CN111094312A - 一种蔗糖酯的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种蔗糖酯的制备方法,在不添加溶剂的条件下,将蔗糖和氢化棕榈油进行酯交换反应,得到蔗糖酯粗产物。本申请提供的制备方法不会用到溶剂,不会污染产品;并且本申请所使用的制备原料来源广泛,有利于工业化生产。

Description

一种蔗糖酯的制备方法
技术领域
本申请属于酯交换技术领域,涉及一种蔗糖酯的制备方法。
背景技术
脂肪酸蔗糖酯,简称蔗糖酯、SE(sugar esters),是一种非离子表面活性剂,由蔗糖和脂肪酸经酯化反应生成的单质或混合物。因蔗糖含有8个-OH基,因此经酯化,从单酯到八酯的各种产物均可生成。可细分为单脂肪酸酯、双脂肪酸酯和三脂肪酸酯。以蔗糖的-OH基为亲水基,脂肪酸的碳链部分为亲油基,常用硬脂酸、油酸、棕榈酸等高级脂肪酸(产品为粉末状),也用醋酸、异丁酸等低级脂肪酸(产品为粘稠树脂状)。它以其无毒、易生物降解及良好的表面性能,广泛用于食品、医药、日化、生物工程的酶制剂、石油开采、纺织及农牧业等行业。
传统生产蔗糖酯的方法主要有酰氯酯化法、酯交换法、直接脱水法和微生物法,所述酰氯酯化法又称为均相法,为将蔗糖与脂肪酸低碳醇酯溶于N,N-二甲基甲酰胺共溶剂中,在催化剂的作用下进行均相酯交换反应。酯交换法一般用丙二醇法,它是将蔗糖溶于丙二醇溶剂中,在脂肪酸皂分散剂及催化剂存在下,蔗糖与脂肪酸低碳醇酯发生酯交换反应。另外还有水溶剂法,他是将蔗糖、脂肪酸皂和水成为均一的蔗糖-肥皂溶液,然后提高温度,同时加入催化剂和部分或全部脂肪酸酯。
CN1389450A公开了一种一步法生产蔗糖脂肪酸酯的方法及其用途,是将蔗糖、植物油、催化剂投入反应釜中,搅拌,直接进行固液反应,即可出料,包装,得到蔗糖脂肪酸酯固体产物,其生产过程不需要N,N-二甲基甲酰胺、丙二醇、多元醇等极性溶剂作为反应原料,但是其并未对具体的反应过程进行探索。CN102850413A公开了一种制备蔗糖脂肪酸酯的方法,该方法以脂肪酸酯和蔗糖为原料,加入催化剂、乳化剂和季铵盐或季磷盐类、聚乙二醇类,冠醚类键合在大分子高聚物上制成的三相相转移催化剂,催化合成蔗糖脂肪酸酯;反应结束后相转移催化剂可重复利用,该专利提供的制备方法反应条件较温和,但是其催化剂较复杂,导致生产成本仍然较高。
因此,需要开发一种新的蔗糖酯的制备方法以便于工业化生产。
发明内容
本申请的目的在于提供一种蔗糖酯的制备方法,本申请提供的制备方法不会用到溶剂,不会污染产品;并且本申请所使用的制备原料来源广泛,有利于工业化生产。
为达此目的,本申请采用以下技术方案:
第一方面,本申请提供了一种蔗糖酯的制备方法,包括:在不添加溶剂的条件下,将蔗糖和氢化棕榈油进行酯交换反应,得到蔗糖酯粗产物。
本申请利用蔗糖和氢化棕榈油反应制备得到蔗糖酯,可以不使用反应溶剂,因此不会造成溶剂污染产品,也不会造成溶剂对环境的污染;同时,反应原料为蔗糖和氢化棕榈油,二者来源广泛,有利于蔗糖酯的工业化生产。
在本申请中,所述蔗糖和氢化棕榈油的质量比为1:(2-2.5),例如1:2.1、1:2.2、1:2.3、1:2.4等,优选1:2.35。
蔗糖和氢化棕榈油的质量比需要本申请的限定范围内,蔗糖添加量过高或过低均会导致蔗糖酯产率的下降。
在本申请中,在反应体系中,还包括催化剂。
优选地,所述催化剂为碳酸钾和/或氢氧化钾。
在本申请中,在所述反应体系中,所述催化剂的加入量为5-8g,例如5.5g、6g、6.5g、7g、7.5g等。
优选地,在反应体系中,还包括乳化剂。
优选地,所述乳化剂选自蔗糖酯,例如日本三菱公司的S-570、P-1570等。
在本申请中,乳化剂具有增加反应效率效果,当本申请的反应体系中添加有乳化剂时,可以一定程度的提高蔗糖单酯的产率。
同时,当本申请中的乳化剂为S-570,催化剂为碳酸钾时,二者协同增效,共同作用,可以大幅度提高蔗糖酯的产率。
