CN110229197A - 一种无需溶剂的小分子亲生物性蔗糖酯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无需溶剂的小分子亲生物性蔗糖酯的制备方法，包括原料准备、化合反应、萃取以及蒸馏提纯等步骤；本发明的优点在于：通过与合成中使用的脂肪酸甲酯或脂肪酸相对应的表面活性剂以及辅料，利用有机催化酶或者无机催化剂从脂肪酸与蔗糖中提取高纯度、具有预先确定链长的无需溶剂的小分子亲生物性蔗糖酯中间体；实现了在无溶剂以及多余中间产物的情况下，通过酯基转移过程将链长为2‑20的脂肪酸甲酯或脂肪酸原料和蔗糖相互反应，在轻微真空状态下通过有机酶或无机催化剂，在没有溶剂参与的情况下合成蔗糖酯。
Description
技术领域
本发明涉及一种蔗糖酯的制备方法，具体地说是一种无需溶剂的小分子亲生物性蔗糖酯的制备方法，属于蔗糖酯的制备领域。
背景技术
目前传统工艺中，蔗糖酯通常通过碱基或生物酶催化下蔗糖与脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯的酯基转移反应合成，在合成过程中，通过将整个反应体系置于负压环境下，去除反应中产生的甲醇或乙醇，将化学反应平衡推向有利的位置，得到理想产物。但是由于脂肪酸酯与其他反应物和催化剂不能够互相相融，尤其是作为原料的蔗糖，这是因为蔗糖在常温下作为极性强的固体存在且脂肪酸酯极性极弱，在不借助有机溶剂体系，例如水-乙酸乙酯、二甲基亚砜的情况下，脂肪酸酯、蔗糖与催化剂接触面积极为有限，导致反应很难发生且逆反应迅速。通常状况下，可以利用高温来加速反应过程，但是由于产品本身热力学性能的问题，最高反应温度温度被限制在相对较低水平。
且此类反应常用的有机溶剂，例如二甲基亚砜、水与乙酸乙酯溶液、二甲基酰胺，去除条件十分苛刻，正常工艺中必须使用真空及高温处理或使用巨大量的乙酸乙酯等溶剂萃取生成物，且溶剂难以完全去除，造成极高的能量以及溶剂和原料浪费，例如：二甲基亚砜正常气压下沸点为189℃，在此温度下反应物及其他材料热稳定性普遍较差，安全性降低且副反应产物增加。且去除过程中的溶剂气体会对人以及环境产生不良影响且危险度高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明设计了一种无需溶剂的小分子亲生物性蔗糖酯的制备方法，实现了在无溶剂以及多余中间产物的情况下，通过酯基转移过程将链长为2-20的脂肪酸甲酯或脂肪酸原料和蔗糖相互反应，在轻微真空状态下通过有机酶或无机催化剂，在没有溶剂参与的情况下合成蔗糖酯。
本发明的技术方案为：
一种无需溶剂的小分子亲生物性蔗糖酯的制备方法，包括以下步骤：
（1）提供纯度90%以上、平均粒度小于10目、碳链数在2-20的脂肪酸甲酯或脂肪为酸原料；
（2）制取的蔗糖酯根据反应物中所选择的脂类分子量以及不饱和键的数量不同，产物的熔点范围为10℃-85℃；
（3）提供与步骤（1）使用的脂肪酸甲酯或者与脂肪酸相对应的表面活性剂，例如脂肪酸钠或脂肪酸钾，以及其他促进乳化效果的辅料，例如棕榈酸钠、棕榈酸钾、硬脂酸甘油酸酯、硬质酸钠等；
（4）通过有机或无机催化剂将蔗糖与步骤（1）的脂肪酸甲酯在高温以及碱性催化剂的反应条件下进行化合反应，生成具有特定碳链长度的脂肪酸原料，制备具有不同熔点的蔗糖酯；
（5）利用互不相容且具有极性差异的有机溶剂例如二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、异丙醇类，与水以摩尔数三比一的水溶液，再配以质量分数为1%-30%的碱金属盐作为催化剂萃取步骤（4）得到的脂肪酸甲酯或脂肪酸中的蔗糖酯；
（6）从步骤（5）的有机溶剂萃取液中萃取以及蒸馏提纯高纯度蔗糖脂。
所述步骤（4）反应时整个反应体系80kPa的轻微负压状态。
所述步骤（3）使用1%-20%质量的甘油单酯或甘油双酯作为辅助表面活性剂；以在不破坏影响产品最终理化性质的前提下提高乳化效果。
所述步骤（4）表面活性剂使用量占整个反应物总重量的1-40%，且反应温度应在50-130℃。
所述步骤（4）中无机碱金属盐催化剂用量占反应物总重量的0.1-30%。
所述步骤（4）中蔗糖与脂肪酸酯的摩尔比例在0.1-3，利于调整脂肪酸酯在蔗糖分子骨架中的饱和度。
本发明小分子亲生物性蔗糖酯中间体的应用，用于医药、化妆品、食品、化学品的生产。
本发明通过使用表面活性剂，取消了合成蔗糖酯过程中的溶剂参与，减少了去除溶剂过程中浪费的能量。且反应过程中不存在逆反应生成条件，提高了产量以及生产效率，减少了副产物以及逆反应生成物对产品产生污染，提纯工艺简便投资小。
因其使用的辅料以及相对应表面活性剂的理化性质，无需进一步加工处理即可直接使用，不含有有毒溶剂以及处理溶剂所需的步骤， 大大提高了生产和使用的安全性。
