一种基于蔗糖和油脂酯交换的复配乳化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种基于蔗糖和油脂酯交换的复配乳化剂及其制备方法和应用。所述制备方法包括如下步骤：将蔗糖、油脂先加热至熔融状态，再向体系中加入催化剂和表面活性剂，在减压条件下进行酯交换反应，得到粗产品；将所述粗产品进行纯化、分离，得到蔗糖酯和甘油酯形成的复配乳化剂，即为所述基于蔗糖和油脂酯交换的复配乳化剂。本发明专利技术在不添加溶剂的条件下，将蔗糖和油脂进行酯交换反应，得到粗产物，随后进行纯化分离，得到复配乳化剂，其乳化效果比相同蔗糖单酯含量的单一乳化剂产品更好。本发明专利技术提供的制备方法不会用到溶剂，生产过程绿色环保，不存在溶剂污染产品的问题；并且本发明专利技术所使用的制备原料来源广泛，价格低廉，有利于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种基于蔗糖和油脂酯交换的复配乳化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于酯交换
，具体涉及一种基于蔗糖和油脂酯交换的复配乳化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
蔗糖脂肪酸酯，简称蔗糖酯，是由蔗糖与脂肪酸或脂肪酸酯在催化剂催化下发生酯化或酯交换反应合成的有机化合物的总称，是一种绿色无毒、易生物降解、非刺激性、非离子型的表面活性剂。因蔗糖含有8个－OH基，作为酯化位点均可以和脂肪酸结合，形成不同酯化度的蔗糖酯，包括单酯、二酯、三酯等，其分子结构通式为：(RCOO)nC12H12O3(OH)8-n。其中R为脂肪酸所形成的侧链。由于蔗糖部分上的羟基是亲水性，而脂肪酸形成的侧链为亲油性，因而蔗糖酯是一种两性分子，具有优良的乳化性能。通常蔗糖单酯的水溶性及乳化性较好；当蔗糖上结合的脂肪酸侧链越多，蔗糖酯的亲水性越弱。蔗糖酯以其无毒、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。目前，蔗糖脂肪酸酯的工业生产主要是采用酯交换法，可细分为溶剂法和无溶剂法，这两种方法得到的蔗糖脂肪酸酯中不仅含有蔗糖脂肪酸单酯、蔗糖脂肪酸二酯和蔗糖脂肪酸多酯，还含有未反应的蔗糖、脂肪酸甲酯、催化剂等杂质。甘油酯也称为酰基甘油，是甘油和脂肪酸形成的酯类。甘油有三个羟基官能基，可以和一个、二个及三个脂肪酸进行酯化反应，形成的甘油酯分别是单酸甘油酯、二酸甘油酯及三酸甘油酯。三酸甘油酯为亲脂性分子，而单酸甘油酯及二酸甘油酯则为两亲分子。甘油单酯、甘油二酯由于其特殊的结构使其具有润滑、乳化、起泡、稳定等特性，此外还具有安全、营养等优点，是一种优良的非离子表面活性剂。被广泛应用在食品、医药和化工行业，具有良好的工业应用前景。甘油酯目前合成的方法较多，包括物理法、化学法、生物化学法等。复配乳化剂就是将一种乳化剂和其他不同性质的乳化剂进行复配，或者一种乳化剂和其他相近的类相复配，也可以不同功能相复配。由于复配乳化剂吸附在水–油界面上，分子间发生作用形成复合物，使界面张力降低，乳化剂在界面上吸附量增多，形成的界面膜密度增大、强度增高，使乳状液稳定性增大。因此，复配乳化剂比单一乳化剂得到的乳状液更稳定。用低HLB值的亲油性乳化剂甘油脂肪酸单酯和高HLB值的亲水性乳化剂蔗糖脂肪酸单酯复配，其乳化能力明显提升。无溶剂法常见有熔融法、相溶法、非均相法等。其共同特点是在这种合成途径中，蔗糖与脂肪酸酯之间的酯交换反应不需要添加任何溶剂即可进行，且反应体系中没有有毒物质的参与。其工艺简单，生产周期短，成本低，符合无毒低成本绿色化学合成方向的要求，而缺点在于产率及蔗糖酯的纯度较低。CN110891962A公开了一种制备蔗糖脂肪酸酯的方法，此法采用溶剂法，以N,N–二甲基甲酰胺和四氢呋喃或N,N–二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合物作溶剂，蔗糖和脂肪酸甲酯作原料，所用催化剂为碱金属盐，所用乳化剂为蔗糖脂肪酸单酯或吐温20。粗产品经纯化后蔗糖酯含量可达91％，但溶剂毒性大、沸点高，较难除去，不符合无毒低成本绿色化学合成方向的要求。CN102850413A公开了一种制备蔗糖脂肪酸酯的方法，此法采用脂肪酸酯和蔗糖为原料，所用催化剂为由乳化剂、季铵盐或季磷盐类、聚乙二醇、冠醚类键合在大分子高聚物所得的三相相转移催化剂，通过催化发生酯交换生成蔗糖酯。虽然此法产率高达85％，且催化剂可重复使用，但三相相转移催化剂的制备过于复杂，导致生产成本高昂，缺乏实施工业化生产的可行性。因此该专利申请最终被驳回。