CN110484353A - 一种水溶性山茶油的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水溶性山茶油的制备方法,该技术方法涉及的工艺流程主要由山茶油水解和酯化两部分组成。本发明的出发点在于聚乙二醇600单油酸酯(PEG600MO)和聚乙二醇600双油酸酯(PEG600DO)具有良好的水溶性,同时是一种具有良好乳化性能的新型非离子表面活性剂。山茶油中油酸的含量在80%左右,但是通常以甘油三酯的形式存在,而水解的目的在于把山茶油中的脂肪酸以及一些生理活性物质从甘油酯里面解离出来,然后与聚乙二醇600进行酯化反应,得到以聚乙二醇600单油酸酯(PEG600MO)和聚乙二醇600双油酸酯(PEG600DO)为主要成分的水溶性山茶油。本发明通过水解‑酯化两步法来引进亲水基团从而达到改善山茶油的亲水性的目的,这样所制备的产品既保留了山茶油中原有的生理活性物质,同时产物又能与水以任意比例互溶。
Description
技术领域
本发明属于油脂化学领域,具体涉及一种水溶性山茶油的制备方法。
背景技术
山茶油是我国特有的木本植物油,主要成分是油酸、亚油酸、亚麻酸等不饱和脂肪酸,其中不饱和脂肪酸的总含量高达90%以上,是已知的食用油中最高的。同时山茶油中富含维生素(维生素A、B、D、E等)、胡萝卜素、山茶苷、角鲨烯、茶多酚和矿物质等活性成分,因此具有消炎抗菌助消化的功能,对于预防或治疗胃炎、胃溃疡有很好的效果,并且长期食用茶油,能降低人体血清中的胆固醇,对高血压、心脑血管等疾病有着明显的疗效,具有重要的食疗价值,可以用于膳食营养、调节免疫功能、预防肥胖和心血管疾病,以及进行皮肤疾病护理等。
在中国,山茶油常被人们用作优质的食用油,而在化妆品领域中的应用较少。但是,在法国、韩国、日本等高端化妆品的生产大国,每年都有成千上万吨的山茶油被用作生产化妆品的基底油。山茶油的物理化学性质,对化妆品的色泽、外观和使用效果都有着至关重要的影响。目前,国内仅有少部分企业对山茶油进行精深加工和综合利用,开发生产山茶油系列化妆品、医药级山茶油和山茶油微胶囊等产品。
目前,山茶油在化妆品中的应用研究,主要侧重于把山茶油直接作为化妆品一种原料,但是山茶油中的生理活性成分以游离的形式存在的比较少,大都是以脂肪酸酯或者甘油酯的形式存在于山茶油中,这就在一定程度上限制了皮肤对这些活性物质的吸收,而且山茶油不溶于水,直接把山茶油加入到化妆品中需要在溶剂相中混合均匀,而且在卸妆的过程中难以直接用水清洗,所以山茶油只能用于膏霜类化妆品中不能应用在水剂型化妆品,这在某种程度上而言也是限制了山茶油在化妆品中的应用,为了解决以上问题,本发明通过水解-接枝的方法来引进亲水基团从而达到改善山茶油生理活性物质的吸收以及解决山茶油的水溶性的问题。因此,山茶油应用存在以下问题:(1)山茶油只能用于膏霜类化妆品不能应用在水剂型化妆品;(2)山茶油化妆品在卸妆过程中难以用水直接清洗。
山茶油的主要成分是甘油三酯(达95%左右),而甘油三酯中油酸的含量在80%,要想改善山茶油的水溶性就需要找到一种可以和油酸反应,并且产物是亲水性的物质。据文献报道,聚乙二醇600单油酸酯(PEG600MO)、聚乙二醇600双油酸酯(PEG600DO)均能溶于水,并且具有良好的洗涤、乳化、润滑性,是一种性能良好的非离子型表面活性剂。聚乙二醇600不仅具有大量的亲水基团,而且无毒、无刺激性,是化妆品的常用原料之一。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供一种水溶性山茶油的制备方法,本发明思路就是采用水解-接枝两步法合成以PEG600油酸酯为主要成分的水溶性山茶油,水解的目的在于把山茶油中生理活性物质和脂肪酸解离出来,而接枝则是让聚乙二醇600和脂肪酸进行酯化反应,这样得到的产物不仅具有良好的水溶性同时还保留着山茶油中原有的生理活性物质。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种水溶性山茶油的制备方法,包括以下步骤:
1)备样:往烧瓶中装入0.37-0.48g/mL的氢氧化钾溶液,然后依次向三口烧瓶中加入无水乙醇和山茶油后,加入磁子,装好冷凝装置;
2)皂化:将冷凝装置放置于设定好温度的水浴锅中,加热搅拌回流至溶液不出现分层为止,冷却至室温,得皂化液;
3)酸化:向步骤(2)中的皂化液中质量分数为37%-38%的盐酸调节皂化液pH,在室温下搅拌反应50~70min,静置5-10min,得酸化液;
4)萃取分液:用正己烷分2-3次萃取步骤(3)的酸化液,充分震荡,静置,分液,取正己烷层,然后合并萃取液,用无水硫酸钠干燥之后准备旋转蒸发,所述正己烷与所述无水乙醇的质量比为1-1.2:1;
