CN107899274A - 一种自乳化型消泡剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自乳化型消泡剂及其制备方法，涉及精细化工产品技术领域。按重量份数计，该自乳化型消泡剂包括8‑40份聚醚改性硅、10‑50份聚醚和30‑100份水。其通过将聚醚改性硅与聚醚复配，起到很好地协同增效作用，无需加入乳化剂即可得到消泡剂乳液，降低了生产成本，适用于作为发酵工业体系的消泡剂使用。该自乳化型消泡剂的制备方法，方法简便易行，制备得到的消泡剂具有很好的耐高温性能、稳定性和消泡抑泡性能，防止了乳化剂导致的高温破乳分层现象，也避免了发酵提取工艺过程中乳化剂对过滤陶瓷膜的污染。

Description

一种自乳化型消泡剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种精细化工产品技术领域，且特别涉及一种自乳化型消泡剂及其制备方法。

背景技术

在发酵体系如氨基酸、药物、啤酒等发酵生产过程中，由于搅拌、通风、微生物新陈代谢等原因，发酵生产过程中必然产生大量的泡沫。如不及时进行消泡，将导致部分发酵液溢流出去，增加了物料损失及染菌机会，因此工业生产过程中往往都需要添加消泡剂来抑制泡沫的产生。尤其食品发酵行业又是一个对消泡剂要求很高的行业，所使用的消泡剂必须无毒无害，不影响菌体正常生长，且要耐高温、具有良好的消泡抑泡效果。

国内外适用于发酵工艺的消泡剂一般有油脂型、聚醚类、有机硅类和目前研究较热的聚醚改性有机硅类。由于不同的发酵体系具有不同的性质，每一种消泡剂的适用范围都有一定的局限性。且单独使用某一种消泡剂效果并不理想，不能同时达到高温稳定性好、消泡迅速、抑泡好的效果。随着复配组分协同效应研究的不断深入，那些组分结构单一、经济效益较差的消泡剂逐渐被多功能、高效率的复配型消泡剂取代。

通过利用价格低廉的乳化剂、稳定剂、水等与一种或几种不同类型的消泡剂复配，可显著改善消泡剂性能，减少消泡剂用量，降低消泡剂的使用成本。目前文献中报道的复配型消泡剂虽然效果均良好，但都是通过加入乳化剂的方式乳化得到的，这种方式存在的缺点是乳化剂具有高温破乳性，且乳化不一定完全，高温灭菌后易出现破乳漂油，甚至分层现象，严重影响其外观状态及使用效果；而且大多数乳化剂本身具有起泡性质，用量较多时，反而会降低消泡剂的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自乳化型消泡剂，旨在提升消泡剂的自分散乳化能力和消泡抑泡性能。

本发明的另一目的在于提供一种自乳化型消泡剂的制备方法，方法简便易行，无需乳化剂即可制备均匀稳定、性能良好的消泡剂。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出了一种自乳化型消泡剂，按重量份数计，包括8-40份聚醚改性硅、10-50份聚醚和30-100份水；

优选地，自乳化型消泡剂包括10-30份聚醚改性硅、10-35份聚醚和50-90份水；

更优选地，自乳化型消泡剂包括10-30份聚醚改性硅、10-30份聚醚和50-80份水。

本发明还提出一种自乳化型消泡剂的制备方法，包括以下步骤：

将混合原料搅拌混合；混合原料包括8-40份聚醚改性硅、10-50份聚醚和30-100份水。

本发明实施例提供一种自乳化型消泡剂的有益效果是：其通过将聚醚改性硅与聚醚复配，起到很好地协同增效作用，无需加入乳化剂即可得到消泡剂乳液，一定程度上降低了生产成本。本发明还提供了一种自乳化型消泡剂的制备方法，方法简便易行，制备得到的消泡剂具有很好的耐高温性能、稳定性和消泡抑泡性能，是一种性价比很高的消泡剂，从根本上杜绝了乳化剂导致的高温破乳分层现象，也避免了发酵提取工艺过程中乳化剂对过滤陶瓷膜的污染。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例提供的自乳化型消泡剂及其制备方法进行具体说明。

