大豆油脂肪酸溶劑法分提研究

來源:環(huán)球糧機網發(fā)布時間:2015-08-23 11:33:53

脂肪酸廣泛用于食品及化工領域,例如生產甘油一酯、甘油二酯及食品添加劑中間體等,脂肪酸主要通過菜籽油、大豆油等植物油及牛油等動物油脂制備而得。然而,由上述原料制得混合脂肪酸含有一定量飽和脂肪酸,而這些飽和脂肪酸會明顯影響最終產品品質。例如含有飽和脂肪酸較高混合脂肪酸制備甘油二酯在室溫下呈半固體狀,若在寒冷地區(qū)或冬天,則易于結晶固化,以至失去流動性,使這種產品感觀質量不佳,且難于從容器中取出。在工業(yè)化生產脂肪酸中,如油酸雖呈低熔點;但使用油酸為原料合成甘油二酯時,其最終產品熔點也高達20℃,仍不能避免上述問題出現(xiàn)。本研究主要目的是制備飽和脂肪酸含量低、且低溫時不結晶的脂肪酸;可采用分提法去除混合脂肪酸中大部分飽和脂肪酸,使對降低脂肪酸合成甘油二酯產品熔點能有明顯效果。
  
  1材料與方法
  
  1.1材料
  
  大豆油脂肪酸;正己烷,無水乙醇,丙酮,乙二醇,無水乙醚,石油醚,無水硫酸鈉,金屬鈉,均為分析純。
  
  1.2主要實驗儀器
  
  安捷倫4890D氣相色譜儀;SHZ–D(Ⅲ)循環(huán)水式真空泵;JY2001型天平;3S201S型微量電子天平;101A–3B型電熱鼓風干燥箱;冰箱。
  
  1.3.1脂肪酸制備
  
  稱取1,000g大豆油于3,000ml三口燒瓶中,稱取280g氫氧化鈉(純度96%),用2,000ml水溶解,然后轉移至已稱好油的三口燒瓶中,將燒瓶置于70℃水浴中,加機械攪拌,轉速200r/min,反應5~8h后,加入500ml熱水,緩慢加入硫酸,直至中性,繼續(xù)攪拌1h;靜置分層,取出上層脂肪酸,水洗脫水后,即得脂肪酸樣品。
  
  1.3.2溶劑法分提
  
  將脂肪酸在60℃熔化,按比例加入溶劑搖勻,于一定溫度保溫后,逐步降溫至所需溫度,養(yǎng)晶一段時間后,得到漿狀混合物,將其進行真空抽濾,如結晶溫度與室溫相差較大時,將抽濾瓶置于溫度相當空調房或冰箱中進行。當真空泵真空開始下降后,繼續(xù)抽5min作為抽濾結束點,抽濾結束后,采用旋轉蒸發(fā)脫除固體和液體中溶劑。
  
  1.3.3分提產品脂肪酸組成分析
  
 ?。?)分析分提產品甲酯化方法采用三氟化硼甲酯化法,參見參考文獻。
  
 ?。?)分析產物脂肪酸組成方法采用氣相色譜法,參見參考文獻。
  
  2結果與討論
  
  脂肪酸干法分提所得產品飽和酸含量仍在6%以上,且過濾速度慢、液體得率低,不能滿足合成低熔點甘油二酯要求。因此有必要尋找一種分提效果更好方法制備飽和酸含量更低混合脂肪酸。溶劑分提是脂肪酸分提最常規(guī)方法,常用溶劑有甲醇、乙醇等,由于甲醇毒性較大,現(xiàn)以乙醇為溶劑分提脂肪酸。
  
  2.1溫度對脂肪酸分提效果影響
  
  在溶劑體系中,溫度對脂肪酸分提影響與干法分提有所不同。脂肪酸溶解在溶劑中,脂肪酸之間作用力發(fā)生改變,使在同一分提溫度下,溶劑法得到固體比干法少;同時溶劑降低溶液粘度,使過濾能更易于進行。本試驗考察溫度對脂肪酸分提影響,
  
  結晶條件為:原料脂肪酸60℃保溫30min;然后加入乙醇(脂肪酸質量1倍);攪勻后置于15℃乙二醇水浴中,然后以5℃/h降溫至分提所需溫度;最后養(yǎng)晶4h后真空抽濾,將固體與液體分別脫除溶劑。因采用溶劑分提時,過濾速度非???,真空度通常尚未達到最大時便已過濾完,計時較困難,故不再對過濾速度進行考察。從圖1可看出,采用乙醇作為溶劑,溶劑加入量為脂肪酸質量1倍,結晶分提溫度為–15℃以下時,得到液體脂肪酸飽和酸含量低于5%;若溫度再進一步降低,變化幅度仍較小。
  
