本发明涉及表面活性剂精制技术领域，尤其是一种蔗糖脂肪酸酯的精制
方法。
背景技术：
蔗糖脂肪酸酯是一类具有多功能特性、性能优良的非离子表面活性剂，是由蔗糖脂肪酸单酯、蔗糖脂肪酸二酯及蔗糖脂肪酸三酯以上的酯组成的混合物。目前，国内的蔗糖脂肪酸酯主要是以脂肪酸低碳醇酯、蔗糖为原料，采用有机溶剂法或无溶剂法获得的粗品，粗品中除了蔗糖脂肪酸单酯、蔗糖脂肪酸二酯及蔗糖脂肪酸三酯以上的酯外，还包括未反应的原料、催化剂、脂肪酸皂等杂质，要使蔗糖脂肪酸酯达到食用级，必须使其中的杂质控制在国家标准要求的范围内。
蔗糖脂肪酸酯粗品所含的杂质主要是未反应的脂肪酸低碳醇酯、蔗糖、催化剂、脂肪酸皂等物质。目前现有的蔗糖脂肪酸酯的精制方法包括有机溶剂－脂肪酸碱土金属盐沉淀法、异丁醇－乙酸乙酯两步萃取法、水－醇－盐法等。
专利号为CN200510006011.1、名称为“一种蔗糖脂肪酸酯的提纯方法”的专利以及专利号为CN201310063491.X、名称为“一种蔗糖脂肪酸酯的提纯方法”的专利均公开了有机溶剂－脂肪酸碱土金属盐沉淀法，该方法是在蔗糖脂肪酸酯有机溶液中使用碱土金属盐和/或碱土金属氧化物水溶液作为沉淀剂，使蔗糖脂肪酸酯粗品中脂肪酸皂类物质生成在有机溶剂中溶解度较小的脂肪酸碱土金属盐，达到蔗糖脂肪酸酯与未反应原料、催化剂和肥皂分离的目的，为了提高提纯效果，在提纯过程中还使用了盐水；然而，脂肪酸碱土金属盐在有机溶剂中有一定的溶解度，盐水也与有机溶剂部分混溶，造成盐类物质夹杂在有机相中，最终由于盐类物质存在而导致蔗糖脂肪酸酯中的灰分超过国家标准的要求，而且该方法使用的有机溶剂达到粗品量的3.8～4倍，有机溶剂使用量较大。刘志伟在《蔗糖酯粗品的纯化工艺研究》（武汉工业学院学报，第3期，1999年）一文中介绍了异丁醇－乙酸乙酯两步萃取法，该工艺的溶剂耗用量大，不仅导致成本上升，也影响了其在工业化生产中的应用。孙庶冬和甄卫军在《蔗糖酯的相溶法合成研究》（新疆大学学报(自然科学版)，2002年19卷第4期）一文介绍了“水－醇－盐法”精制蔗糖脂肪酸酯的方法，该方法采用比例为80：20：2的水、乙醇和氯化钠制备的混合溶剂来溶解蔗糖脂肪酸酯，经低温冷却、过滤，滤饼经过适当洗涤得到产品，但是该方法存在脂肪酸皂分离不彻底、物料过滤和洗涤困难、氯化钠残留在产品中导致灰分偏高而且不易达标的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种蔗糖脂肪酸酯的精制方法，这种方法可以解
决产品灰分偏高以及产品纯度低的问题。
本发明采用微分接触式逆流萃取的方法是：将含被分离物质、轻相溶剂、重相溶剂的混合物输送到蔗糖脂肪酸酯萃取设备中，利用被分离物质在不同温度的条件下，在两相中有不同分配系数的特点，由蔗糖脂肪酸酯萃取设备上下部分温度差提供液体流动的动力，使两相逆流微分接触传质，使得两相中的溶质浓度沿流动方向发生连续的变化，最终使被分离的物质得以提纯。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：