本发明实施例提供的一种自乳化型消泡剂，按重量份数计，包括8-40份聚醚改性硅、10-50份聚醚和30-100份水。

优选地，自乳化型消泡剂包括10-30份聚醚改性硅、10-35份聚醚和50-90份水；更优选地，自乳化型消泡剂包括10-30份聚醚改性硅、10-30份聚醚和50-80份水。

需要说明的是，自乳化型消泡剂的各个组分采用上述比例能够保证制备得到均一稳定的消泡剂，聚醚改性硅和聚醚起到很好地协同增效作用，从而得到效果优异且性价比高的消泡剂。该自乳化型消泡剂在不加入乳化剂的条件下即可实现乳化过程，得到耐高温且消泡抑泡性能良好的产品，显著降低了生产成本，适合于作为发酵工业体系中的消泡剂使用。此外，正是由于没有乳化剂的存在，从根本上杜绝了乳化剂导致的高温破乳分层现象，并在一定程度上保证了消泡剂的性能，同时也有效避免了发酵提取工艺中乳化剂对过滤陶瓷膜的污染。若各原料使用的比例超过或低于本发明实施例中记载的比例，则可能导致制备得到的消泡剂乳化不均匀，稳定性差等问题。

聚醚改性硅是采用聚醚与二甲基硅氧烷接枝共聚而成的一种性能独特的有机硅非离子表面活性剂，具有良好的润滑性和流平性，也具有良好的自乳化能力。在本发明实施例中，聚醚改性硅的型号为JS-R201(购自上海邦高化学有限公司)，能够和聚醚起到很好地协同增效作用，并实现自乳化的过程，产品均匀稳定且效果良好。

聚醚又称聚乙二醇醚是以环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷等为原料，在催化剂作用下开环均聚或共聚制得的线型聚合物，具有良好的低温流动性、润滑性和热稳定性。在本发明实施例中，聚醚可以为市售的各种型号聚醚当中的一种或几种的组合，如可以为软泡聚醚、硬泡聚醚、弹性体聚醚等型号。

进一步地，自乳化型消泡剂还包括0.1-5份增稠剂；优选地，增稠剂的份数为0.3-3份。增稠剂的加入主要是增加消泡剂的粘稠度，并提升消泡剂的流平性和稳定性。增稠剂的用量过小，有可能导致消泡剂的粘稠度低，消泡剂乳液不稳定；增稠剂的用量过大，则产品太过粘稠使用不方便，消泡抑泡性能也可能下降。

具体地，增稠剂选自纤维素、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠和羟乙基纤维素中的一种或几种，常用的食品级的增稠剂均可以作为本发明实施例中消泡剂配方中的增稠剂使用。

进一步地，自乳化型消泡剂还包括0.1-5份白炭黑；优选地，白炭黑的份数为0.3-3份。白炭黑的加入可以增强产品的消泡抑泡性能，同时有效改善消泡剂的分散性能，并增强其稳定性。白炭黑的用量需控制在一定范围内，以防止消泡剂出现粘稠度过低或过高的现象，都会影响消泡剂的消泡抑泡性能及稳定性。

此外，白炭黑在消泡剂中相当于刺破泡沫的“针尖”，用量小但作用巨大，作为高效消泡剂的活性组分，具有复合高效、协同增效的作用。采用粒径较小、比表面积较大的白炭黑有利于白炭黑的快速溶解及增强其分散、吸附、防沉效果。尤其气相法白炭黑由于其特殊的三维网状结构，它的吸附作用是所有白炭黑中最强的。因此，在同等条件下，选用气相法白炭黑的消泡剂消泡抑泡效果是最好的。

