一种由木本油脂制备高品位蔗糖脂肪酸酯的方法技术

本发明专利技术提出了一种由木本油脂制备高品位蔗糖脂肪酸酯的方法，先将木本油脂，低碳醇和氢氧化钠水溶液混合进行反应，反应完毕后，调节pH至弱酸性，静置分层，分出上层液体，下层为含水粗甘油相；然后，将上层液体与低碳醇混合密封，低温冷冻后，过滤得澄清滤液，滤饼溶解后减压蒸馏，得饱和脂肪酸。将澄清滤液与尿素混合，加热至混合物溶解，低温冷冻后过滤，滤液旋转蒸发后，用非极性溶剂溶解，过滤，滤液旋转蒸发后得多不饱和脂肪酸；最后，在N2保护下，将分离出的脂肪酸与蔗糖、助溶剂和催化剂混合后，加热反应，反应混合物经两相萃取法精制后得蔗糖脂肪酸酯。本发明专利技术原料丰富易得，成本低廉，产物易于分离，具有性能稳定，纯度高等特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于合成蔗糖脂肪酸酯的技术，特别是一种由木本油脂制备高品位蔗糖脂 肪酸酯的方法。
技术介绍
蔗糖脂肪酸酯作为一种新型天然的非离子表面活性剂，对人体及自然界无毒，无 害，可被人体和自然界降解吸收，具有良好的乳化，分散，增溶，渗透，起泡，黏度调节，防止 老化，抗菌等性能，被广泛应用于食品，医药，化工，化妆品，洗涤剂，纺织及农牧等行业。已 相继被日本、美国、中国等国家和联合国粮农组织，世界卫生组织，欧盟等批准作为食品添 加剂，助溶剂等使用，具有巨大的市场需求量和广泛的应用前景。在以石油为代表的化石能 源匮乏的今天，开展替代能源及替代材料的研究具有重要的现实意义和市场前景。木本油 脂和蔗糖均为我国丰富的可再生资源，来源广泛，成本低廉，以木本油脂和蔗糖为原料制备 高附加值的生物基材料蔗糖脂肪酸酯具有重要的社会价值和市场前景。传统的蔗糖脂肪酸酯生产工艺多直接以游离脂肪酸和蔗糖为原料或先将木本油 脂与甲醇或乙醇发生酯交换反应制得脂肪酸甲酯为原料，再与蔗糖发生酯化或酯交换反应 制备蔗糖脂肪酸酯。木本油脂的成分相对固定，主要成分为棕榈酸和硬脂酸为主的饱和脂 肪酸、油酸为主的单不饱和脂肪酸和亚油酸为主的多不饱和脂肪酸的甘油三酯。由于蔗糖 分子含有三个活泼的伯醇羟基以及五个较活泼的仲醇羟基，与脂肪酸酯或脂肪酸发生反应 时，多生成单、二、三酯和多酯的混合物，而蔗糖脂肪酸酯的表面性能则决定于单、二、三酯 和多酯的比例及油脂原料的种类。油脂原料的不同，反应工艺条件的不同，所制备的蔗糖脂 肪酸酯的性能也不同，因此选择专一的油脂原料、合适的工艺条件及产品纯化技术对于制 备性能稳定的高品位蔗糖脂肪酸酯具有重要的研究意义。胡建华在蔗糖酯的无溶剂法合成研究-以油脂为原料的蔗糖酯的合成中指出，以 蔗糖，硬脂酸甲酯为原料，蔗糖硬脂酸甲酯=1 :2，皂用量15%，催化剂用量3%，反应3. 5h， 控制真空度 0.667kPa，合成蔗糖酯。粗产品通过中和，盐析，水洗，干燥，最后采 取乙醚浸泡Mh，得精制产品，产品得率82%。孙庶东在《蔗糖酯的无溶剂法合成研究》中 指出，棉籽油与乙醇先在碱性催化剂作用下反应制备棉籽油乙酯，再用蔗糖和棉籽油乙酯 为原料，在熔融状态下，蔗糖脂肪酸乙酯=1:0. 8，皂用量15%，催化剂用量2%，反应温度 135°C，反应时间3h，控制反应压力< 666Pa，合成蔗糖酯。粗产品先用乙醇和氯化钠的水 溶液萃取，然后加入醋酸调节PH值，重复操作多次后，用乙酸，氯化钠水溶液洗涤，减压抽 滤后，得精制产品，产品得率80%。