  2.2溶劑加入量對脂肪酸分提效果影響
  
  乙醇對脂肪酸有一定溶解性,且對不飽和脂肪酸溶解度較大。當體系加入足夠量乙醇時,則可將脂肪酸完全溶解。為達到理想分提效果,則需要確定乙醇合理加入量,能使飽和脂肪酸盡量析出,而不飽和脂肪酸不析出。本試驗考察溶劑加入量為脂肪酸質量1~3倍時情況

  結晶條件為:原料脂肪酸60℃保溫30min;然后加入乙醇;攪勻后置于15℃乙二醇水浴中,然后5℃/h降溫至–15℃;最后養(yǎng)晶4h后真空抽濾,將固體與液體分別脫除溶劑。
  
  從圖2可看出,當采用乙醇作為溶劑,分提溫度為–15℃,溶劑加入量為脂肪酸質量1.5倍時,分提效果較好,固體中液體夾帶少。當溶劑加入量為1倍時,結晶后所得混合物流動性較差,過濾效果也相對較差,固體中液體夾帶嚴重,且分提液體中飽和酸含量較高。
  
  當溶劑加入量大于1.5倍時,隨著溶劑加入量增加,過濾越容易,固體得率減少,而產品中飽和酸含量略有上升。因此取溶劑加入量為1.5倍較宜。
  
  2.3養(yǎng)晶時間對脂肪酸溶劑分提效果影響
  
  采用溶劑分提,對結晶要求較低,一般結晶時間可適當縮短。為研究養(yǎng)晶時間對分提影響,分別以不同養(yǎng)晶時間考察分提效果,不同養(yǎng)晶時間對所得分提液體飽和酸含量影響如圖3所示。
  
  結晶條件為:原料脂肪酸60℃保溫30min;然后加入脂肪酸質量1.5倍乙醇;攪勻后置于15℃乙二醇水浴中,然后以5℃/h降溫至–15℃;在規(guī)定養(yǎng)晶時間后真空抽濾,將固體與液體分別脫除溶劑。
  
  從圖3可看出,當養(yǎng)晶時間在4h以下時,分提液體中飽和脂肪酸含量略有降低;而當養(yǎng)晶時間超過4h時,飽和酸含量變化很小,再延長時間意義已不大。在滿足合成甘油二酯原料脂肪酸飽和度要求前提下,養(yǎng)晶時間應越短越好,由此,養(yǎng)晶時間取4h較宜。
  
  2.4溶劑法分提脂肪酸放大實驗優(yōu)化
  
  2.4.1不攪拌
  
  通過對溶劑比和結晶分提溫度試驗,選定優(yōu)化實驗條件:溶劑為乙醇,溶劑加入量為脂肪酸質量1.5倍,分提溫度為–15℃。取1,000g脂肪酸在60℃水浴30min,加入1,500g乙醇,搖勻后置于15℃乙二醇水浴中,保溫30min,以5℃/h降溫至–15℃;最后養(yǎng)晶4h后真空抽濾,將固體和液體分別脫除溶劑。
  
  從表1可知,放大實驗分提液體中飽和脂肪酸含量近5.5%,比小樣實驗提高0.5個百分點。原因是放大后,結晶器構造不一樣,料層變厚,體系溫度難于達到均一。放大實驗分提效果跟小樣實驗結果比較,尚有較大差距,仍需改進。
  
  2.4.2機械攪拌
  
  取1,000g脂肪酸在60℃水浴中保溫30min,加入1,500g乙醇,搖勻后置于15℃乙二醇水浴中,保溫30min,以5℃/h降溫至–15℃,降溫過程中加機械攪拌,轉速為60r/min,降至所需溫度后停止攪拌,養(yǎng)晶4h后真空抽濾;將固體與液體分別脫除溶劑。
  

  通過比較可看出,通過機械攪拌,分提液體中飽和脂肪酸含量降低,分提固體所夾帶液體含量降低,同時也升高分提液體收率。由于采用攪拌,體系溫度能保持一致,避免局部過冷現(xiàn)象發(fā)生,減少不均勻晶核產生;同時攪拌可打碎大的晶粒,沒發(fā)生晶體結塊現(xiàn)象,使晶體夾帶液體現(xiàn)象得到改善。采用攪拌進行脂肪酸溶劑分提,可得到飽和酸含量為2%~3%混合脂肪酸。
  
  3結論
  
  采用溶劑法分提脂肪酸能取得良好效果,具體條件:脂肪酸60℃熔化后,加入脂肪酸質量1.5倍乙醇;然后從15℃開始,以5℃/h降溫速度逐漸降溫至–15℃,養(yǎng)晶4h后,真空抽濾;將固體與液體分別脫除溶劑。分提得到液體脂肪酸中飽和酸含量為2%~3%,固體中飽和酸含量為60.3%。
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