本发明涉及一种糖基脂肪酸酯的制备方法。
背景技术：
糖基脂肪酸酯是一种多元醇型非离子型表面活性剂，具有良好的乳化、分散、起泡、粘度调节、防老化、抗菌等性能，且无毒、易生物降解，已经广泛应用于食品工业、农业、园艺、日用化工、制糖、医药等领域。目前，糖基脂肪酸酯主要通过酯交换或酯化反应生产制备，其合成方法具体可分成溶剂法、微乳法和无溶剂法等。溶剂法一般以dmf或dmso为溶剂，反应产率较高，但这两种溶剂均有毒，且无法完全分离除去，所以制备得到的糖基脂肪酸酯无法应用在食品等行业；微乳法以丙二醇、水等为溶剂，溶剂无毒，但易发生副反应，对设备要求高，且产品纯化困难；无溶剂法以脂肪酸皂为乳化剂，直接将糖或粉碎后的糖粉(约100目)投入反应体系进行反应，糖与脂肪酸酯或脂肪酸的极性相差大，脂肪酸皂的乳化效果有限，当糖颗粒的粒径较大时，糖与脂肪酸酯的相容性差，使得糖与脂肪酸酯的接触面积小，能够参与反应的糖活性中心少，导致糖基脂肪酸酯的产率低。
机械力化学是指固体颗粒物质在摩擦、碰撞、冲击、剪切等机械力作用下，诱发化学反应和诱导材料组织、晶体结构和物化性能的变化，使部分机械能转变成物质的内能，从而增加固体的化学活性。目前，机械力化学技术已经广泛应用于制备超微及纳米粉末、纳米复合材料、粉体表面改性、弥散强化合金结构材料、金属精炼、矿物和废物处理、合成新相等领域。如果能够将机械力化学技术引入到糖基脂肪酸酯的合成工艺中，有望开发出一种反应产率高、工业化前景好的糖基脂肪酸酯的制备方法。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种糖基脂肪酸酯的制备方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种糖基脂肪酸酯的制备方法，包括以下步骤：
1)将脂肪酸或脂肪酸酯、糖类、催化剂、砂磨介质和乳化剂加入砂磨机，启动砂磨机，充分反应；
2)对步骤1)的反应混合物进行萃取，分离出有机相，蒸馏，对蒸馏得到的固体进行干燥，得到糖基脂肪酸酯。
步骤1)所述的脂肪酸或脂肪酸酯、糖类、催化剂、砂磨介质、乳化剂的质量比为1：(0.05～3)：(0.01～0.2)：(0.2～2)：(0.02～0.5)。
步骤1)所述的脂肪酸的结构式为r1cooh，其中，r1为c5～c22的烃基；步骤1)所述的催化剂为盐酸、硫酸、磷酸、硼酸、有机磺酸、杂多酸、有机锡、so42-/tio2、so42-/zro2、wo3/zro2、moo3/zro2、nbo5/zro2、sno2/zro2中的至少一种。
步骤1)所述的脂肪酸酯的结构式为
步骤1)所述的糖类为核糖、脱氧核糖、木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖、海藻糖、纤维二糖、棉籽糖、鼠李糖、淀粉、木聚糖、纤维素、半纤维素中的至少一种。
步骤1)所述的砂磨介质为不锈钢珠、氧化锆珠、玻璃珠、陶瓷砂、尼龙砂、树脂砂中的至少一种，砂磨介质的直径为1～10mm。
步骤1)所述的乳化剂为硬脂酸钾、硬脂酸钠、硬脂酸锌、硬脂酸镁、棕榈酸钾、棕榈酸钠中的至少一种。
步骤1)中砂磨机的搅拌速度为400～2500r/min。
步骤1)中反应的温度为80～160℃，反应时间为0.5～10h，反应压力为0.1～100kpa。
步骤2)中用丁酮/氯化钠水溶液进行萃取，氯化钠水溶液的质量分数为5％～15％。
本发明的有益效果是：本发明通过砂磨反应制备糖基脂肪酸酯，反应产率高，对生产设备的要求较低，操作简便，能耗低，生产成本低，可以大规模工业化生产。
1)本发明采用砂磨反应，可以缩小物料粒径，增大反应分子的接触面积，增加参与反应的糖的活性位点，提高糖基脂肪酸酯的产率；