GB1332190A公开了一种无溶剂法制备蔗糖脂肪酸酯的方法，在该方法中，蔗糖呈熔融状态与脂肪酸甲酯进行反应，反应温度高达170–190℃，但在高温下蔗糖不稳定，极易结块焦糖化，反应一般在2–20min内就不得不停止，因此产率较低。CN1232036A公开了一种均相无溶剂法生产蔗糖酯的方法，是以蔗糖和脂肪酸酯作为反应物，与脂肪酸皂体混合后再加入生物表面活性剂如鼠李糖脂和改性鼠李糖脂，于压力为10–30mmHg，温度为110–145℃的条件下反应1–4h，所得蔗糖酯含量可达50％，但单酯含量未知。根据其产品公开的HLB值可推测其单酯含量过低，因此乳化性能受到了极大限制。CN110229197A公开了一种无溶剂法生产蔗糖脂肪酸酯的方法，该方法以蔗糖和纯度90％以上的脂肪酸甲酯为原料，以脂肪酸钠为乳化剂、碱金属盐为催化剂，并加入甘油单酯或甘油二酯作为辅助表面活性剂。但该专利中并未公布蔗糖单酯的具体含量，因此乳化效果成疑；且乳化剂、催化剂的用量高达30–40％，因而成本较高。申请号为201980003477.6的中国专利申请，公开了一种蔗糖酯的制备方法。该法在不添加溶剂的条件下，以蔗糖和氢化棕榈油进行酯交换反应，制得蔗糖酯粗产物。然而该专利申请仅限于制备蔗糖酯，未提及对复配乳的制备和应用，更无相关乳化性能数据的支持。并且该专利所得到的产品中蔗糖单酯含量过低，经一系列复杂纯化操作后才能得到较高含量的蔗糖单酯，但同时也去除了其中的甘油酯，从而无法得到复配乳化剂。因此，需要开发一种新的表面活性剂的制备方法，在使用无溶剂法的条件下制备蔗糖单酯含量较高、乳化效果较好的复配型乳化剂，以便于工业化生产。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种通过蔗糖酯和甘油酯发生酯交换反应制备复配乳化剂的方法，本专利技术提供的制备方法不会用到溶剂，不会污染产品；所用的制备原料来源广泛，价格低廉，有利于工业化生产。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本申请提供一种基于蔗糖和油脂酯交换的复配乳化剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)将蔗糖、油脂先加热至熔融状态，再向体系中加入催化剂和表面活性剂，在减压条件下进行酯交换反应，得到粗产品；以及(2)将所述粗产品进行纯化、分离，得到蔗糖酯和甘油酯形成的复配乳化剂，即为所述基于蔗糖和油脂酯交换的复配乳化剂；步骤(1)所述催化剂包括碱金属的碳酸盐和碱金属的氢氧化物。本申请在酯交换反应的步骤中加入复合催化剂和表面活性剂，复合催化剂比单一催化剂的催化效果更好；表面活性剂的加入能够促进蔗糖与氢化植物油反应生成蔗糖脂肪酸单酯，从而制备得到较高单酯含量的蔗糖脂肪酸酯和甘油脂肪酸酯，其中蔗糖脂肪酸单酯可达23.42％，甘油脂肪酸单酯可达35.69％。优选地，步骤(1)中，所述油脂为氢化牛脂、氢化棕榈油、氢化棉籽油或氢化蓖麻油，最优选氢化棕榈油。优选地，步骤(1)中，所述油脂和蔗糖的质量比为1:(1-1.6)，例如1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.4等，优选1:1.58。优选地，步骤(1)中，所述表面活性剂包括离子型表面活性剂和/或非离子型表面活性剂。优选地，所述离子型表面活性剂包括硬脂酸钾、硬脂酸镁和硬脂酸锌中的任意一种或至少两种组合，优选硬脂酸钾。离子型表面活性剂中，硬脂酸钾对于蔗糖与氢化棕榈油反应生成蔗糖脂肪酸单酯的促进作用最佳。优选地，所述非离子型表面活性剂包括蔗糖脂肪酸单酯、吐温2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于蔗糖和油脂酯交换的复配乳化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：/n(1)将蔗糖、油脂先加热至熔融状态，再向体系中加入催化剂和表面活性剂，在减压条件下进行酯交换反应，得到粗产品；以及/n(2)将所述粗产品进行纯化、分离，得到蔗糖酯和甘油酯形成的复配乳化剂，即为所述基于蔗糖和油脂酯交换的复配乳化剂；/n步骤(1)所述催化剂包括碱金属的碳酸盐和碱金属的氢氧化物。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于蔗糖和油脂酯交换的复配乳化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将蔗糖、油脂先加热至熔融状态，再向体系中加入催化剂和表面活性剂，在减压条件下进行酯交换反应，得到粗产品；以及
(2)将所述粗产品进行纯化、分离，得到蔗糖酯和甘油酯形成的复配乳化剂，即为所述基于蔗糖和油脂酯交换的复配乳化剂；
步骤(1)所述催化剂包括碱金属的碳酸盐和碱金属的氢氧化物。