5)旋转蒸发:在真空度为-0.05Mpa,温度70℃的条件下旋转蒸发5min,除去正己烷得到山茶油水解产物;
6)酯化:称取山茶油水解产物、聚乙二醇600和的催化剂放置于三口烧瓶中,装好回流冷凝装置,在140-180℃的加热套中加热搅拌回流5.5-8.5h;得到产物水溶性山茶油;
7)过滤:将步骤6)得到的产物水溶性山茶油过滤得滤液,并回收催化剂;
8)萃取:用与正己烷相同体积的萃取剂除去步骤7)滤液中未完全反应的聚乙二醇600,用无水硫酸钠干燥之后得到水溶性山茶油。
进一步的,步骤(1)中所述KOH的用量=山茶油的重量×山茶油的皂化值×KOH当量,此方法中KOH当量取1.05~1.15。
进一步的,步骤(1)中所述山茶油与蒸馏水的质量比为2:1,无水乙醇与山茶油的质量比为2:1,
进一步的,步骤(2)中所述回流温度为55-75℃,回流时间为70-110min。
进一步的,步骤(3)中用盐酸调节皂化液的pH值为2~3。
进一步的,步骤(6)中所述山茶油水解产物和聚乙二醇600的摩尔比为1:1.2。
进一步的,所述催化剂用量占山茶油水解产物和聚乙二醇600之和的0.4-1.2%。
进一步的,所述催化剂为4A型分子筛催化剂,
进一步的,所述步骤(6)的酯化温度为140-180℃,酯化时间为5.5-7.5h。
进一步的,步骤(8)中所述的萃取剂为乙酸乙酯的饱和食盐水溶液。
本发明的有益效果:
1、本发明首创了一种水溶性制备方法,通过水解-接枝两步法引进亲水基团来改善山茶油的水溶性。本发明制备的水溶性山茶油不仅能和水以任意比例互溶,而且还保留了山茶油中的原有生理活性物质。
2、本发明以聚乙二醇600和山茶油为主要原料制备的水溶性山茶油,解决了山茶油只能应用在膏霜类化妆品,以及传统山茶油化妆品难以用水直接清洗等问题,拓展了山茶油在化妆品中的应用,同时为水剂型山茶油化妆品提供技术支持。
3、本发明步骤(2)山茶油皂化水解,其产物酸值达到了204.5mgKOH/g,水解率达到了98.7%,产物主要以油酸为主其相对含量为81.10wt%。
4、本发明步骤(6)聚乙二醇600和山茶油水解产物的酯化反应中,反应的酯化率达到 94.23%,产物的酸值只有11.8mgKOH/g。
5、本发明制备的水溶性山茶油其临界胶束浓度为1.5g/L,此时水的表面张力为32dyn/cm,其HLB值在14左右。
附图说明
图1为本发明一种水溶性山茶油制备方法流程图;
图2对应实施例一中KOH当量对山茶油皂化水解的影响示意图;
图3对应实施例二中油水比对山茶油皂化水解的影响示意图;
图4对应实施例三中醇油比山茶油皂化水解的影响示意图;
图5对应实施例四中反应温度对山茶油皂化水解的影响示意图;
图6对应实施例五中反应时间对山茶油皂化水解的影响示意图;
图7对应实施例六中制备的山茶油水解产物的气相色谱图;
图8对应实施例七中催化剂种类对酯化反应的影响示意图;
图9对应实施例八中催化剂用量对酯化反应的影响示意图;
图10对应实施例九中反应温度对酯化反应的影响示意图;
图11对应实施例十中投料比对酯化反应的影响示意图;
图12对应实施例十一中反应时间对酯化反应的影响示意图;
图13对应实施例十二中水溶性山茶油的红外光谱图;
图14对应实施例十二中水溶性山茶油的液相色谱-质谱图;
图15对应实施例十二中水溶性山茶油和市售的水溶性橄榄油(Olive 300)的乳化力图;
图16对应实施例十二中水溶性山茶油的表面张力图;
图17为角鲨烯标准品的GC-MS总离子流谱图;
图18是角鲨烯的标准工作曲线示意图;
图19是水溶性山茶油的GC-MS总离子流谱图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明,下面通过实施例对本发明进进一步说明,实施例只用于解释本发明,并不会对本发明构成任何限定。
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。若未特别指明,实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段,所用原料若无特殊标明均为分析纯。
实施案例一
一种水溶性山茶油的制备方法,包括以下依序的步骤:
1)分别称取五组不同质量(3.89g、4.38g、4.86g、5.35g、5.84g)氢氧化钾固体,分别用12.5mL的蒸馏水溶解之后转移到五组三口烧瓶中,然后依次向五组三口烧瓶中加入50mL 无水乙醇和25g山茶油,加入磁子,装上回流冷凝装置;
2)分别将五组装置放置在75℃的水浴锅中加热搅拌回流90min,至溶液不出现分层为止,冷却至室温,得皂化液;
3)向步骤(2)中的皂化液中滴加7.5mL的质量分数为37%的盐酸,在室温下搅拌反应 60min,静置5min,得酸化液;