这种蔗糖脂肪酸酯的精制方法，使用蔗糖脂肪酸酯萃取设备，该蔗糖脂肪酸酯萃取设备是一个内设搅拌器的塔式设备，由塔体上段、塔体中段和塔体下段三部分组成，塔体上段设有冷却水套，并设有第一温度计和溢出口，塔体下段设有加热水套，并设有第二温度计和连通出料调节阀的出料口，塔体中段设有连通进料调节阀的进料口，搅拌器的搅拌轴自上向下延伸至塔体中段，搅拌轴上安装有水平搅拌叶片；
精制方法包括以下步骤：
A、向蔗糖脂肪酸酯粗品中加水，加热至70℃～90℃，在搅拌条件下，加入有机酸至pH值为5.5～6.5，待半固体析出后，进行固液分离，收集半固体物质，用70℃～90℃的热水洗涤，排出水层，得到半固体混合物；
B、向所述半固体混合物中加入有机溶剂，控制温度为60℃～75℃，充分搅拌后静置分层，排出水层，将有机层物质冷却至室温，得到半透明凝脂状混合物；
C、将所述半透明凝脂状混合物输送至蔗糖脂肪酸酯萃取设备中进行微分接触式逆流萃取，使用所述蔗糖脂肪酸酯萃取设备时，向塔体上段的冷却水套中通入冷却水，向塔体下段的加热水套中通入热水，将所述半透明凝脂状混合物从进料口中加入并充满塔体，当第二温度计显示的温度与第一温度计显示的温度的差值为10℃～30℃时，开动搅拌器，调节进料口和出料口进行连续性操作，控制C步骤出料口的出料流量小于或者等于进料口的进料流量的40%；
D、将出料口所出物料进行真空浓缩，即得到精制的蔗糖脂肪酸酯。
上述技术方案中，更具体的技术方案还可以是：A步骤中的有机酸为乳酸、乙酸或者柠檬酸。
进一步的，B步骤中的有机溶剂为丁酮、乙酸乙酯、异丙醇或者正丁醇。
进一步的，A步骤中水、热水、蔗糖脂肪酸酯粗品的质量之比为2：2：1。更进一步的，B步骤中的有机溶剂与A步骤中的蔗糖脂肪酸酯粗品的质量之比为0.5～2：1。
更进一步的，控制C步骤出料口（7）的出料流量小于或者等于进料口（8）的进料流量的40%。
本发明A步骤，在蔗糖脂肪酸酯粗品中加水，加热至70℃～90℃，有利于蔗糖脂肪酸酯粗品分散在热水中，加入有机酸的目的是调节蔗糖脂肪酸酯粗品分散液PH值为5.5～6.5 ，使蔗糖脂肪酸酯粗品中脂肪酸皂转化为脂肪酸，与蔗糖脂肪酸酯、未反应的脂肪酸低碳醇酯等有机物以半固体形式析出上浮，并与催化剂、未反应的蔗糖、有机酸盐和其他水溶性杂质分离；调节PH值在5.5～6.5，有利于蔗糖脂肪酸酯从水相中析出；若PH值过高，蔗糖脂肪酸酯在水中溶解度大，造成蔗糖脂肪酸酯损失；PH值过低，蔗糖脂肪酸酯在水相中凝聚成硬度较大的半固体，包裹催化剂、未反应的蔗糖和其他杂质，不利于通过洗涤的方法分离催化剂、未反应的蔗糖和其他杂质。
本发明B步骤，在半固体混合物中加入有机溶剂，加热至60℃～75℃溶解，有利于半固体混合物中的蔗糖脂肪酸酯、脂肪酸、脂肪酸低碳醇酯转移至有机相，并与水相形成良好的界面，进一步除去水溶性杂质，同时防止有机溶剂因温度过高挥发；排除水层后的有机相冷却至室温有利于半透明凝脂状混合物的析出，并有利于后续步骤加入蔗糖脂肪酸酯萃取设备进行微分接触式逆流萃取。