2)本发明采用砂磨反应，可以增强反应原料的乳化效果，使糖和脂肪酸酯或脂肪酸共熔，最终使反应体系形成均相，加快了糖基脂肪酸酯的合成反应。
具体实施方式
一种糖基脂肪酸酯的制备方法，包括以下步骤：
1)将脂肪酸或脂肪酸酯、糖类、催化剂、砂磨介质和乳化剂加入砂磨机，启动砂磨机，充分反应；
2)对步骤1)的反应混合物进行萃取，分离出有机相，蒸馏，对蒸馏得到的固体进行干燥，得到糖基脂肪酸酯。
优选的，步骤1)所述的脂肪酸或脂肪酸酯、糖类、催化剂、砂磨介质、乳化剂的质量比为1：(0.05～3)：(0.01～0.2)：(0.2～2)：(0.02～0.5)。
优选的，步骤1)所述的脂肪酸的结构式为r1cooh，其中，r1为c5～c22的烃基；步骤1)所述的催化剂为盐酸、硫酸、磷酸、硼酸、有机磺酸、杂多酸、有机锡、so42-/tio2、so42-/zro2、wo3/zro2、moo3/zro2、nbo5/zro2、sno2/zro2中的至少一种。
进一步优选的，步骤1)所述的脂肪酸为己酸、庚酸、辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、花生酸、山俞酸、二十二碳六烯酸中的至少一种。
优选的，步骤1)所述的脂肪酸酯的结构式为
进一步优选的，步骤1)所述的脂肪酸酯为己酸甲酯、己酸乙酯、庚酸甲酯、庚酸乙酯、辛酸甲酯、辛酸乙酯、癸酸甲酯、癸酸乙酯、月桂酸甲酯、月桂酸乙酯、肉豆蔻酸甲酯、肉豆蔻酸乙酯、棕榈酸甲酯、棕榈酸乙酯、硬脂酸甲酯、硬脂酸乙酯、油酸甲酯、油酸乙酯、花生酸甲酯、花生酸乙酯、山俞酸甲酯、山俞酸乙酯、二十二碳六烯酸甲酯、二十二碳六烯酸乙酯、棕榈油、椰油、大豆油、蓖麻油、亚麻籽油、花生油中的至少一种。
优选的，步骤1)所述的糖类为核糖、脱氧核糖、木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖、海藻糖、纤维二糖、棉籽糖、鼠李糖、淀粉、木聚糖、纤维素、半纤维素中的至少一种。
优选的，步骤1)所述的砂磨介质为不锈钢珠、氧化锆珠、玻璃珠、陶瓷砂、尼龙砂、树脂砂中的至少一种，砂磨介质的直径为1～10mm。
优选的，步骤1)所述的乳化剂为硬脂酸钾、硬脂酸钠、硬脂酸锌、硬脂酸镁、棕榈酸钾、棕榈酸钠中的至少一种。
优选的，步骤1)中砂磨机的搅拌速度为400～2500r/min。
优选的，步骤1)中反应的温度为80～160℃，反应时间为0.5～10h，反应压力为0.1～100kpa。
优选的，步骤2)中用丁酮/氯化钠水溶液进行萃取，氯化钠水溶液的质量分数为5％～15％。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例1：
一种蔗糖脂肪酸酯的制备方法，包括以下步骤：
1)将600g硬脂酸甲酯、350g蔗糖、30g碳酸钾、500g氧化锆珠和100g硬脂酸钾加入砂磨机，启动砂磨机，调节砂磨机转速至1000r/min、砂磨机内压力至2kpa，135℃恒温反应3h；
2)用16l丁酮和16l质量分数10％的氯化钠水溶液对步骤1)的反应混合物进行萃取，重复萃取2次，分离出有机相，蒸馏回收丁酮，对蒸馏得到的固体进行干燥，得到蔗糖脂肪酸酯，产率约为93％。
实施例2：
一种葡萄糖脂肪酸酯的制备方法，包括以下步骤：
1)将350g硬脂酸乙酯、350g葡萄糖、20g氢氧化钾、400g氧化锆珠和50g硬脂酸钾加入砂磨机，启动砂磨机，调节砂磨机转速至1000r/min、砂磨机内压力至2kpa，135℃恒温反应3h；
2)用12l丁酮和12l质量分数10％的氯化钠水溶液对步骤1)的反应混合物进行萃取，重复萃取2次，分离出有机相，蒸馏回收丁酮，对蒸馏得到的固体进行干燥，得到葡萄糖脂肪酸酯，产率约为90％。
实施例3：