4)用50mL的正己烷分2次萃取步骤(3)的酸化液,充分震荡,静置,分液,取正己烷层,然后合并萃取液,用无水硫酸钠干燥之后准备旋转蒸发;
5)在真空度为-0.05Mpa,温度70℃的条件下旋转蒸发5min,除去正己烷得到山茶油水解产物。
实施案二
1)称取五组质量均为5.35g氢氧化钾固体,分别用8.33mL、12.5mL、25mL、50mL、75mL 的蒸馏水溶解之后转移到五组三口烧瓶中,然后依次向三口烧瓶中加入50mL无水乙醇和25g 山茶油,加入磁子,装上回流冷凝装置;
2)分别将五组装置放置在75℃的水浴锅中加热搅拌回流90min,至溶液不出现分层为止,冷却至室温,得皂化液;
3)向步骤(2)中的皂化液中滴加7.5mL的质量分数为37%的盐酸,在室温下搅拌反应 60min,静置5min,得酸化液;
4)用50mL的正己烷分2次萃取步骤(3)的酸化液,充分震荡,静置,分液,取正己烷层,然后合并萃取液,用无水硫酸钠干燥之后准备旋转蒸发;
5)在真空度为-0.05Mpa,温度70℃的条件下旋转蒸发5min,除去正己烷得到山茶油水解产物。
实施案三
1)称取五组质量均为5.35g氢氧化钾固体,分别用12.5mL的蒸馏水溶解之后转移到五组三口烧瓶中,然后依次向五组三口烧瓶中加入0mL、25mL、50mL、100mL、150mL的无水乙醇和25g山茶油,加入磁子,装上回流冷凝装置;
2)分别将五组装置放置在75℃的水浴锅中加热搅拌回流90min,至溶液不出现分层为止,冷却至室温,得皂化液;
3)向步骤(2)中的皂化液中滴加7.5mL的质量分数为37%的盐酸,在室温下搅拌反应 60min,静置5min,得酸化液;
4)用50mL的正己烷分2次萃取步骤(3)的酸化液,充分震荡,静置,分液,取正己烷层,然后合并萃取液,用无水硫酸钠干燥之后准备旋转蒸发;
5)在真空度为-0.05Mpa,温度70℃的条件下旋转蒸发5min,除去正己烷得到山茶油水解产物。
实施案四
1)称取六组质量均为5.35g氢氧化钾固体,分别用12.5mL的蒸馏水溶解之后转移到六组三口烧瓶中,然后依次向六组三口烧瓶中加入25mL的无水乙醇和25g山茶油,加入磁子,装上回流冷凝装置;
2)分别将六组装置分别放置在50℃、60℃、70℃、75℃、80℃、90℃的水浴锅中加热搅拌回流90min,至溶液不出现分层为止,冷却至室温,得皂化液;
3)向步骤(2)中的皂化液中滴加7.5mL的质量分数为37%的盐酸,在室温下搅拌反应 60min,静置5min,得酸化液;
4)用50mL的正己烷分2次萃取步骤(3)的酸化液,充分震荡,静置,分液,取正己烷层,然后合并萃取液,用无水硫酸钠干燥之后准备旋转蒸发;
5)在真空度为-0.05Mpa,温度70℃的条件下旋转蒸发5min,除去正己烷得到山茶油水解产物。
实施案五
1)称取六组质量均为5.35g氢氧化钾固体,分别用12.5mL的蒸馏水溶解之后转移到六组三口烧瓶中,然后依次向六组三口烧瓶中加入25mL的无水乙醇和25g山茶油,加入磁子,装上回流冷凝装置;
2)分别将六组装置放置在75℃的水浴锅中分别加热搅拌回流30min、50min、70min、 90min、110min、130min,至溶液不出现分层为止,冷却至室温,得皂化液;
3)向步骤(2)中的皂化液中滴加7.5mL的质量分数为37%的盐酸,在室温下搅拌反应 60min,静置5min,得酸化液;
4)用50mL的正己烷分2次萃取步骤(3)的酸化液,充分震荡,静置,分液,取正己烷层,然后合并萃取液,用无水硫酸钠干燥之后准备旋转蒸发;
5)在真空度为-0.05Mpa,温度70℃的条件下旋转蒸发5min,除去正己烷得到山茶油水解产物。
实施案六
1)称取六组质量均为5.35g氢氧化钾固体,分别用12.5mL的蒸馏水溶解之后转移到六组三口烧瓶中,然后依次向六组三口烧瓶中加入12.5mL的无水乙醇和25g山茶油,加入磁子,装上回流冷凝装置;
2)分别将六组装置放置在60℃的水浴锅中分别加热搅拌回流90min,至溶液不出现分层为止,冷却至室温,得皂化液;
3)向步骤(2)中的皂化液中滴加7.5mL的质量分数为37%的盐酸,在室温下搅拌反应 60min,静置5min,得酸化液;
4)用50mL的正己烷分2次萃取步骤(3)的酸化液,充分震荡,静置,分液,取正己烷层,然后合并萃取液,用无水硫酸钠干燥之后准备旋转蒸发;
5)在真空度为-0.05Mpa,温度70℃的条件下旋转蒸发5min,除去正己烷得到山茶油水解产物。
实施案七
1)称取质量为5.35g氢氧化钾固体,用12.5mL的蒸馏水溶解之后转移到三口烧瓶中,然后依次向三口烧瓶中加入12.5mL的无水乙醇和25g山茶油,加入磁子,装上回流冷凝装置;
