CN103396460B - 蔗糖酯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蔗糖酯的制备方法，属于非离子型表面活性剂技术领域。本方法首先除去脂肪酸甲酯中的少量水和自由的脂肪酸，再将固体催化剂加入除水后的脂肪酸甲酯中，搅拌均匀的条件下按一定的比例加入蔗糖。现有技术工业上制备蔗糖酯常采用碱金属氢氧化物作为催化剂，容易造成后续产品提纯步骤繁琐，从而产生大量废水，而本发明采用工业上常见的碱土金属氧化物作为固体催化剂，反应条件温和，固体催化剂不会残留在产品中并且可以重复利用，对环境友好降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种非离子型表面活性剂技术领域，尤其是一种蔗糖酯的方法。
背景技术
蔗糖酯的合成方法主要有四种:溶剂法、微乳化法、无溶剂法以及酶催化法。溶剂法采用DMF或DMSO为溶剂,但是这两种溶剂均有毒,限制了蔗糖酯在食品等行业的应用。微乳化法采用丙二醇或水代替溶剂法所使用的有毒溶剂,并加入乳化剂,使反应体系近似为均相体系。无溶剂法则是通过在反应体系中加入乳化剂或表面活性剂等使熔融相成均一相,反应平稳。但是一般无溶剂法反应温度较高,反应不易进行,产率低,且产品质量得不到保证。且目前无溶剂法通常采用碱金属氢氧化物如氢氧化钾或者氢氧化钠作为催化剂，产品中催化剂残留现象严重，严格限制了其在食品工业中的应用，后续分离提纯步骤较为繁琐容易产生大量废水。
本发明采用非均相催化剂氧化钙，氧化钙作为非均相催化酯交换反应的催化剂，已在生物柴油领域得到广泛应用，预处理后的氧化钙碱性强比表面积大，具有较好的稳定性，催化寿命长，可连续使用数次，故其受到越来越多的化学家及化工专家的重视。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用固体催化剂制备蔗糖酯的方法，该方法催化效率高，可达55%的平均产率，产品纯度高色泽明丽，可应用于食品化工工业。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
蔗糖酯的制备方法包括以下具体步骤：
（1）、碱土金属氧化物的预处理方法：将碱土金属氧化物在1100℃～1200℃下进行灼烧预处理5～6小时，然后转入干燥器中保存；
（2）将部分所述步骤（1）所得的灼烧预处理后的碱土金属氧化物与脂肪酸甲酯置于反应器中进行搅拌5分钟～15分钟，除去脂肪酸甲酯中的少量水和自由的脂肪酸，所述碱土金属氧化物的用量是脂肪酸甲酯质量的7wt%～9wt%；
（3）将粉碎研磨后的蔗糖加入步骤（2）灼烧后所得的脂肪酸甲酯中，再加入部分所述步骤（1）所得的灼烧预处理后的碱土金属氧化物与之进行快速搅拌均匀分散30～40分钟，在90°C～175°C的油浴温度下进行反应，合成本蔗糖酯粗品；所述蔗糖和脂肪酸甲酯的摩尔比为1:1～7，所述碱土金属氧化物的用量是脂肪酸甲酯和蔗糖总质量的4wt%～6wt%；
（4）将步骤（3）所得蔗糖酯粗品在90°C～175°C下继续搅拌反应2～6h后即停止加热，过滤，除去作为催化剂的碱土金属氧化物；
（5）将步骤（4）所得物转入分液漏斗中,加入1～3倍水摇匀静置分层,除去下层水相,再用水洗涤上层油相,至中性为止,然后在80℃下减压蒸馏得到较纯净的本蔗糖酯。
上述技术方案中，更具体的方案还可以是：所述碱土金属氧化物是氧化钙，所述脂肪酸甲酯为硬脂酸甲酯。