而当催化剂为氢氧化钾时,在本申请不添加乳化剂的情况下,反而蔗糖酯的产率较高。
因此,优选地,所述反应体系包括催化剂碳酸钾和乳化剂S-570,或,所述反应体系包括催化剂氢氧化剂且不包括乳化剂。
优选地,在所述反应体系中,所述乳化剂的加入量为2.5-3g,例如2.6g、2.7g、2.8g、2.9g等。
在本申请中,所述酯交换反应的温度为135-150℃,例如137℃、140℃、142℃、145℃、147℃等,时间为4-9h,例如5h、6h、7h、8h等。
在本申请中,所述制备方法还包括对蔗糖酯粗产物进行提纯,得到纯化的蔗糖酯。
在本申请中,所述提纯的方法为萃取重结晶和层析。
优选地,所述萃取为利用混合溶剂进行萃取。
优选地,所述混合溶剂为水与有机溶剂以体积比为1:2形成的混合溶剂。
优选地,所述有机溶剂为正丁醇或丁酮。
作为本申请的优选技术方案,所述制备方法包括如下步骤:
将蔗糖、氢化棕榈油、催化剂和乳化剂混合,在135-150℃进行酯交换反应4-9h,反应完成后,进行萃取、重结晶或柱层析分离,得到所述蔗糖酯。
优选地,所述制备方法包括如下步骤:
将氢化棕榈油在135-150℃下加热至熔融,然后加入蔗糖混合,最后加入催化剂和乳化剂进行反应4-9h,反应完成后,进行萃取、重结晶或柱层析分离,得到所述蔗糖酯。
相对于现有技术,本申请具有以下有益效果:
(1)本申请利用蔗糖和氢化棕榈油反应制备得到蔗糖酯,可以不使用反应溶剂,因此不会造成溶剂污染产品,也不会造成溶剂对环境的污染;同时,反应原料为蔗糖和氢化棕榈油,二者来源广泛,有利于蔗糖酯的工业化生产;
(2)当本申请中的乳化剂为S-570,催化剂为碳酸钾时,二者协同增效,共同作用,可以提高蔗糖酯的产率,提高3倍以上。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本申请的技术方案。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本申请,不应视为对本申请的具体限制。
实施例1
在反应装置中,加入40g氢化棕榈油,将磁力搅拌器和加热装置打开,将温度设置为135℃,搅拌器转速调为400rpm,待氢化棕榈油为熔融状态时,加入17g蔗糖,搅拌5min,随后加入碳酸钾5g和乳化剂S-570(日本三菱公司)2.8g,反应9h,最终得到粗产物。
每克粗产物利用0.7mL乙酸乙酯溶解,并在45℃下加热进行加速溶解,然后静置至室温加入正己烷进行重结晶、过滤、干燥得到蔗糖酯。
实施例2-4
与实施例1的区别在于,调整反应的时间和温度,使反应的时间和温度为140℃,7小时(实施例2)、145℃,5小时(实施例3)、150℃,4小时(实施例4)。
实施例5
与实施例1的区别在于,不添加乳化剂。
实施例6
与实施例1的区别在于,将催化剂碳酸钾的质量增加至7.5g,并且粗产物的处理方法为:将粗产物利用水和正丁醇进行萃取,取上层液体,经过柱层析法进行分离蔗糖酯和甘油酯。
实施例7
与实施例1的区别在于,将碳酸钾替换为同等质量的氢氧化钾,粗产物处理方法与实施例6相同。
实施例8
与实施例7的区别在于,不添加乳化剂。
实施例9
与实施例7的区别在于,将压力降低为300hPa。
实施例10
与实施例2的区别在于,不添加乳化剂。
实施例11
与实施例3的区别在于,不添加乳化剂。
实施例12
与实施例4的区别在于,不添加乳化剂。
性能测试
对实施例1-12提供的蔗糖酯进行性能测试,方法如下:
(1)产率:根据所得出的蔗糖单酯的纯度计算其产率;
测试结果见表1:
表1
样品 产率/% 处理方法
实施例1 6.00% 重结晶
实施例2 4.88% 重结晶
实施例3 7.29% 重结晶
实施例4 5.20% 重结晶
实施例5 <2.00% 重结晶
实施例6 40.49% 柱层析法
实施例7 19.28% 柱层析法
实施例8 36.98% 柱层析法
实施例9 20.07% 柱层析法
实施例10 4.14% 重结晶
实施例11 <2.00% 重结晶
实施例12 <2.00% 重结晶