2)将装置放置在60℃的水浴锅中分别加热搅拌回流90min,至溶液不出现分层为止,冷却至室温,得皂化液;
3)向步骤(2)中的皂化液中滴加7.5mL的质量分数为37%的盐酸,在室温下搅拌反应 60min,静置5min,得酸化液;
4)用50mL的正己烷分2次萃取步骤(3)的酸化液,充分震荡,静置,分液,取正己烷层,然后合并萃取液,用无水硫酸钠干燥之后准备旋转蒸发;
5)在真空度为-0.05Mpa,温度70℃的条件下旋转蒸发5min,除去正己烷得到山茶油水解产物。
6)酯化:分别称取四组质量均为20g的山茶油水解产物和42.48g聚乙二醇600加入到三口烧瓶中,然后向四组三口烧瓶中分别加入质量为0.25g不同种催化剂(对甲苯磺酸、4A 型分子筛、氧化铝、固体超强酸),装好回流冷凝装置,在温度设定为120℃的恒温数显加热套中,加热搅拌回流8.5h,得到产物水溶性山茶油;
7)过滤:将步骤6)得到的产物水溶性山茶油过滤得滤液,并回收催化剂;
8)萃取:用50mL的乙酸乙酯的饱和食盐水溶液除去步骤7)滤液中未完全反应的聚乙二醇600,用无水硫酸钠干燥之后得到水溶性山茶油。
实施案八
1)称取质量为5.35g氢氧化钾固体,用12.5mL的蒸馏水溶解之后转移到三口烧瓶中,然后依次向三口烧瓶中加入12.5mL的无水乙醇和25g山茶油,加入磁子,装上回流冷凝装置;
2)将装置放置在60℃的水浴锅中分别加热搅拌回流90min,至溶液不出现分层为止,冷却至室温,得皂化液;
3)向步骤(2)中的皂化液中滴加7.5mL的质量分数为37%的盐酸,在室温下搅拌反应60min,静置5min,得酸化液;
4)用50mL的正己烷分2次萃取步骤(3)的酸化液,充分震荡,静置,分液,取正己烷层,然后合并萃取液,用无水硫酸钠干燥之后准备旋转蒸发;
5)在真空度为-0.05Mpa,温度70℃的条件下旋转蒸发5min,除去正己烷得到山茶油水解产物。
6)酯化:分别称取四组质量均为20g的山茶油水解产物和42.48g聚乙二醇600加入到三口烧瓶中,然后向四组三口烧瓶中分别加入质量分别为0.125g、0.25g、0.50g、0.75g的4A 型分子筛催化剂,装好回流冷凝装置,在温度设定为140℃的恒温数显加热套中,加热搅拌回流8.5h,得到产物水溶性山茶油;
7)过滤:将步骤6)得到的产物水溶性山茶油过滤得滤液,并回收催化剂;
8)萃取:用50mL的乙酸乙酯的饱和食盐水溶液除去步骤7)滤液中未完全反应的聚乙二醇600,用无水硫酸钠干燥之后得到水溶性山茶油。
实施案九
1)称取质量为5.35g氢氧化钾固体,用12.5mL的蒸馏水溶解之后转移到三口烧瓶中,然后依次向三口烧瓶中加入12.5mL的无水乙醇和25g山茶油,加入磁子,装上回流冷凝装置;
2)将装置放置在60℃的水浴锅中分别加热搅拌回流90min,至溶液不出现分层为止,冷却至室温,得皂化液;
3)向步骤(2)中的皂化液中滴加7.5mL的质量分数为37%的盐酸,在室温下搅拌反应 60min,静置5min,得酸化液;
4)用50mL的正己烷分2次萃取步骤(3)的酸化液,充分震荡,静置,分液,取正己烷层,然后合并萃取液,用无水硫酸钠干燥之后准备旋转蒸发;
5)在真空度为-0.05Mpa,温度70℃的条件下旋转蒸发5min,除去正己烷得到山茶油水解产物。
6)酯化:分别称取四组质量均为20g的山茶油水解产物和42.48g聚乙二醇600加入到三口烧瓶中,然后向四组三口烧瓶中加入质量为0.25g的4A型分子筛催化剂,装好回流冷凝装置,分别放置在温度设定为120℃、140℃、160℃、180℃恒温数显加热套中,加热搅拌回流8.5h,得到产物水溶性山茶油;
7)过滤:将步骤6)得到的产物水溶性山茶油过滤得滤液,并回收催化剂;
8)萃取:用50mL的乙酸乙酯的饱和食盐水溶液除去步骤7)滤液中未完全反应的聚乙二醇600,用无水硫酸钠干燥之后得到水溶性山茶油。
实施案十
1)称取质量为5.35g氢氧化钾固体,用12.5mL的蒸馏水溶解之后转移到三口烧瓶中,然后依次向三口烧瓶中加入12.5mL的无水乙醇和25g山茶油,加入磁子,装上回流冷凝装置;
2)将装置放置在60℃的水浴锅中分别加热搅拌回流90min,至溶液不出现分层为止,冷却至室温,得皂化液;
3)向步骤(2)中的皂化液中滴加7.5mL的质量分数为37%的盐酸,在室温下搅拌反应 60min,静置5min,得酸化液;
4)用50mL的正己烷分2次萃取步骤(3)的酸化液,充分震荡,静置,分液,取正己烷层,然后合并萃取液,用无水硫酸钠干燥之后准备旋转蒸发;
5)在真空度为-0.05Mpa,温度70℃的条件下旋转蒸发5min,除去正己烷得到山茶油水解产物。