由于无溶剂参与，产量得到提高且危险性大大降低，在40℃至70℃即可完成所有的反应及产物处理过程，极大地提高了安全性。因此本发明中用于蔗糖酯合成的无需溶剂的碱催化的酯基转移反应拥有传统工艺无法得到的优点。
利用与反应物质中脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯相对应的表面活性剂，可以提升蔗糖在脂肪酸酯中的分布均匀度以及乳化程度。
碱性多价的脂肪酸乳化合物在此过程中充当乳化剂作用，且适当的脂肪酸酯也被用于提高蔗糖在脂肪酸酯中的乳化效果从而提高反应的效率。
甘油单酯以及甘油双酯可以作为辅助表面活性剂且甘油单酯及甘油双酯可作为食用原料留存于反应体系中，使最终产物无需进一步处理而直接利用在食品制造以及医药制造领域。
本发明的优点在于：通过与合成中使用的脂肪酸甲酯或脂肪酸相对应的表面活性剂以及辅料，利用有机催化酶或者无机催化剂从脂肪酸与蔗糖中提取高纯度、具有预先确定链长的无需溶剂的小分子亲生物性蔗糖酯中间体；实现了在无溶剂以及多余中间产物的情况下，通过酯基转移过程将链长为2-20的脂肪酸甲酯或脂肪酸原料和蔗糖相互反应，在轻微真空状态下通过有机酶或无机催化剂，在没有溶剂参与的情况下合成蔗糖酯。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明中涉及到的百分号“%”，若未特别说明，是指质量百分比；但溶液的百分比，除另有规定外，是指溶液100ml中含有溶质若干克；液体之间的百分比，是指20℃时容量的比例。
实施例1，将1000毫升分析纯棕榈酸油脂置于高性能分散带有热电偶且联通入负压（80kPa）体系的搅拌器中。将700克的被研磨且通过具有30-120目（681微米-147微米）的均匀蔗糖颗粒装入搅拌器中。放入13.5克被研磨且通过具有30-120目（681微米-147微米）的均匀研磨过的碳酸钾颗粒放入搅拌器中。加入500毫升分析纯的棕榈酸钾以及10克棕榈酸蔗糖酯放入混合好的液相中。添加30毫升蒸馏水100，并在1000-10000 rpm和80℃温度下搅拌10至40分钟；使物料催化剂在棕榈酸甲酯中形成均匀液相。增温到130℃，转速至700rpm反应3小时。降低搅拌器中压力至80kPa，温度转速不变，反应3小时。降低搅拌器中压力从80kPa至真空，转速温度不变 反应6小时后反应温度由130℃降为室温，压力提升至常压。
实施例2，将500毫升分析纯神经酸甲酯置于高性能分散带有热电偶且联通入负压（80kPa）体系的搅拌器中。将400克的被研磨且通过具有30-120目（681微米-147微米）的均匀蔗糖颗粒装入搅拌器中。放入7.8克被研磨且通过具有30-120目（681微米-147微米）的均匀研磨过的碳酸钾颗粒放入搅拌器中。加入250毫升分析纯的神经酸钾以及10克神经酸蔗糖酯放入混合好的液相中。添加30毫升蒸馏水，并在1000-10000 rpm和320K温度下搅拌10至40分钟；使物料催化剂在神经酸甲酯中形成均匀液相。增温到340开尔文，转速至700 rpm反应3小时。降低搅拌器中压力至80kPa，温度转速不变，反应3小时。降低搅拌器中压力从80kPa至真空，转速温度不变 反应6小时后反应温度由130℃降为室温，压力提升至常压。
实施例3，将350毫升分析纯松香酸甲酯置于高性能分散带有热电偶且联通入负压（80kPa）体系的搅拌器中。将300克的被研磨且通过具有30-120目（681微米-147微米）的均匀蔗糖颗粒装入搅拌器中。放入5克被研磨且通过具有30-120目（681微米-147微米）的均匀研磨过的碳酸钾颗粒放入搅拌器中。加入250毫升分析纯的松香酸钾以及10克松香酸蔗糖酯放入混合好的液相中。添加30毫升蒸馏水，并在1000-10000 rpm和320K温度下搅拌10至40分钟；使物料催化剂在松香酸甲酯中形成均匀液相。增温到340开尔文，转速至700 rpm反应3小时。降低搅拌器中压力至80kPa，温度转速不变，反应3小时。降低搅拌器中压力从80kPa至真空，转速温度不变 反应6小时后反应温度由130℃降为室温，压力提升至常压。
实施例4，将1000毫升分析纯硬脂酸甲酯置于高性能分散带有热电偶且联通入负压（80kPa）体系的搅拌器中。将700克的被研磨且通过具有30-120目（681微米-147微米）的均匀蔗糖颗粒装入搅拌器中。放入14克被研磨且通过具有30-120目（681微米-147微米）的均匀研磨过的碳酸钾颗粒放入搅拌器中。加入250毫升分析纯的硬脂酸钾以及10克硬脂酸蔗糖酯放入混合好的液相中。添加500毫升蒸馏水，并在1000-10000 rpm和320K温度下搅拌10至40分钟；使物料催化剂在硬脂酸甲酯中形成均匀液相。增温到340开尔文，转速至700rpm反应3小时。降低搅拌器中压力至80kPa，温度转速不变，反应3小时。降低搅拌器中压力从80kPa至真空，转速温度不变 反应6小时后反应温度由130℃降为室温，压力提升至常压。