由实施例和性能测试可知,本申请提供的制备方法不使用溶剂,制备方法简单,原料来源广泛,生产效率较高。
由实施例1和实施例2-4的对比可知,反应时间为9h,反应温度为135℃时反应产率较高;由实施例1和实施例5的对比可知,添加乳化剂以后,蔗糖单酯产率明显提高,提高3倍以上;由实施例7和实施例8的对比可知,当选用催化剂为氢氧化钾时,在不添加乳化剂时,最后的蔗糖单酯的产率较高;由实施例7和实施例9的对比可知,在反应过程中具有一定的压力会小幅度提高产率。由实施例2和实施例10、实施例3和实施例11、实施例4和实施例12对比可知,在存在催化剂碳酸钾的情况下,添加乳化剂可以提高产率。
申请人声明,本申请通过上述实施例来说明本申请的蔗糖酯的制备方法,但本申请并不局限于上述详细方法,即不意味着本申请必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本申请的任何改进,对本申请产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等,均落在本申请的保护范围和公开范围之内。

Claims (15)

1.一种蔗糖酯的制备方法,包括:在不添加溶剂的条件下,将蔗糖和氢化棕榈油进行酯交换反应,得到蔗糖酯粗产物。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其中,所述蔗糖和所述氢化棕榈油的质量比为1:(2-2.5)。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其中,所述蔗糖和所述氢化棕榈油的质量比为1:2.35。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法,其中,在反应体系中,还包括催化剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其中,所述催化剂为碳酸钾和/或氢氧化钾。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法,其中,在所述反应体系中,所述催化剂的加入量为5-8g。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的制备方法,其中,在反应体系中,还包括乳化剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其中,所述乳化剂选自蔗糖酯。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法,其中,在所述反应体系中,所述乳化剂的加入量为2.5-3g。
10.根据权利要求1-9中的任一项所述的制备方法,其中,所述酯交换反应的温度为135-150℃,时间为4-9h。
11.根据权利要求1-10中的任一项所述的制备方法,其中,所述制备方法还包括对蔗糖酯粗产物进行提纯,得到纯化的蔗糖酯。
12.根据权利要求11所述的制备方法,其中,所述提纯的方法为萃取和层析。
13.根据权利要求11所述的制备方法,其中,所述萃取为利用混合溶剂进行萃取;
优选地,所述混合溶剂为水与有机溶剂以体积比为1:2形成的混合溶剂;
优选地,所述有机溶剂为正丁醇或丁酮。
14.根据权利要求1-13中的任一项所述的制备方法,其中,所述制备方法包括如下步骤:
将蔗糖、氢化棕榈油、催化剂和乳化剂混合,在135-150℃进行酯交换反应4-9h,反应完成后,进行萃取、层析分离,得到所述蔗糖酯。
15.根据权利要求14所述的制备方法,其中,所述制备方法包括如下步骤:
将氢化棕榈油在135-150℃下加热至熔融,然后加入蔗糖混合,最后加入催化剂和乳化剂进行反应4-9h,反应完成后,进行萃取、层析分离,得到所述蔗糖酯。
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