Parker和Galleymore等在US 3996206中指出，直接以 甘油三酯为原料一步法合成蔗糖脂肪酸酯，首先在125°C下，将牛油三甘油酯溶解，后加入 颗粒状蔗糖和催化剂无水碳酸钾，常压下无溶剂反应9个小时后，冷却，气相色谱分析后得 出，蔗糖脂肪酸酯产率40%左右，单酯含量在24. 7%。包括上述三种方法在内的绝大多数合 成蔗糖脂肪酸酯的方法都有以下不足1、如直接以游离脂肪酸或脂肪酸酯为原料，原料成本较高，市场上销售的游离脂肪酸或游离脂肪酸酯的价格多为木本油脂的3-30倍，其中硬脂酸的价格为 15000元/吨，亚油酸价格为80000元/吨 100000元/吨，而多数木本油脂的价格在5000 元/吨 8000元/吨。限制了蔗糖脂肪酸酯的工业生产及市场应用。2、如直接以油脂为原料或将木本油脂与甲醇或乙醇发生酯交换 反应后制得的脂肪酸甲酯为原料，所制备的蔗糖脂肪酸酯成分复杂，往往包含蔗糖硬脂酸 酯、蔗糖棕榈酸酯、蔗糖亚油酸酯等多类蔗糖脂肪酸酯及其单酯、二酯、三酯和多酯的混合 物，性能极不稳定，限制了蔗糖脂肪酸酯的市场应用。3、多需繁杂的精制工艺，工艺冗长，催化剂及溶剂无法回收，工业 成本较高，环境污染严重，工业可行性不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种原料成本低廉，工艺可操作性强、溶剂及催化剂回收 简便，精制工艺简单可行，产品性能稳定，纯度高且工业可行性高的由木本油脂制备高品位 蔗糖脂肪酸酯的方法。本专利技术的技术方案为，包括以 下步骤第一步，木本油脂的水解将木本油脂、低碳醇和氢氧化钠水溶液混合在回流温度下进 行反应，其中，木本油脂和氢氧化钠的摩尔比为1: 1 1:5，低碳醇为溶剂，反应完毕后，调 节反应体系PH至3 4，静置分层，分出上层液体，直接应用于下一步，下层含水粗甘油相 回收；第二步，游离脂肪酸的分离将前步分出的上层液体与低碳醇按质量比1 3 1 5混合 密封，先预冷后冷冻，过滤得澄清滤液，滤饼溶解后减压蒸馏，得饱和脂肪酸，将澄清滤液与 尿素按质量比3:1 5:1混合，加热至混合物溶解，再次经过先预冷后冷冻后过滤，滤液旋 转蒸发后，用非极性溶剂溶解，过滤，滤液减压蒸馏后得多不饱和脂肪酸，回收非极性溶剂， 滤饼为尿素及单不饱和脂肪酸，溶解后回收尿素和单不饱和脂肪酸；第三步，蔗糖脂肪酸酯的合成在队保护下，分别将分离得到的多不饱和脂肪酸与蔗糖 按摩尔比1 1 4 1混合，分别加入占混合物总质量5% 15 %的助溶剂硬脂酸钾和占混合 物总质量1% 5%的催化剂K20/C混合后，加热反应池 5h，反应结束后降至室温，调节反 应混合物至pH为3 4，用水和与水不混溶的有机溶剂进行两相萃取，分离出有机相进行减 压蒸馏，去除醇或者酮类溶剂后得蔗糖多不饱和脂肪酸酯；以同样的方法处理第二步中得 到的单不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸得到蔗糖单不饱和脂肪酸酯和蔗糖饱和脂肪酸酯。所述的木本油脂为大豆油、棕榈油、光皮油、小桐子油或橡胶籽油中的任一。所述的低碳醇为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇中的任一。 第二步中所述的预冷温度是0 1°C、时间是2h，冷冻温度是-20 -15°c、时间是 2h。所述的非极性溶剂为异丙醚、石油醚、己烷、环己烷、异辛烷或环戊烷中的一种或 几种。与水不混溶的有机溶剂为丁酮、异丁醇、乙酸乙酯、异丙醇中的一种或几种。所述的非极性溶剂、有机溶剂、催化剂和助溶剂都回收，重复使用。第三步中加热反应的温度为130 140°C、反应时间是池 证。