实施例5，将1000毫升分析纯棕榈酸油脂置于高性能分散带有热电偶且联通入负压（80kPa）体系的搅拌器中。将700克的被研磨且通过具有30-120目（681微米-147微米）的均匀蔗糖颗粒装入搅拌器中。放入13.5克被研磨且通过具有30-120目（681微米-147微米）的均匀研磨过的碳酸钾颗粒放入搅拌器中。加入300毫升分析纯的甘油单酯以及10克棕榈酸蔗糖酯放入混合好的液相中。添加30毫升蒸馏水100，并在1000-10000 rpm和320K温度下搅拌10至40分钟；使物料催化剂在棕榈酸甲酯中形成均匀液相。增温到340开尔文，转速至700 rpm反应3小时。降低搅拌器中压力至80kPa，温度转速不变，反应3小时。降低搅拌器中压力从80kPa至真空，转速温度不变 反应6小时后反应温度由130℃降为室温，压力提升至常压。
实施例6，将1000毫升分析纯棕榈酸油脂置于高性能分散带有热电偶且联通入负压（80kPa）体系的搅拌器中。将700克的被研磨且通过具有30-120目（681微米-147微米）的均匀蔗糖颗粒装入搅拌器中。放入13.5克被研磨且通过具有30-120目（681微米-147微米）的均匀研磨过的碳酸钾颗粒放入搅拌器中。加入300毫升分析纯的甘油双酯以及10克棕榈酸蔗糖酯放入混合好的液相中。添加30毫升蒸馏水100，并在1000-10000 rpm和320K温度下搅拌10至40分钟；使物料催化剂在棕榈酸甲酯中形成均匀液相。增温到340开尔文，转速至700 rpm反应3小时。降低搅拌器中压力至80kPa，温度转速不变，反应3小时。降低搅拌器中压力从80kPa至真空，转速温度不变 反应6小时后反应温度由130℃降为室温，压力提升至常压。
本发明中所用原料均为本领域生产中常用原料，均可从市场中得到，且对于生产结果不会产生影响；本发明中所采用的各种设备，均为本领域生产工艺中使用的常规设备，且各设备的操作、参数等均按照常规操作进行，并无特别之处。
Claims (6)
1.一种无需溶剂的小分子亲生物性蔗糖酯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）提供纯度90%以上、平均粒度小于10目、碳链数在2-20的脂肪酸甲酯或脂肪为酸原料；
（2）制取的蔗糖酯根据反应物中所选择的脂类分子量以及不饱和键的数量不同，产物的熔点范围为10℃-85℃；
（3）提供与步骤（1）使用的脂肪酸甲酯或者与脂肪酸相对应的表面活性剂，例如脂肪酸钠或脂肪酸钾，以及其他促进乳化效果的辅料；
（4）通过有机或无机催化剂将蔗糖与步骤（1）的脂肪酸甲酯在高温以及碱性催化剂的反应条件下进行化合反应，生成脂肪酸原料，制备具有不同熔点的蔗糖酯；
（5）利用互不相容且具有极性差异的利用互不相容且具有极性差异的有机溶剂，与水以摩尔数三比一的水溶液，再配以质量分数为1%-30%的碱金属盐作为催化剂萃取步骤（4）得到的脂肪酸甲酯或脂肪酸中的蔗糖酯；
（6）从步骤（5）的有机溶剂萃取液中萃取以及蒸馏提纯高纯度蔗糖脂。
2.根据权利要求1所述的一种无需溶剂的小分子亲生物性蔗糖酯的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）反应时整个反应体系80kPa的轻微负压状态。
3.根据权利要求1所述的一种无需溶剂的小分子亲生物性蔗糖酯的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）使用1%-20%质量的甘油单酯或甘油双酯作为辅助表面活性剂。
4.根据权利要求1所述的一种无需溶剂的小分子亲生物性蔗糖酯的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）表面活性剂使用量占整个反应物总重量的1-40%，且反应温度应在50-130℃。
5.根据权利要求1所述的一种无需溶剂的小分子亲生物性蔗糖酯的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中无机碱金属盐催化剂用量占反应物总重量的0.1-30%。
6.根据权利要求1所述的一种无需溶剂的小分子亲生物性蔗糖酯的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中蔗糖与脂肪酸酯的摩尔比例在0.1-3。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190913 |
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