《Biomass and Bioenergy》：Turning kitchen waste into sustainable fuel: Biodiesel production enhanced with plant-based antioxidants
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本研究利用废向日葵油、废亚麻籽油和废黄油为原料，通过酯交换法生产生物柴油，并评估绿茶、橄榄叶和姜黄等天然抗氧化剂对生物柴油氧化稳定性和热稳定性的改善效果。实验表明，抗氧化剂能有效延长生物柴油的氧化诱导期和热分解起始温度，其中橄榄叶对废向日葵油生物柴油的氧化稳定性提升最显著，姜黄对废亚麻籽油生物柴油的热稳定性改善效果最佳。研究结果为废油脂资源化利用及生物柴油抗氧化剂选择提供了理论依据。
Aycan ??rek?io?lu|?zge Süfer
土耳其奥斯曼耶市Korkut Ata大学，研究生教育学院，食品工程系
摘要
本研究探讨了利用废弃向日葵油、红花油和人造黄油生产生物柴油的方法，并评估了天然抗氧化剂（绿茶、橄榄叶和姜黄）在提高生物柴油氧化稳定性和热稳定性方面的效果。生物柴油通过酯交换反应合成，其性能指标包括游离脂肪酸含量（0.06–0.47%）、碘值（53–139）、酯含量（96.84–98.40%）和运动粘度（4.193–4.422 mm2/s）。稳定性通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、Rancimat测试和热重分析（TGA–DTG）进行评估。FTIR光谱结果显示甘油三酯成功转化为甲酯，未发生化学降解。在Rancimat测试中，橄榄叶将向日葵生物柴油的氧化诱导期（IP）延长至2.42小时；绿茶将人造黄油生物柴油的氧化诱导期从1.33小时延长至4.06小时；姜黄在红花生物柴油中的效果最为显著，使氧化诱导期延长了1.14小时。热重分析表明抗氧化剂增强了生物柴油的热稳定性：橄榄叶将人造黄油生物柴油的起始分解温度（T?）提高到231°C，姜黄将峰值分解温度（Tp）提高到303°C，绿茶将结束分解温度（Te）提高到360°C。未经处理的生物柴油在较低温度下就会降解（T? = 128–208°C），而经过抗氧化剂处理的样品具有更高的起始分解温度（T? = 202–281°C），说明抗氧化剂有效抑制了热氧化过程。总体而言，这些研究结果表明废弃油脂是可行的生物柴油原料，选择与原料成分相兼容的抗氧化剂对于优化生物柴油稳定性至关重要。未来的研究应确定最佳剂量，并评估生物柴油的长期储存性能和发动机使用效果。
引言
世界人口的快速增长显著增加了化石燃料的消耗，导致温室气体排放增加，加速了气候变化。面对这些环境问题，替代能源变得越来越重要[1,2]。生物柴油作为一种可再生且环境友好的能源，因其优异的性能（如高十六烷值、良好的润滑性、低硫含量和高热值[7,8]），正逐渐被用于柴油发动机中作为直接替代品[[3], [4], [5], [6]]。生物柴油可与传统柴油混合使用，已在交通运输领域得到广泛应用[3,9,10]。酯交换反应是生产生物柴油的主要方法，通常选用非均相催化剂[11]。本研究旨在评估废弃向日葵油、红花油和人造黄油作为生物柴油原料的可行性，并探讨天然抗氧化剂（绿茶、橄榄叶和姜黄）对提高生物柴油氧化稳定性和热稳定性的作用。
生物柴油的生产面临一些挑战，如原料成本较高以及“食物与燃料”之间的争议。废弃食用油被视为降低成本和避免这一争议的理想原料[7,12]。大豆[13]、椰子[14]、甜橙[15]和烹饪油[16]的废弃油已被用于生物柴油生产。然而，烹饪过程中产生的某些副产物可能对生物柴油合成产生不利影响，因此需要预处理。直接排放到污水系统可能破坏现有基础设施，未经处理的废弃食用油还可能对水生生态系统造成危害并危及人类健康[7,17,18]。
尽管生物柴油的氧化不可避免，但可以通过与石油柴油混合（添加抗氧化剂）以及使用不饱和脂肪酸含量较低的原料来延缓氧化过程。使用抗氧化剂是提高混合生物柴油氧化稳定性的最有效方法，它们可以通过中和自由基来显著减缓氧化反应[19, [20], [21]]。然而，大多数合成抗氧化剂的生物降解性较低。尽管生物柴油氧化技术有所进步，但相关研究仍较少，这突显了进一步研究的必要性[22,23]。此外，咖啡叶色素、百香果籽、植物单宁和迷迭香等天然提取物也被用作抗氧化剂[19,22,24,25]。
本文研究了废弃向日葵油、红花油和人造黄油作为生物柴油原料的可行性，并评估了天然抗氧化剂（绿茶、橄榄叶和姜黄）在提高生物柴油氧化稳定性和热稳定性方面的效果。通过分析这些废弃油脂在生物柴油生产中的表现以及天然抗氧化剂在提升产品品质中的作用，本研究旨在促进废物管理、推动可再生能源发展，并通过高效利用废弃物资源实现环境可持续性。同时，选择合适的废弃原料尤为重要。废弃向日葵油、红花油和人造黄油是家庭和工业烹饪过程中的常见副产品，将其用作生物柴油原料不仅为减少环境负担提供了可持续途径，还能减少与食用油的竞争（后者主要用于营养用途）。
材料
实验中使用的废弃食用油包括向日葵油、红花油和人造黄油。向日葵油和人造黄油购自梅尔辛市的本地市场，红花油由AVES Energy Oil and Food Industry Inc.（土耳其梅尔辛省塔尔苏斯市）提供。所有油脂均加热至180–200°C并保持240秒，随后冷却以标准化生产过程。该步骤重复进行了五次。
结论
本研究考察了由废弃向日葵油、废弃红花油和废弃人造黄油制成的生物柴油的氧化稳定性和热稳定性，重点研究了天然抗氧化剂（绿茶、橄榄叶和姜黄）在提高生物柴油稳定性方面的效果。结果表明，抗氧化剂的选择和生物柴油原料的组成对氧化稳定性和热降解行为有显著影响。
FTIR分析结果进一步证实了这一点。
作者贡献声明
Aycan ??rek?io?lu：实验研究、数据分析。?zge Süfer：论文撰写与审稿、初稿撰写、项目监督、方法设计、实验设计、数据分析、概念构建。
致谢
本研究的开展得到了奥斯曼耶Korkut Ata大学科学研究项目（项目编号：OKüBAP-2024-PT2-011）的支持，作者对此表示衷心感谢。