有益效果1、本专利技术方法以木本油脂为原料，先通过对木本油脂原料的水解，得到粗脂肪酸，利用 尿素和低碳醇混合溶液对单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸包合能力的差异，低温冷冻过 滤，分离得到饱和脂肪酸，获得高纯度的多不饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸， 再与蔗糖发生酯化反应，制备高品位蔗糖硬脂酸酯和蔗糖棕榈酸酯。原料成本低廉，产品成 分专一，易分离，产品性能稳定，纯度高，工业可行性强。2、本专利技术方法对木本油脂原料没有特殊要求，可适应于各种原料来源的木本油 脂，如大豆油、棕榈油、光皮油、小桐子油、橡胶籽油和桐子油等，原料来源广泛，极大降低 了蔗糖脂肪酸酯的工业成本。3、本专利技术方法工艺可操作性强，可通过改变木本油脂水解分离工艺中低碳醇和尿 素的用量来获得不同含量的单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸，满足木本油脂原料和产品 市场的需要。4、本专利技术方法所用溶剂及催化剂均可高效回收，重复使用，环境友好。5、本专利技术方法采用两相萃取法精制反应产品，操作简单可行，所用溶剂无毒或低 毒性，回收率高，无环境污染，工业可行性高。6、在游离脂肪酸分离工艺中，通过调节低碳醇和尿素本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由木本油脂制备高品位蔗糖脂肪酸酯的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，木本油脂的水解：将木本油脂、低碳醇和氢氧化钠水溶液混合在回流温度下进行反应，其中，木本油脂和氢氧化钠的摩尔比为１：　１～１：５，低碳醇为溶剂，反应完毕后，调节反应体系ｐＨ　至３～４，静置分层，分出上层液体，直接应用于下一步，下层含水粗甘油相回收；第二步，游离脂肪酸的分离：将前步分出的上层液体与低碳醇按质量比１：３～１：５混合密封，先预冷后冷冻，过滤得澄清滤液，滤饼溶解后减压蒸馏，得饱和脂肪酸，将澄清滤液与尿素按质量比３：１～５：１混合，加热至混合物溶解，再次经过先预冷后冷冻后过滤，滤液旋转蒸发后，用非极性溶剂溶解，过滤，滤液减压蒸馏后得多不饱和脂肪酸，回收非极性溶剂，滤饼为尿素及单不饱和脂肪酸，溶解后回收尿素和单不饱和脂肪酸；第三步，蔗糖脂肪酸酯的合成：在Ｎ２保护下，分别将分离得到的多不饱和脂肪酸与蔗糖按摩尔比１：１～４：１混合，分别加入占混合物总质量５％～１５％的助溶剂硬脂酸钾和占混合物总质量１％～５％的催化剂Ｋ↓［２］Ｏ／Ｃ混合后，加热反应２ｈ～５ｈ，反应结束后降至室温，调节反应混合物至ｐＨ为３～４，用水和与水不混溶的有机溶剂进行两相萃取，分离出有机相进行减压蒸馏，去除醇或者酮类溶剂后得蔗糖多不饱和脂肪酸酯；以同样的方法处理第二步中得到的单不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸得到蔗糖单不饱和脂肪酸酯和蔗糖饱和脂肪酸酯。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋剑春，王奎，吕薇，徐俊明，应浩，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院林产化学工业研究所，
类型：发明
国别省市：84