上述，步骤（1）中所述碱土金属氧化物在1100℃～1200℃下灼烧能够较好的除去碱土金属氧化物中的杂质，如碳酸钙、氢氧化钙、水和二氧化碳；步骤（2）中碱土金属氧化物主要作为除水剂使用，除去脂肪酸甲酯中的少量水和自由的脂肪酸；步骤（3）中碱土金属氧化物主要作为固体催化剂使用。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、本发明提供的制备方法，原料均为常用的化工原料，反应条件温和，操作简单。
2、固体催化剂氧化钙的使用很大程度上降低了催化剂成本，满足了食品工业对蔗糖酯产品纯度和无毒性质的要求，且氧化钙碱性强比表面加大，可重复利用，低碳环保。
3、本发明催化剂预处理方法简单，经XRD表征此温度下烧结的氧化钙具有较好的晶格排列和形貌特征，宏观表现为较大的比表面积。CO2-TPD表明，此温度下烧结的氧化钙具有的碱位远多于同类碱土金属氧化物。
4、本发明制备的蔗糖酯色泽明丽，纯度可达98%以上，可应用于食品工业。
5、本发明提供的方法原料价廉易得，且蔗糖酯基表面活性剂产品安全、无公害，对人体无毒、不刺激皮肤和粘膜，可生物降解。
具体实施例
以下结合具体实例对本发明作进一步详述：以下具体实施例所用的氧化钙均为经过预处理的氧化钙，预处理的方式为：将氧化钙置于坩埚中在1200℃下进行灼烧预处理6小时，以除去催化剂中的少量水、碳酸钙、氢氧化钙和二氧化碳，使处理完后的催化剂具有较高的催化活性，处理完后立刻转入干燥器中保存，使得催化剂保持最佳的催化性能。
实施例1
将4g氧化钙作为除水剂加入30g硬脂酸甲酯中，搅拌，除去硬脂酸甲酯中的少量水和自由的脂肪酸，然后将除水后的硬脂酸甲酯转移到三颈瓶中，加入51g粉碎研磨后的蔗糖，以3.2克氧化钙为催化剂，快速搅拌均匀分散30分钟，调节并设置油浴温度为130℃，常压或者减压的情况下合成蔗糖酯，继续搅拌，反应进行4h后即停止加热，将产物过滤除去催化剂，将反应液转入分液漏斗中，静置分层，除去下层水相，再用蒸馏水洗涤上层油相，至中性为止，然后在80℃下对产物进行减压蒸馏即可得到较纯净的蔗糖酯。
实施例2
将6g氧化钙作为除水剂加入36g硬脂酸甲酯中，搅拌，除去硬脂酸甲酯中的少量水和自由的脂肪酸，然后将除水后的硬脂酸甲酯转移到三颈瓶中，加入103g粉碎研磨后的蔗糖，以6.9g氧化钙为催化剂，快速搅拌均匀分散30分钟，调节并设置油浴温度为90℃，常压或者减压的情况下合成蔗糖酯，继续搅拌，反应进行2h后即停止加热，将产物过滤除去固体催化剂，将反应液转入分液漏斗中，静置分层，除去下层水相，再用蒸馏水洗涤上层油相，至中性为止，然后在80℃下对产物进行减压蒸馏即可得到较纯净的蔗糖酯。
实施例3
将7g氧化钙作为除水剂加入42g硬脂酸甲酯中，搅拌，除去硬脂酸甲酯中的少量水和自由的脂肪酸，然后将除水后的硬脂酸甲酯转移到三颈瓶中，加入217g粉碎研磨后的蔗糖，以15.5g氧化钙为催化剂，快速搅拌均匀分散30分钟，调节并设置油浴温度为160°C，常压或者减压的情况下合成蔗糖酯，继续搅拌，反应进行42h后即停止加热，将产物过滤除去固体催化剂，将反应液转入分液漏斗中，静置分层,除去下层水相，再用蒸馏水洗涤上层油相，至中性为止，然后在80℃下对产物进行减压蒸馏即可得到较纯净的蔗糖酯。
实施例4
将8g氧化钙作为除水剂加入48g硬脂酸甲酯中，搅拌，除去硬脂酸甲酯中的少量水和自由的脂肪酸，然后将除水后的硬脂酸甲酯转移到三颈瓶中,加入275g粉碎研磨后的蔗糖，以12.9g氧化钙为催化剂，快速搅拌均匀分散30分钟，调节并设置油浴温度为175°C，常压或者减压的情况下合成蔗糖酯，继续搅拌，反应进行6h后即停止加热，将产物过滤除去固体催化剂，将反应液转入分液漏斗中，静置分层，除去下层水相，再用蒸馏水洗涤上层油相，至中性为止，然后在80℃下对产物进行减压蒸馏即可得到较纯净的蔗糖酯。
实施例5