6)酯化:称取四组质量均为20g的山茶油水解产物和质量分别为42.48g、50.10g、63.72g 聚乙二醇600加入到三口烧瓶中,然后向四组三口烧瓶中分别加入质量为0.25g、0.28g、0.34g 的4A型分子筛催化剂,装好回流冷凝装置,放置在温度设定为180℃恒温数显加热套中,加热搅拌回流8.5h,得到产物水溶性山茶油;
7)过滤:将步骤6)得到的产物水溶性山茶油过滤得滤液,并回收催化剂;
8)萃取:用50mL的乙酸乙酯的饱和食盐水溶液除去步骤7)滤液中未完全反应的聚乙二醇600,用无水硫酸钠干燥之后得到水溶性山茶油。
实施案十一
1)称取质量为5.35g氢氧化钾固体,用12.5mL的蒸馏水溶解之后转移到三口烧瓶中,然后依次向三口烧瓶中加入12.5mL的无水乙醇和25g山茶油,加入磁子,装上回流冷凝装置;
2)将装置放置在60℃的水浴锅中分别加热搅拌回流90min,至溶液不出现分层为止,冷却至室温,得皂化液;
3)向步骤(2)中的皂化液中滴加7.5mL的质量分数为37%的盐酸,在室温下搅拌反应 60min,静置5min,得酸化液;
4)用50mL的正己烷分2次萃取步骤(3)的酸化液,充分震荡,静置,分液,取正己烷层,然后合并萃取液,用无水硫酸钠干燥之后准备旋转蒸发;
5)在真空度为-0.05Mpa,温度70℃的条件下旋转蒸发5min,除去正己烷得到山茶油水解产物。
6)酯化:称取质量为20g的山茶油水解产物和42.48g聚乙二醇600加入到三口烧瓶中,然后向三口烧瓶中加入质量为0.25g的4A型分子筛催化剂,装好回流冷凝装置,放置在温度设定为180℃恒温数显加热套中,加热搅拌回流8.5h,每隔1个小时取样一次,得到产物水溶性山茶油;
7)过滤:将步骤6)得到的产物水溶性山茶油过滤得滤液,并回收催化剂;
8)萃取:用50mL的乙酸乙酯的饱和食盐水溶液除去步骤7)滤液中未完全反应的聚乙二醇600,用无水硫酸钠干燥之后得到水溶性山茶油。
实施案十二(制备方法参见图1)
1)称取质量为5.35g氢氧化钾固体,用12.5mL的蒸馏水溶解之后转移到三口烧瓶中,然后依次向三口烧瓶中加入12.5mL的无水乙醇和25g山茶油,加入磁子,装上回流冷凝装置;
2)将装置放置在60℃的水浴锅中分别加热搅拌回流90min,至溶液不出现分层为止,冷却至室温,得皂化液;
3)向步骤(2)中的皂化液中滴加7.5mL的质量分数为37%的盐酸,在室温下搅拌反应 60min,静置5min,得酸化液;
4)用50mL的正己烷分2次萃取步骤(3)的酸化液,充分震荡,静置,分液,取正己烷层,然后合并萃取液,用无水硫酸钠干燥之后准备旋转蒸发;
5)在真空度为-0.05Mpa,温度70℃的条件下旋转蒸发5min,除去正己烷得到山茶油水解产物。
6)酯化:称取质量为20g的山茶油水解产物和42.48g聚乙二醇600加入到三口烧瓶中,然后向三口烧瓶中加入质量为0.25g的4A型分子筛催化剂,装好回流冷凝装置,放置在温度设定为180℃恒温数显加热套中,加热搅拌回流6.5h,每隔1个小时取样一次,得到产物水溶性山茶油;
7)过滤:将步骤6)得到的产物水溶性山茶油过滤得滤液,并回收催化剂;
8)萃取:用50mL的乙酸乙酯的饱和食盐水溶液除去步骤7)滤液中未完全反应的聚乙二醇600,用无水硫酸钠干燥之后得到水溶性山茶油。
实验结果
1、酸值的测试方法:取5mL体积分数为95%的乙醇和5mL的乙醚混合均匀,向混合溶液中加2滴酚酞试剂,用KOH-乙醇的标准溶液滴定到溶液变红,且保持30s不褪色;取0.1g样品溶解于上述的混合溶液中,滴加2滴酚酞指示剂,用KOH-乙醇溶液滴定到终点,并且记录KOH-乙醇溶液的使用量V,样品的酸值按下式计算:
式中AV为水解产物的酸值,mgKOH/g;c是KOH-乙醇溶液的浓度,mol/L;V是消耗KOH- 乙醇溶液的体积,mL;m是试样的质量,g。
本方法以酸值为标准来衡量皂化反应的进行程度,产物酸值越高证明山茶油皂化水解越充分。
2、本方法中KOH当量指的是实际操作过程中氢氧化钾的添加量/理论上氢氧化钾的添加量,本申请中理论上氢氧化钾的添加量=山茶油的质量×山茶油的皂化值,此方法中KOH当量取1.05~1.15。
图2为实施例一中KOH当量(0.8、0.9、1.0、1.1、1.2,换算成氢氧化钾的质量分别是3.89g、4.38g、4.86g、5.35g、5.84g)对山茶油皂化水解的影响;从图中可以得出随着KOH 用量的增加,产物的酸值也呈现一定的增加,但是当KOH当量超过1.1的时候,继续增加 KOH的用量,产物酸值并没有太大的变化说明此时的皂化反应基本完全;而且KOH用量太大,容易对设备造成腐蚀,同时为了减少后面酸化过程中酸的用量,出于节约成本考虑,选择KOH的当量为1.1。
3、本方法中油水比指的是山茶油的添加量/反应所需要添加的水量。