2.根据权利要求1所述的一种基于蔗糖和油脂酯交换的复配乳化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述油脂为氢化牛脂、氢化棕榈油、氢化棉籽油或氢化蓖麻油，优选为氢化棕榈油；
步骤(1)中所述油脂和蔗糖的质量比为1:(1-1.6)，优选1:1.58。


3.根据权利要求1所述的一种基于蔗糖和油脂酯交换的复配乳化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述表面活性剂包括离子型表面活性剂和/或非离子型表面活性剂；所述表面活性剂的加入量为所述蔗糖加入量的2-30wt.％，优选2.44wt.％。


4.根据权利要求1所述的一种基于蔗糖和油脂酯交换的复配乳化剂的制备方法，其特征在于，所述离子型表面活性剂包括硬脂酸钾、硬脂酸镁和硬脂酸锌中的任意一种或至少两种组合；所述非离子型表面活性剂包括蔗糖脂肪酸单酯、吐温20、日本三菱S-1570、司盘80和日本三菱S-570中的任意一种或至少两种组合；所述表面活性剂优选硬脂酸钾。


5.根据权利要求1所述的一种基于蔗糖和油脂酯交换的复配乳化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述催化剂为碳酸钾和氢氧化钾；所述催化剂的加入量为所述蔗糖加入量的3-20wt.％，优选19.59wt.％。


6.根据权利要求1所述的一种基于蔗糖和油脂酯交换的复配乳化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述酯交换反应的温度为120-145℃，优选135℃；
步骤(1)中所述酯交换反应在2-15kPa压力条件下进行，优选所述酯交换...

【专利技术属性】
技术研发人员：蓝平，马丁·格哈特·班威尔，孙强，滕英来，马亚茹，刘伟康，
申请(专利权)人：武汉臻治生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42