将9g氧化钙作为除水剂加入54g硬脂酸甲酯中，搅拌，除去硬脂酸甲酯中的少量水和自由的脂肪酸，然后将除水后的硬脂酸甲酯转移到三颈瓶中，加入433.8g粉碎研磨后的蔗糖，以24.4氧化钙为催化剂，快速搅拌均匀分散30分钟，调节并设置油浴温度为90°C，常压或者减压的情况下合成蔗糖酯，继续搅拌，反应进行3h后即停止加热，将产物过滤除去固体催化剂，将反应液转入分液漏斗中，静置分层，除去下层水相，再用蒸馏水洗涤上层油相，至中性为止，然后在80℃下对产物进行减压蒸馏即可得到较纯净的蔗糖酯。
实施例6
将10g氧化钙作为除水剂加入60g硬脂酸甲酯中，搅拌，除去硬脂酸甲酯中的少量水和自由的脂肪酸，然后将除水后的硬脂酸甲酯转移到三颈瓶中，加入413g粉碎研磨后的蔗糖，以28.4g氧化钙为催化剂，快速搅拌均匀分散40分钟，调节并设置油浴温度为140°C，常压或者减压的情况下合成蔗糖酯，继续搅拌，反应进行5h后即停止加热，将产物过滤除去固体催化剂，将反应液转入分液漏斗中，静置分层，除去下层水相，再用蒸馏水洗涤上层油相，至中性为止，然后在80℃下对产物进行减压蒸馏即可得到较纯净的蔗糖酯。
实施例7
将11g氧化钙作为除水剂加入66g硬脂酸甲酯中，搅拌，除去硬脂酸甲酯中的少量水和自由的脂肪酸，然后将除水后的硬脂酸甲酯转移到三颈瓶中，加入151g粉碎研磨后的蔗糖，以8.7g氧化钙为催化剂，快速搅拌均匀分散30分钟，调节并设置油浴温度为150°C，常压或者减压的情况下合成蔗糖酯，继续搅拌，反应进行4h后即停止加热，将产物过滤除去固体催化剂，将反应液转入分液漏斗中，静置分层，除去下层水相，再用蒸馏水洗涤上层油相，至中性为止，然后在80℃下对产物进行减压蒸馏即可得到较纯净的蔗糖酯。
实施例8
将12g氧化钙作为除水剂加入72g硬脂酸甲酯中，搅拌，除去硬脂酸甲酯中的少量水和自由的脂肪酸，然后将除水后的硬脂酸甲酯转移到三颈瓶中，加入330.5g粉碎研磨后的蔗糖，以20g氧化钙为催化剂，快速搅拌均匀分散40分钟，调节并设置油浴温度为100°C，常压或者减压的情况下合成蔗糖酯，继续搅拌,反应进行6h后即停止加热，将产物过滤除去固体催化剂，将反应液转入分液漏斗中，静置分层，除去下层水相，再用蒸馏水洗涤上层油相，至中性为止，然后在80℃下对产物进行减压蒸馏即可得到较纯净的蔗糖酯。
上述实施例1～8得到的蔗糖酯按照GB8272-2009《食品添加剂—蔗糖脂肪酸酯》检测，主要性能指标如下表：
Claims (1)
1.一种蔗糖酯的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）、氧化钙的预处理方法：将氧化钙在1100℃～1200℃下进行灼烧预处理5～6小时，然后转入干燥器中保存；
（2）将部分所述步骤（1）所得的灼烧预处理后的氧化钙与硬脂酸甲酯置于反应器中进行搅拌5分钟～15分钟，所述氧化钙的用量是硬脂酸甲酯质量的7wt%～9wt%；
（3）将粉碎研磨后的蔗糖加入步骤（2）灼烧后所得的硬脂酸甲酯中，再加入部分所述步骤（1）所得的灼烧预处理后的氧化钙与之进行快速搅拌均匀分散30～40分钟，在90°C～175°C的油浴温度下进行反应，合成本蔗糖酯粗品；所述蔗糖和硬脂酸甲酯的摩尔比为1:1～7，所述氧化钙的用量是硬脂酸甲酯和蔗糖总质量的4wt%～6wt%；
（4）将步骤（3）所得蔗糖酯粗品在90°C～175°C下继续搅拌反应2～6h后即停止加热，过滤，除去作为催化剂的氧化钙；
（5）将步骤（4）所得物转入分液漏斗中，加入1～3倍水摇匀静置分层,除去下层水相，再用水洗涤上层油相，至中性为止，然后在80℃下减压蒸馏得到较纯净的本蔗糖酯。
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