具体地，白炭黑为疏水白炭黑，且白炭黑的粒径为5-25μm。采用疏水性的白炭黑可以提升消泡剂的疏水效果，一定程度上有利于提升消泡剂的消泡抑泡性能。采用粒径较小的白炭黑有利于白炭黑的快速溶解，最终得到均一稳定的乳液。具体地，白炭黑可以为气相法白炭黑、沉淀法白炭黑中的一种或两种的组合，优选为气相白炭黑。通过上述的内容可知，白炭黑优选为气相法疏水白炭黑。

本发明实施例还提供了一种自乳化型消泡剂的制备方法，包括：将混合原料搅拌混合；混合原料包括8-40份聚醚改性硅、10-50份聚醚和30-100份水。当原料仅包括聚醚改性硅、聚醚和水时将三者混合即可，在混合过程中利用机械搅拌等措施，使各组分混合均匀，得到稳定的乳液。

当混合原料还包括0.1-5份增稠剂和0.1-5份白炭黑，自乳化型消泡剂的制备方法采用三步法进行混合，通过转相法使乳液从油包水相逐渐转变成水包油相，增强了乳化效果，使得到的消泡剂产品性能均一稳定。具体包括以下步骤：

S1、油相制备：将8-40份聚醚改性硅、10-50份聚醚和0.1-5份白炭黑在40-100℃的温度条件下混合得到油相混合物。

将聚醚改性硅、聚醚和白炭黑在较高温度下进行混合搅拌，可以使白炭黑快速溶解完全得到油相混合物。混合过程在40-100℃的温度条件下进行，优选为50-80℃。混合温度过低容易导致白炭黑溶解缓慢且溶解不完全的现象；混合温度过高容易导致高聚物的链断裂现象，而影响产品的消泡抑泡性能。

S2、水相制备：将30-100份水和0.1-5份增稠剂在40-100℃的温度条件下混合得到水相混合物。

将水和增稠剂同样是在较高温度下进行混合搅拌，也是为了使增稠剂快速溶解完全。具体地，在水相混合物的制备过程中是将增稠剂分多次加入至水中溶解。由于增稠剂为高分子聚合物，若一次性加入溶解不易溶解完全得到均一稳定的水相混合物。

需要说明的是，油相制备和水相制备的过程没有先后顺序，可以选择优先制备油相或水相。

S3、自乳化过程：将油相混合物和水相混合物搅拌20-100min。

需要说明的是，混合得到的油相混合物和水相混合物混合，由于聚醚改性硅的存在，在不加入乳化剂的条件下实现了乳化的过程，得到白色乳液，即为复配型消泡剂。

优选地，在自乳化过程中是将水相混合物分多次加入至油相混合物中，多次加入不仅使增稠剂等大分子溶解完全，更有利于使形成的乳液由油包水相转化为水包油相，增强乳化的效果。

具体地，多次加入的次数不限，可以根据具体的用量进行选择。

具体地，在自乳化过程中是将水相混合物加入油相混合物后搅拌20-60min，再用剪切乳化机剪切10-60min。水相混合物和油相混合物的混合过程采用先搅拌再用剪切乳化机剪切的方式，有利于快速实现乳化，并增强最终得到乳液的稳定性。具体地，剪切乳化机可以为常用的高速剪切乳化机。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种自乳化型消泡剂，按重量份数计，包括8份JS-R201型聚醚改性硅、5份聚醚和30份水。

本实施例还提供一种自乳化型消泡剂的制备方法，其包括以下步骤：

将8份聚醚改性硅、5份聚醚和30份水混合搅拌100min。

实施例2

本实施例提供一种自乳化型消泡剂，按重量份数计，包括40份JS-R201型聚醚改性硅、50份聚醚、100份水、3份纤维素和5份粒径为5μm的疏水白炭黑。

本实施例还提供一种自乳化型消泡剂的制备方法，其包括以下步骤：

首先，将40份JS-R201型聚醚改性硅、50份聚醚和5份白炭黑在40℃的温度条件下混合搅拌60min得到油相混合物；

其次，将3份纤维素分三次缓慢加入100份水中，在40℃的温度条件下搅拌至纤维素充分溶解得到水相混合物；

最后，将水相混合物分三次分批加入油相混合物中，在60℃的温度条件下搅拌60min，再用高速剪切乳化机剪切10min，形成白色乳液。

实施例3

本实施例提供一种自乳化型消泡剂，按重量份数计，包括10份JS-R201型聚醚改性硅、10份聚醚、50份水、0.1份羧甲基纤维素和0.1份粒径为25μm的疏水白炭黑。