本发明采用蔗糖脂肪酸酯萃取设备对蔗糖脂肪酸酯进行微分接触式逆流萃取，萃取相和萃余相逆流微分接触，如在空塔或填料塔内两相接触方式，使得两相中的溶质浓度沿流动方向发生连续的变化；B步骤的半透明凝脂状混合物从进料口进入蔗糖脂肪酸酯精制设备的塔体内并充满塔体，当塔底物料被加热温度升高时，与塔体中段、上段的物料存在温度差，这时塔底物料作为回流上升液向温度较低的塔体中段运动，在上升过程中，与自然下降的混合物进行连续逆流微分接触传质，因分配系数不同，使得混合物中的蔗糖脂肪酸酯、脂肪酸和未反应的原料脂肪酸低碳醇酯浓度沿流动方向发生连续的变化：脂肪酸和脂肪酸低碳醇酯进入回流上升液的有机相继续上升，蔗糖脂肪酸酯随着水相继续沉降，但是脂肪酸和脂肪酸低碳醇酯含量持续减少；当回流上升液到达塔体上段时，混合物被冷却，蔗糖脂肪酸酯与水形成半透明凝脂状物，从有机相析出，含有脂肪酸和脂肪酸低碳醇酯的有机相继续上升至塔体上段溢流口排出塔外，经回收有机溶剂、干燥得到脂肪酸和脂肪酸低碳醇酯的混合物；而蔗糖脂肪酸酯与水形成半透明凝脂状物向塔底方向沉降，途中与温度较高的回流上升液进行连续逆流微分接触传质，到达塔体底部时，水相中蔗糖脂肪酸酯纯度已经很高，最后作为产品溶液从达塔底被排除塔外。
本发明塔底物料温度与塔体上部物料的温度通过温度监测器进行检测，温度差为物料进行微分接触式逆流萃取提供传质动力，温度差决定了传质效果，鉴于设备生产能力和产品质量，将塔底物料温度与塔体上部物料的温度差控制在10～30℃，原因在于：温度差越小，回流液上升速度越慢，传质时间长，传质效果越好，但是影响了设备单位时间内的生产能力；温度差越大，回流上升液上升速度越快，传质速度快，设备生产能力也就越大，但是物料容易形成乱流、窜流，杂质易混入产品中反而不利于产品的纯化；10～30℃的温度差，传质效果好、设备生产能力大。
本发明蔗糖脂肪酸酯萃取设备的塔体底排出物料的流量也是决定设备的生产能力的因素，本发明控制出料口的出料流量小于或者等于进料口的进料流量的40%，原因在于塔底排出流量越大，设备生产能力越大，但是会导致回流上升液上升速度减慢甚至下降，从塔体中部进料口进来的待萃取混合物下降速度快，未经萃取便排出塔底，造成产品质量不合格，同时，排放流量大也会影响温度差的相对稳定，造成系统的不稳定，因此，为了萃取过程的稳定操作，在保证塔底和塔顶物料温度恒定的情况下，调节进料口和塔底的出料口调节阀，控制从塔底排出的萃取物流量小于或者等于加入该装置的待萃取混合物流量的40%。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1、本发明蔗糖脂肪酸酯纯度较高：首先通过酸化蔗糖脂肪酸酯粗品分散液的方法，使水溶性杂质容易分离；不需另外添加其他金属盐类物质作为沉淀剂，避免产品夹带金属盐类物质导致产品灰分偏高的问题；最后以温度差为传质动力进行微分接触式逆流萃取，使脂肪酸低碳醇酯、脂肪酸等脂溶性杂质较易与蔗糖脂肪酸酯分离，最终获得高纯度的蔗糖脂肪酸酯。