结果如图3所示,油水比取值为3:1、2:1、1:1、1:2、1:3,从图中可以看出油水比在2:1、 1:1、1:2时,其酸值都超过200mgKOH/g,接近完全水解的程度。图形的趋势是先增加再减少,当油水比1:2时,其酸值达到了205.2mgKOH/g,皂化反应完全;但是在实验过程中,油水比在1:2时得到的产物在冷却的过程中,出现结膜的情况,搅拌困难,这可能是乙醇相对含量减少导致发泡、絮结的情况。综合考虑之下,油水比取1;1比较适宜,而且产物易于分离。
4、本方法中醇油比指的是乙醇的用量/山茶油的用量。结果如图4所示,醇油比取0:1、 1:1、2:1、3:1、4:1。从图中可以看出当反应体系中没有加入乙醇时,产物酸值只有54.67mgKOH/g皂化反应不充分,而且实验产物粘稠,搅拌困难,出现了很严重的起泡现象,导致后续的酸化实验难以进行,只能待实验结束之后以50mL乙醇溶解产物,再酸化处理;当醇油比为1:1时,体系均匀稳定,反应充分,所以得到的产物酸值最大(200.60mgKOH/g),随着醇油比的增大,产物酸值逐渐减小,原因可能是因为随着乙醇含量增加,导致KOH的溶解度减少,所以KOH与油脂接触不充分,皂化不完全,从而到最后酸值下降,所以从该单因素实验可以得到醇油比取1;1是最适宜。
5、图5为实施例四中反应温度(50℃、60℃、70℃、75℃、80℃、90℃) 对山茶油皂化水解的影响,由图5可知当温度为75摄氏度时,在50-75℃温度区 间,随着温度上升,产物酸值也增加。这是因为温度升高加快了分子间的布朗运 动,提高了分子之间的撞击几率,从而皂化反应速度得到了提高;温度升高,油 和水的互溶能力增加,水在油相中的分散度增加,相间界面张力减小,分子间传 质阻力减小,分界面消失,体系由非均相变成均相,水解反应速度大大加快。但 是超过75℃之后,随着反应温度的上升,产物的酸值反而呈现下降趋势,这是 因为皂化反应原本就是就一个放热反应,当温度超过平衡温度时,反应反而向着 逆方向进行,产物酸值降低;而且反应温度越高,得到的产物颜色越深,其中的 不饱和脂肪酸被氧化的更多,这也是导致产物酸值降低的一个原因。所以图5 所示,平衡温度在75℃。
6、图6为实施例五中反应时间(30min、50min、70min、90min、110min、130min)对山茶油皂化水解的影响;由图6可知皂化30min时,产物的酸值162.23mgKOH/g,水解率79%,随着皂化时间的延长,产物的酸值也不断增加,最终在0min(产物酸值201.46mgKOH/g,水解率99.6%)以后趋于平衡,说明该反应在90min的时候已经基本达到平衡,再增加反应时间不仅浪费时间和能耗,而且得到的脂肪酸的颜色较深,增加不饱和脂肪酸被氧化的风险。所以,最佳的反应时间应该在50min。
7、图7对应实施例六中制备的山茶油水解产物的气相色谱图,图7上停留时间在23.117、 26.343、27.582、28.950、30.357和30.643位置的峰,分别对应的是棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯、油酸甲酯、亚油酸甲酯、亚麻酸甲酯和花生烯酸甲酯,其相对含量按照面积归一法计算,得出以下结论:山茶油水解产物的脂肪酸相对含量分别是,棕榈酸占8.44wt%、硬脂酸占 2.23wt%、油酸81.10wt%、亚油酸7.39wt%、亚麻酸0.58wt%和花生烯酸0.26wt%。
8、图8为实施例七中催化剂种类(对甲苯磺酸、4A型分子筛、氧化铝、固体超强酸)对酯化反应的影响;由图中可知在相同的工艺条件下4A型分子筛的催化效率要高于其他催化剂,导致这种结果的原因主要有两点,首先,4A型分子筛复杂的孔道结构性比其他催化剂而言增加了催化反应面积,并且具有较高的活性和稳定性;其次,由于实验过程没有进行分水处理,导致反应产生的水滞留在体系中,体系达到平衡,而4A型分子筛具有一定的吸水作用,可以使平衡向反应方向移动,增加了反应的酯化率。同时,4A型分子筛还有具有无毒,无害等优点;而且在实验后处理方面,4A型分子筛只需过滤处理,回收之后还具有一定的催化活性,可以重复使用,而其他三种催化剂难以回收。所以,综合考虑之下,最终选择4A 型分子筛作为反应的催化剂。
9、图9为实施例八中催化剂用量(占酯化反应原料的0.2%、0.4%、0.8%、1.2%)对酯化反应的影响;由图中可知随着4A型分子筛催化剂用量的增加,反应速率也随之增加。增加催化剂的用量虽然可以加快反应速率,但是不会改变平衡的移动方向,所以当催化剂用量超过0.4wt%时,反应速率虽然有所加快,但是最终的酯化率并没有太大的上升,这说明当催化剂的用量增加到一定值时对反应结果影响较小。为了节省成本,综合考虑之下,催化剂的质量分数取0.4wt%最佳。