本实施例还提供一种自乳化型消泡剂的制备方法，其包括以下步骤：

首先，将10份JS-R201型聚醚改性硅、10份聚醚和0.1份白炭黑在100℃的温度条件下混合搅拌60min得到油相混合物；

其次，将0.1份羧甲基纤维素分三次缓慢加入50份水中，在100℃的温度条件下搅拌至羧甲基纤维素充分溶解得到水相混合物；

最后，将水相混合物分三次分批加入油相混合物中，在60℃的温度条件下搅拌20min，再用高速剪切乳化机剪切30min，形成白色乳液。

实施例4

本实施例提供一种自乳化型消泡剂，按重量份数计，包括30份JS-R201型聚醚改性硅、35份聚醚、90份水、5份羟乙基纤维素和3份粒径为10μm的疏水白炭黑。

本实施例还提供一种自乳化型消泡剂的制备方法，其包括以下步骤：

首先，将30份JS-R201型聚醚改性硅、35份聚醚和3份白炭黑在60℃的温度条件下混合搅拌60min得到油相混合物；

其次，将5份羟乙基纤维素分三次缓慢加入90份水中，在80℃的温度条件下搅拌至羟乙基纤维素充分溶解得到水相混合物；

最后，将水相混合物分三次分批加入油相混合物中，在80℃的温度条件下搅拌60min，再用高速剪切乳化机剪切60min，形成白色乳液。

实施例5

本实施例提供一种自乳化型消泡剂，按重量份数计，包括30份JS-R201型聚醚改性硅、30份聚醚、80份水、0.3份羟乙基纤维素和0.3份粒径为10μm的疏水白炭黑。

本实施例还提供一种自乳化型消泡剂的制备方法，其包括以下步骤：

首先，将30份JS-R201型聚醚改性硅、30份聚醚和0.3份白炭黑在60℃的温度条件下混合搅拌60min得到油相混合物；

其次，将0.3份羟乙基纤维素分三次缓慢加入80份水中，在80℃的温度条件下搅拌至羟乙基纤维素充分溶解得到水相混合物；

最后，将水相混合物分三次分批加入油相混合物中，在80℃的温度条件下搅拌60min，再用高速剪切乳化机剪切30min，形成白色乳液。

对比例1-5

对应实施例1-5，不同之处在于：在水相混合物和油相混合物的混合乳化过程中加入复合乳化剂(该复合乳化剂是由司盘系列、吐温系列及OP系列复合而成，HLB＝9-11)。其中，对比例1-对比例5中加入的复合乳化剂的的质量分数分别为0.6％、1.2％、2％、3％、4％。

对比例6

市购豆制品消泡剂，主要含有聚硅氧烷、分散剂、乳化剂、非离子表面活性剂等活性成分。

试验例

将实施例1-5中制备的消泡剂和对比例1-6中的消泡剂的消泡抑泡性能进行测定，测试结果见表1。

本发明中对消泡剂性能的评价均是在100L的发酵罐装置上进行，具体的操作过程：在70L谷氨酰胺发酵液底物中添加1mL复配消泡剂，观察其在发酵过程中的抑泡性能；同时取300mL复配消泡剂于高压蒸汽灭菌锅中126℃高温蒸气灭菌1h，之后观察其外观状态并在消泡剂流加过程中观察其消泡性能。具体地，消泡性能测定是待发酵罐中泡沫高度达到约30L时，流加3-5s消泡剂，观察记录泡沫消除的时间；抑泡性能测定是观察记录泡沫高度再次达到约30L时的时间。