2、本发明有机溶剂用量小，精制成本低：本发明在蔗糖脂肪酸酯萃取设备的塔式装置内进行微分接触式逆流萃取，仅在蔗糖脂肪酸酯萃取前使用一次溶剂，有机溶剂与蔗糖脂肪酸酯粗品的质量之比为0.5～2：1，有机溶剂使用量是现有技术的50%以下，精制成本低。
3、本发明精制设备简单，操作简便：以温度差为传质动力进行微分接触式逆流萃取，采用内设搅拌器的蔗糖脂肪酸酯萃取设备，与传统的填料塔、筛板塔和转盘塔等塔式萃取设备相比，结构较简单，并且可进行连续性操作，与现有间歇式精制蔗糖脂肪酸酯设备相比，操作较简便。
附图说明
图1是本发明蔗糖脂肪酸酯萃取设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详述：
蔗糖脂肪酸酯的精制使用蔗糖脂肪酸酯萃取设备，该蔗糖脂肪酸酯萃取设备是一个内设搅拌器4的塔式设备，由塔体上段1、塔体中段2和塔体下段3三部分组成，塔体上段1设有冷却水套5，并设有第一温度计10和溢出口9，塔体下段3设有加热水套6，并设有第二温度计11和连通出料调节阀的出料口7，塔体中段2设有连通进料调节阀的进料口8，搅拌器4的搅拌轴自上向下延伸至塔体中段2，搅拌轴上安装有水平搅拌叶片；
蔗糖脂肪酸酯的精制方法为：
A、取10千克蔗糖脂肪酸酯粗品，加入20千克的水，加热至70℃～90℃，并在搅拌下加入有机酸水溶液，控制 pH值为5.5～6.5，待半固体析出后，进行固液分离，收集半固体物质，用70℃～90℃的热水洗涤一次，排出水层，得到半固体混合物；
B、向半固体混合物中加入5～20千克有机溶剂，控制温度为60℃～75℃，充分搅拌后静置分层，排出水层，将有机层物质冷却至室温，得到半透明凝脂状混合物，半透明凝脂状混合物主要含有蔗糖脂肪酸酯、硬脂酸、硬脂酸甲酯、水和有机溶剂；
C、将B步骤所得混合物输送至蔗糖脂肪酸酯萃取设备进行萃取，向塔体上段的冷却水套5中通入冷却水，向塔体下段的加热水套6中通入热水，将B步骤得到半透明凝脂状混合物从进料口8中加入并充满塔体，当第二温度测量装置11显示的温度与第一温度测量装置10显示的温度的差值为10℃～30℃时，开动搅拌器4，转速为36转/分钟，在保证塔底物料温度和塔体上段1物料温度相对恒定情况下，调节进料口8和塔底的出料口7的调节阀进行连续性操作，控制C步骤出料口7的出料流量小于或者等于进料口8的进料流量的40%；B步骤所得混合物从进料口8加入该萃取设备时，混合物向塔体下段3沉降，在塔底被加热形成回流上升液，向塔体中段2运动，途中与落下来的混合物进行连续逆流微分接触传质，混合物中的脂肪酸和脂肪酸低碳醇酯转移到上升回流液中的有机相中，并继续上升到塔体中段2，在搅拌器4的作用下与刚刚进入塔内的待萃取混合物充分混合，在塔体上段1由于冷却水的冷却作用，蔗糖脂肪酸酯与水形成半透明凝脂状物，从有机相析出，并向塔底方向沉降，含有脂肪酸和脂肪酸低碳醇酯的有机相继续上升至塔体上段1溢流口9排出塔外，经回收有机溶剂、干燥得到脂肪酸和脂肪酸低碳醇酯的混合物；而蔗糖脂肪酸酯与水形成半透明凝脂状物向塔体下段3方向沉降，途中与温度较高的回流上升液进行连续逆流微分接触传质，到达塔体底部时，水相中蔗糖脂肪酸酯纯度已经很高，最后作为产品溶液从达塔底，并经出口料7排出塔外；