一种淀粉脂肪酸酯的制备方法，包括以下步骤：
1)将600g硬脂酸甲酯、350g淀粉、30gk2o/tio2、500g氧化锆珠和50g硬脂酸钾加入砂磨机，启动砂磨机，调节砂磨机转速至800r/min、砂磨机内压力至2kpa，135℃恒温反应3h；
2)用15l丁酮和15l质量分数10％的氯化钠水溶液对步骤1)的反应混合物进行萃取，重复萃取2次，分离出有机相，蒸馏回收丁酮，对蒸馏得到的固体进行干燥，得到淀粉脂肪酸酯，产率约为89％。
实施例4：
一种海藻糖脂肪酸酯的制备方法，包括以下步骤：
1)将600g硬脂酸甲酯、250g海藻糖、50gk2o/zro2、500g陶瓷砂和50g硬脂酸钾加入砂磨机，启动砂磨机，调节砂磨机转速至1000r/min、砂磨机内压力至2kpa，135℃恒温反应3h；
2)用14.5l丁酮和14.5l质量分数10％的氯化钠水溶液对步骤1)的反应混合物进行萃取，重复萃取2次，分离出有机相，蒸馏回收丁酮，对蒸馏得到的固体进行干燥，得到海藻糖脂肪酸酯，产率约为91％。
实施例5：
一种淀粉脂肪酸酯的制备方法，包括以下步骤：
1)将600g月桂酸、250g淀粉、20g磷酸、500g氧化锆珠和20g硬脂酸钾加入砂磨机，启动砂磨机，调节砂磨机转速至1500r/min、砂磨机内压力至2kpa，135℃恒温反应3h；
2)用14l丁酮和14l质量分数10％的氯化钠水溶液对步骤1)的反应混合物进行萃取，重复萃取2次，分离出有机相，蒸馏回收丁酮，对蒸馏得到的固体进行干燥，得到淀粉脂肪酸酯，产率约为88％。
实施例6：
一种鼠李糖脂肪酸酯的制备方法，包括以下步骤：
1)将305g棕榈酸甲酯、350g鼠李糖、30g碳酸钾、500g陶瓷砂和100g硬脂酸钾加入砂磨机，启动砂磨机，调节砂磨机转速至1000r/min、砂磨机内压力至2kpa，135℃恒温反应3h；
2)用12.4l丁酮和12.4l质量分数10％的氯化钠水溶液对步骤1)的反应混合物进行萃取，重复萃取2次，分离出有机相，蒸馏回收丁酮，对蒸馏得到的固体进行干燥，得到鼠李糖脂肪酸酯，产率约为91％。
实施例7：
一种蔗糖脂肪酸酯的制备方法，包括以下步骤：
1)将600g油酸、350g蔗糖、10g磷酸、500g氧化锆珠和100g棕榈酸钾加入砂磨机，启动砂磨机，调节砂磨机转速至1000r/min、砂磨机内压力至2kpa，110℃恒温反应3h；
2)用16l丁酮和16l质量分数10％的氯化钠水溶液对步骤1)的反应混合物进行萃取，重复萃取2次，分离出有机相，蒸馏回收丁酮，对蒸馏得到的固体进行干燥，得到蔗糖脂肪酸酯，产率约为75％。
实施例8：
一种葡萄糖脂肪酸酯的制备方法，包括以下步骤：
1)将600g油酸乙酯、350g葡萄糖、30g碳酸钾、500g不锈钢珠和100g硬脂酸钾加入砂磨机，启动砂磨机，调节砂磨机转速至2000r/min、砂磨机内压力至2kpa，135℃恒温反应8h；
2)用16l丁酮和16l质量分数10％的氯化钠水溶液对步骤1)的反应混合物进行萃取，重复萃取2次，分离出有机相，蒸馏回收丁酮，对蒸馏得到的固体进行干燥，得到葡萄糖脂肪酸酯，产率约为98％。
实施例9：
一种鼠李糖脂肪酸酯的制备方法，包括以下步骤：
1)将600g大豆油、350g鼠李糖、30g氢氧化钠、300g不锈钢珠和100g硬脂酸钾加入砂磨机，启动砂磨机，调节砂磨机转速至1000r/min、砂磨机内压力至20kpa，135℃恒温反应3h；
2)用16l丁酮和16l质量分数10％的氯化钠水溶液对步骤1)的反应混合物进行萃取，重复萃取2次，分离出有机相，蒸馏回收丁酮，对蒸馏得到的固体进行干燥，得到鼠李糖脂肪酸酯，产率约为85％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。