表1消泡抑泡性能测试结果

由表1可知，本发明实施例提供的自乳化消泡剂的耐高温性能良好，且在不加入乳化剂的条件下完成乳化过程得到消泡抑泡性能良好的乳液，消泡迅速抑泡持久，平均消泡时间为5s左右，平均抑泡时间为80min以上，明显优于市购消泡剂。实施例1中制备的消泡剂的效果低于实施例2-5中消泡剂的效果，可见增稠剂和疏水白炭黑的加入，以及三步法的混合方法对于提升消泡剂的性能具有重要作用。此外，在加入乳化剂后，得到消泡剂的耐高温性能及消泡抑泡性能均有所下降，出现了严重的高温破乳分层现象。

综上所述，本发明提供的一种自乳化型消泡剂，其通过聚醚改性硅和聚醚起到很好地协同增效作用，得到效果优异且性价比高的消泡剂；在不加入乳化剂的条件下即可实现乳化过程，得到耐高温且均匀稳定的产品，显著降低了生产成本，适合工业化应用，并从根本上杜绝了乳化剂导致的高温破乳分层现象。本发明还提供了一种自乳化型消泡剂的制备方法，简便易行适于工业化应用，特别对于采用三步法进行混合，通过转相法使乳液从油包水相逐渐转变成水包油相，增强了乳化效果。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种自乳化型消泡剂，其特征在于，按重量份数计，包括8-40份聚醚改性硅、10-50份聚醚和30-100份水；

优选地，所述自乳化型消泡剂包括10-30份聚醚改性硅、10-35份聚醚和50-90份水；

更优选地，所述自乳化型消泡剂包括10-30份聚醚改性硅、10-30份聚醚和50-80份水。

2.根据权利要求1所述的自乳化型消泡剂，其特征在于，所述自乳化型消泡剂还包括0.1-5份增稠剂；

优选地，所述增稠剂的份数为0.3-3份。

3.根据权利要求2所述的自乳化型消泡剂，其特征在于，所述增稠剂选自纤维素、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠和羟乙基纤维素中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的自乳化型消泡剂，其特征在于，所述自乳化型消泡剂还包括0.1-5份白炭黑；

优选地，所述白炭黑的份数为0.3-3份，所述白炭黑为气相法疏水白炭黑，且所述白炭黑的粒径为5-25μm。

5.根据权利要求1所述的自乳化型消泡剂，其特征在于，所述聚醚改性硅的型号为JS-R201。

6.一种自乳化型消泡剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将混合原料搅拌混合；所述混合原料包括8-40份聚醚改性硅、10-50份聚醚和30-100份水。

7.根据权利要求6所述的自乳化型消泡剂的制备方法，其特征在于，所述混合原料还包括0.1-5份增稠剂和0.1-5份白炭黑，所述制备方法包括以下步骤：

油相制备：将8-40份聚醚改性硅、10-50份聚醚和0.1-5份白炭黑在40-100℃的温度条件下混合得到油相混合物；

水相制备：将30-100份水和0.1-5份增稠剂在40-100℃的温度条件下混合得到水相混合物；

自乳化过程：将所述油相混合物和所述水相混合物搅拌20-120min。

8.根据权利要求7所述的自乳化型消泡剂的制备方法，其特征在于，在所述水相混合物的制备过程中是将所述增稠剂分多次加入至水中溶解。

9.根据权利要求7所述的自乳化型消泡剂的制备方法，其特征在于，在所述自乳化过程中是将所述水相混合物分多次加入至所述油相混合物中。

10.根据权利要求9所述的自乳化型消泡剂的制备方法，其特征在于，在所述自乳化过程中是将所述水相混合物加入所述油相混合物后搅拌20-60min，再用剪切乳化机剪切10-60min。