10、图10对应实施例九中反应温度(120℃、140℃、160℃、180℃)对酯化反应的影响;由图中可知随着反应温度升高,反应速率和酯化率也随之增加,这不仅仅是因为温度升高加快了分子之间的布朗运动,提高了分子之间的碰撞几率,导致反应速率加快;同时酯化反应是吸热反应,温度升高反应向正方向进行,产物酯化率升高。理论上来说温度越高,原料中的不饱和脂肪酸越容易被氧化,从而降低产物酸值,这可能也是导致酯化率增加的一个原因。所以当温度在180℃时,无论是反应速率还是最终的酯化率都是最高的,但是缺点是产物的相对颜色比较深,这可能时没有氮气保护导致部分不饱和脂肪酸被氧化所造成。综合考虑之下,选择180℃作为反应温度更加合理。
11、图11为实施例十中投料比(1:1、1:1.2、1:1.5)对酯化反应的影响;由图中可知当摩尔比取1:1.2时,酯化率达到了一个最佳的状态,继续增大摩尔比对反应的最终酯化率并没有太大的影响。这可能是因为,反应产物主要是以PEG600单酯类为主,这也是我们希望得到的结果,前面我们说过了PEG600单酯的水溶性比PEG600双酯的水溶性好,所以实验产物尽量以PEG600单酯为主,这样不仅提高了原料利用率,而且得到的产物水溶性也好。所以综合考虑之下,投料比取1:1.2最佳。
12、图12为实施例十一中反应时间(3.5h、4.5h、5.5h、6.5h、7.5h、8.5h)对酯化反应的影响;由图中可知随着反应时间的增加,反应速率逐渐减慢,酯化率不断增加,当反应时间超过6.5h之后反应逐渐趋于平衡,继续增加反应时间对最终的酯化率并没有很大的影响。继续延长反应时间不仅会增加产物被氧化的风险,而且还会造成资源浪费,所以综合考虑产物的酯化率、外观以及节能减排等方面,最终选择反应时间为6.5h。
13、图13为实施例十二中水溶性山茶油的红外光谱图,图中3422.55cm-1处的峰为-OH 的伸缩振动吸收峰,2924.42cm-1处的峰为-CH2-的不对称伸缩振动峰,2857.49cm-1处的峰对应的是-CH2-对称伸缩振动峰,1735.73cm-1处的峰对应的是酯化反应中羰基的特征吸收峰,1112.14cm-1处对应的峰是C-O-C的不对称伸缩振动吸收峰,951.41cm-1处所对应的峰是C-O-C的伸缩振动吸收峰,通过对谱图的解析可知PEG600和山茶油的水解产物有发生酯化反应。
14、图14为实施例十二中水溶性山茶油的液相色谱-质谱图,图中出峰时间在6.34-7.08min之间峰主要对应的是PEG600单酯,出峰时间在9.08min对应的是PEG600双酯;可以进一步说明由本方法制备的水溶性山茶油其主要成分是以PEG600单酯和PEG600双酯为主。
15、图15为实施例十二中水溶性山茶油和市售的水溶性橄榄油(Olive 300)的表面张力图。由图中可知浓度区间在0.01~1.5g/L的时候,随着两种表面活性剂的浓度增加,分水时间也随之增加,说明其对液体石蜡的乳化能力也随之增加;但是当两种表面活性剂的浓度超过 1.5g/L之后,分水时间并没有太大的改变,两种表面活性剂浓度在1.5g/L的时候基本上对液体石蜡的乳化力达到最大。此时,水溶性山茶油分水时间为9.8min,而Olive300的分水时间为6.3min,这就说明水溶性山茶油对液体石蜡的乳化能力是要强于Olive300。
16、图16为实施例十二中水溶性山茶油的表面张力测试,从图中我们可以看到,随着水溶性山茶油溶液的浓度的增加水的表面张力逐渐较少,当水溶性山茶油溶液的浓度超过 1.5g/L时,水的表面张力降到最低后基本保持不变;造成这种情况的原因可能是,当FMEE 分子进入溶液中,疏水基开始逃离水相,但是被亲水基团拉住,这就导致其在溶液表面富集,疏水基团朝向空气亲水基团插入水相,水表面开始出现“油层”,这就导致水溶液表面张力开始降;随着水溶性山茶油分子浓度的增加,溶液表面上水溶性山茶油分子数不断增加,原本水和空气的界面完全被“油”和空气界面取代时,表面吸附达到饱和,此时水溶液的表面张力降到最低,再继续增加体相中表面活性剂的浓度,也不能改变“油层”的紧密排列状态,多余的表面活性剂为了降低表面自由能开始相互靠近发生聚集,形成胶束,此时对应的浓度称之为临界胶束浓度(cmc)。
17、图17、18、19是采用外标法对水溶性山茶油中的角鲨烯进行定性定量分析图,图 17是角鲨烯标准品的GC-MS总离子流谱图,从图中可以知道角鲨烯的出峰时间在11.399附近;图18是角鲨烯的标准工作曲线,其线性回归方程为y=11.3376×106+0.8784×106x,其中y 轴为角鲨烯的峰面积,x轴为角鲨烯标准品的浓度(ug/mL),线性范围10-500ug/mL,相关系数(R2)为0.9968,这表明角鲨烯在10-500ug/mL具有良好的线性关系;图19是水溶性山茶油的GC-MS总离子流谱图,通过与标准品的对比及谱库检索得出水溶性山茶油中的角鲨烯的含量为54.799mg/kg。
