标加以说明。
（1）气味 废油脂都有一定的特殊气味，一般常温下是一种特殊的臭味，这主要是由于食用油发生了腐败所造成的。因此在对废油脂处理的同时需要采用化学或物理的方式进行除臭。
（2）熔点和凝固点 废油脂受热熔化成液体时的温度叫作废油脂的熔点。通常废油脂由脂肪酸与甘油三酯组成，其中可能含有部分其他杂质。把废油脂分解生成的脂肪酸从液体逐渐冷却到固态时，会放出一定的结晶热，当液体降温生成的凝固物不再降温，相反却瞬时升温达到的最高温度称为脂肪酸的凝固点。
脂肪酸的凝固点与脂肪酸碳链长短、不饱和度、异构化程度等有关。碳链越长，双键越少，异构化越少，则凝固点越高，反之凝固点越低。对于同分异构体而言，如油酸，反式比顺式凝固点高。
（3）不皂化物 不皂化物是指溶解于废油脂中的不能被碱皂化的物质。废油脂中的不皂化物对生物柴油产品具有一定的影响。
（4）酸值 中和1g油脂中游离脂肪酸所需氢氧化钾的质量（mg）称为酸值。酸值的高低，表示废油脂中脂肪酸含量的多少。它是鉴定油脂质量好坏的重要指标，油脂酸败越严重，酸值越高。
（5）皂化值 完全皂化1g油脂所用氢氧化钾的质量（mg）称为该油脂的皂化值。皂化值可以说明废油脂中脂肪酸碳链的长短，脂肪酸碳链越短，皂化值越高。油脂中不皂化物含量越高，皂化值越低。
（6）酯值 酯值是指皂化1g油脂中所含酯类物质所需要的氢氧化钾的质量（mg）。中性油脂的皂化值等于酸值，油脂中含有游离脂肪酸时，酯值等于皂化值减去酸值。此时油脂中甘油含量可以按下式进行计算。
甘油含量=酯值×0.5466
（7）碘值 每100g油脂吸收碘的质量（g）称为碘值。碘值的高低反映了油脂的不饱和程度，油脂的碘值越高，其不饱和程度越大。通过碘值的测定，可以计算出油脂中混合脂肪酸的平均双键数，在油脂氢化时，可以计算出理论耗氢量。
2.1.3 脂肪酸物理特性
随着废油脂酸败程度的加深，脂肪酸的含量也不断增加，脂肪酸的物理特性也在很大程度上反映了废油脂的物理性质。
脂肪酸是脂质的一种，过去常被称为游离脂肪酸或非酯化脂肪酸，IUPAC（国际纯粹与应用化学联合会）已建议统一称为脂肪酸。油脂经过水解后可以直接得到脂肪酸。脂肪酸是油脂的构成成分。自然界中脂肪酸主要以甘油酯的形式存在。
天然脂肪酸几乎都是碳原子数为偶数的直链一元酸，在生物体内，这些脂肪酸以C单位合成并受氧化分解。天然油脂中存在饱和脂肪酸（C—C），液体油中硬脂酸比棕榈酸含量少。这种仅含有C—C键的脂肪酸称为饱和脂肪酸。
不饱和脂肪酸是易于氧化的（易干燥成膜的）、碘值高的天然油脂，如碘值在100以上的半干性油脂以及碘值在130以上的干性油脂分子中，存在大量的含双键不饱和脂肪酸。在生物体内，不饱和脂肪酸是由饱和脂肪酸脱氢反应合成的，其种类、数量及比例因生物的种类不同而不同。天然油脂中不饱和脂肪酸的含量往往多于饱和脂肪酸的含量。
纯的脂肪酸是无色物质，其物理性质与分子结构、分子量、不饱和度等有关，油脂中常见脂肪酸的物理性质详见表2-1。脂肪酸分子中羧基易形成氢键使脂肪酸分子产生双分子缔合。在脂肪酸晶体中，两个脂肪酸基以氢键相连接，处于双分子中间，而两个分子的甲基分别处于双分子层两端。脂肪酸晶体是长柱形的，晶体有垂直的，倾斜晶体较垂直晶体稳定。随着结晶用溶剂不同、结晶温度不同，冷却速率不同，脂肪酸及许多衍生物存在同质多晶体。
表2-1 脂肪酸的物理性质
①1mmHg=133.322Pa。
（1）密度 除醋酸以外，所有液态脂肪酸的相对密度均小于1，常见脂肪酸的相对密度见表2-2。脂肪酸的相对密度随相对分子质量的增加而减小。不饱和脂肪酸的相对密度比对应的饱和脂肪酸的相对密度大，相同碳原子数脂肪酸的相对密度随不饱和度的增大而增大。带有共轭双键的脂肪酸比非共轭双键的脂肪酸相对密度大。羧基酸等含氧脂肪酸的含量越高，其相对密度也越大。
表2-2 脂肪酸的相对密度
注：括号内数据为相对密度测定温度，℃。
（2）沸点与蒸气压 脂肪酸的沸点随相对分子质量的增加而升高，随压力的减少而降低。高级不饱和脂肪酸的沸点比其所对应的饱和脂肪酸的沸点低3～5℃。支链脂肪酸的沸点较直链脂肪酸低，且随支链的增加而降低。
（3）热力学参数
①熔化热。熔化热可以用在一定温度下物质由固态转变为液态时每单位质量吸收的能量来表示。饱和脂肪酸的熔化热随相对分子质量的增大而增大，对同系物来说，偶数碳和奇数碳脂肪酸的熔化热值呈交替顺序上升。
②蒸发热。蒸发热的定义是物质从液态向蒸气态变化时吸收的热量。蒸发热数值随蒸气压和沸点而变化
③热导率。热导率在脂肪酸生产中是很重要的热力学常数。热导率的大小，对热量传递的快慢影响很大。
④黏度。脂肪酸的黏度随相对分子质量的增大而增大，随温度的升高而降低，黏度的对数与温度呈线性关系。混合脂肪酸的黏度，取决于平均碳链的长度。
（4）熔点和凝固点 脂肪酸因发生温度变化，由液态转变为固体时的温度称为凝固点，由固态转变为液态时的温度称为熔点。在熔点时，脂肪酸的熔化液与固体处于平衡状态。相对分子质量较高的脂肪酸冷却倾向较强。一些常见脂肪酸的熔点和凝固点详见表2-3。
表2-3 脂肪酸的熔点与凝固点
双键位置离开中央移向任何一侧，其熔点都要升高。对支链脂肪酸而言，熔点随碳原子数的增加而提高，随支链的增多而降低。