D、将出料口7所出物料经常压回收有机溶剂后，在95℃以下进行真空干燥，得到纯净的蔗糖脂肪酸酯产品。
实施例1～5
实施例1～5中的蔗糖脂肪酸酯粗品由脂肪酸甲酯与蔗糖以硬脂酸钾为乳化剂，碳酸钾为催化剂，通过无溶剂法合成的，其所含组分为：蔗糖脂肪酸酯48.2%，游离糖18.2%、硬脂酸甲酯5.3%、脂肪酸钾23.5%、其他4.8%。
实施例6～10
实施例6～10中的蔗糖脂肪酸酯粗品是由脂肪酸乙酯与蔗糖以硬脂酸钾为乳化剂，碳酸钾为催化剂，通过水溶剂法合成的蔗糖脂肪酸酯粗品，所含组份为：蔗糖脂肪酸酯46.7%，游离糖20.2%、硬脂酸乙酯7.1%、硬脂酸钾23.2%、其他3.8%。
实施例1～10各步骤参数见表1：
表1 实施例1～10各步骤参数表
各实施例检测结果见表2所示：
表2 实施例1～10检测结果
对比例一
按与实施例1步骤A和步骤B相同的条件制备半透明凝脂状混合物，不使用蔗糖脂肪酸酯萃取设备进行微分接触式萃取，经回收乙酸乙酯，在95℃以下进行真空干燥，所得的干燥物有蔗糖脂肪酸酯总酯含量81.36%，游离糖0.24%，酸值24.67mgKOH/g，灰分0.35%，硬脂酸甲酯5.52%。本对比例与实施例相比，未经微分接触式萃取的混合物，所得的产品蔗糖脂肪酸酯总酯含量低，脂肪酸和脂肪酸甲酯未能有效除去。
对比例二
按照“蔗糖酯粗品的纯化工艺研究”（《武汉工业学院学报》1999年，第3期）的方法进行蔗糖脂肪酸酯的精制。
取100g的蔗糖脂肪酸酯粗品加入500ml的乙酸乙酯和300ml的水，70℃下加热溶解，用柠檬酸调节PH=5,排出水层，有机相中加入14%的氯化钠，维持70℃下搅拌10min后，冷却至5℃，有固体析出，过滤，滤饼加入100ml1:1的异丁醇和水，65℃加热溶解，调pH=7，排出水层，有机相用水洗涤2次，经回收异丁醇、真空干燥得到蔗糖脂肪酸酯产品。其中，蔗糖脂肪酸酯总酯含量83.02%，酸值3.8mgKOH/g，游离糖5.3%，灰分3.3，脂肪酸甲酯6.27。本对比例与实施例相比，脂肪酸甲酯一直保留在有机相未能有效除去，有机溶剂乙酸乙酯和异丁醇的使用总量达到粗品的6倍。
对比例三
按照“蔗糖酯的相溶法合成研究”（《新疆大学学报(自然科学版)》2002年19卷第4期）的方法进行蔗糖脂肪酸酯的精制。
取100g的蔗糖脂肪酸酯粗品加入含乙醇和氯化钠的水溶液（重量比80：20：2）500ml，80℃下搅拌10min，冷却至5℃，得过滤，滤饼加入600ml3%乙酸溶液,80℃下搅拌10min，冷却至5℃，过滤，最后分别用100ml 3%乙酸溶液、乙醇和氯化钠的水溶液各洗涤滤饼一次，经洗涤后的滤饼经真空干燥得到蔗糖脂肪酸酯产品。其中，蔗糖脂肪酸酯80.1%，酸值5.6mgKOH/g，游离糖7.5%，灰分4.6%，脂肪酸甲酯4.96%。由于蔗糖脂肪酸酯在精制过程中由于凝聚作用包裹了脂肪酸皂、未反应蔗糖和氯化钠而且洗涤困难，致使产品中杂质含量高，而且脂肪酸甲酯未能有效除去。