18、表1为水溶性山茶油的综合指标,外观(25℃)位琥珀色粘稠液体,1%水溶液的pH 值为6.8,轻微特征气味,含水率0.67%,酸值为11mgKOH/g,皂化值为118.6mgKOH/g,过氧化值为4.6mmol/kg,HLB值14。
表1水溶性山茶油的综合指标
项目 | 指标 |
外观(25℃) | 琥珀色粘稠液体 |
1%水溶液的pH值 | 6.8 |
气味 | 轻微特征气味 |
含水率(%) | 0.67% |
酸值(mgKOH/g) | 11 |
皂化值(mgKOH/g) | 118.6 |
过氧化值(mmol/kg) | 4.6 |
HLB值 | 14 |
综上所述,本专利首次通过水解-接枝两步法引进亲水基团来改善山茶油的水溶性,所制备的水溶性山茶油不仅能和水以任意比例互溶,而且还保留了山茶油中的原有生理活性物质。本发明以聚乙二醇600和山茶油为主要原料制备的水溶性山茶油,解决了山茶油只能应用在膏霜类化妆品,以及传统山茶油化妆品难以用水直接清洗等问题,拓展了山茶油在化妆品中的应用,并且本发明步骤(1)中山茶油皂化水解,其产物酸值达到了204.5mgKOH/g,水解率达到了98.7%,产物主要以油酸为主其相对含量为81.10wt%,步骤(5)聚乙二醇600和山茶油水解产物的酯化反应中,反应的酯化率达到94.23%,产物的酸值只有11.8mgKOH/g,本发明制备的水溶性山茶油其临界胶束浓度为1.5g/L,此时水的表面张力为32dyn/cm,其HLB 值在14左右。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种水溶性山茶油的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
备样:往烧瓶中装入0.37-0.48g/mL的氢氧化钾溶液,然后依次向三口烧瓶中加入无水乙醇和山茶油后,加入磁子,装好冷凝装置;
皂化:将冷凝装置放置于设定好温度的水浴锅中,加热搅拌回流至溶液不出现分层为止,冷却至室温,得皂化液;
3)酸化:向步骤(2)中的皂化液中质量分数为37%-38%的盐酸调节皂化液pH,在室温下搅拌反应50~70min,静置5-10min,得酸化液;
4)萃取分液:用正己烷分2-3次萃取步骤(3)的酸化液,充分震荡,静置,分液,取正己烷层,然后合并萃取液,用无水硫酸钠干燥之后准备旋转蒸发,所述正己烷与所述无水乙醇的质量比为1-1.2:1;
5)旋转蒸发:在真空度为-0.05Mpa,温度70℃的条件下旋转蒸发5min,除去正己烷得到山茶油水解产物;
6)酯化:称取山茶油水解产物、聚乙二醇600和的催化剂放置于三口烧瓶中,装好回流冷凝装置,在140-180℃的加热套中加热搅拌回流5.5-8.5h;得到产物水溶性山茶油;
7)过滤:将步骤6)得到的产物水溶性山茶油过滤得滤液,并回收催化剂;
8)萃取:用与正己烷相同体积的萃取剂除去步骤7)滤液中未完全反应的聚乙二醇600,用无水硫酸钠干燥之后得到水溶性山茶油。
2.根据权利要求1所述一种水溶性山茶油的制备方法,其特征在于:步骤(1)中所述KOH的用量=山茶油的重量×山茶油的皂化值×KOH当量,此方法中KOH当量取1.05~1.15。
3.根据权利要求1所述一种水溶性山茶油的制备方法,其特征在于:步骤(1)中所述山茶油与蒸馏水的质量比为2:1,无水乙醇与山茶油的质量比为2:1。
4.根据权利要求1所述一种水溶性山茶油的制备方法,其特征在于:步骤(2)中所述回流温度为55-75℃,回流时间为70-110min。
5.根据权利要求1所述一种水溶性山茶油的制备方法,其特征在于:步骤(3)中用盐酸调节皂化液的pH值为2~3。
6.根据权利要求1所述一种水溶性山茶油的制备方法,其特征在于:步骤(6)中所述山茶油水解产物和聚乙二醇600 的摩尔比为1:1.2。
7.根据权利要求6所述一种水溶性山茶油的制备方法,其特征在于:所述催化剂用量占山茶油水解产物和聚乙二醇600之和的0.4-1.2%。
8.根据权利要求1-7任一项所述一种水溶性山茶油的制备方法,其特征在于:所述催化剂为4A型分子筛催化剂。
9.根据权利要求1-7任一项所述一种水溶性山茶油的制备方法,其特征在于:所述步骤(6)的酯化温度为140-180℃,酯化时间为5.5-7.5h。
10.根据权利要求1-7任一项所述一种水溶性山茶油的制备方法,其特征在于:步骤(8)中所述的萃取剂为乙酸乙酯的饱和食盐水溶液。
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