1材料与方法
1.1材料
大豆油脂肪酸;正己烷,无水乙醇,丙酮,乙二醇,无水乙醚,石油醚,无水硫酸钠,金属钠,均为分析纯。
1.2主要实验仪器
安捷伦4890D气相色谱仪;SHZ–D(Ⅲ)循环水式真空泵;JY2001型天平;3S201S型微量电子天平;101A–3B型电热鼓风干燥箱;冰箱。
1.3.1脂肪酸制备
称取1,000g大豆油于3,000ml三口烧瓶中,称取280g氢氧化钠(纯度96%),用2,000ml水溶解,然后转移至已称好油的三口烧瓶中,将烧瓶置于70℃水浴中,加机械搅拌,转速200r/min,反应5~8h后,加入500ml热水,缓慢加入硫酸,直至中性,继续搅拌1h;静置分层,取出上层脂肪酸,水洗脱水后,即得脂肪酸样品。
1.3.2溶剂法分提
将脂肪酸在60℃熔化,按比例加入溶剂摇匀,于一定温度保温后,逐步降温至所需温度,养晶一段时间后,得到浆状混合物,将其进行真空抽滤,如结晶温度与室温相差较大时,将抽滤瓶置于温度相当空调房或冰箱中进行。当真空泵真空开始下降后,继续抽5min作为抽滤结束点,抽滤结束后,采用旋转蒸发脱除固体和液体中溶剂。
1.3.3分提产品脂肪酸组成分析
(1)分析分提产品甲酯化方法采用三氟化硼甲酯化法,参见参考文献。
(2)分析产物脂肪酸组成方法采用气相色谱法,参见参考文献。
2结果与讨论
脂肪酸干法分提所得产品饱和酸含量仍在6%以上,且过滤速度慢、液体得率低,不能满足合成低熔点甘油二酯要求。因此有必要寻找一种分提效果更好方法制备饱和酸含量更低混合脂肪酸。溶剂分提是脂肪酸分提最常规方法,常用溶剂有甲醇、乙醇等,由于甲醇毒性较大,现以乙醇为溶剂分提脂肪酸。
2.1温度对脂肪酸分提效果影响
在溶剂体系中,温度对脂肪酸分提影响与干法分提有所不同。脂肪酸溶解在溶剂中,脂肪酸之间作用力发生改变,使在同一分提温度下,溶剂法得到固体比干法少;同时溶剂降低溶液粘度,使过滤能更易于进行。本试验考察温度对脂肪酸分提影响,
结晶条件为:原料脂肪酸60℃保温30min;然后加入乙醇(脂肪酸质量1倍);搅匀后置于15℃乙二醇水浴中,然后以5℃/h降温至分提所需温度;最后养晶4h后真空抽滤,将固体与液体分别脱除溶剂。因采用溶剂分提时,过滤速度非常快,真空度通常尚未达到最大时便已过滤完,计时较困难,故不再对过滤速度进行考察。从图1可看出,采用乙醇作为溶剂,溶剂加入量为脂肪酸质量1倍,结晶分提温度为–15℃以下时,得到液体脂肪酸饱和酸含量低于5%;若温度再进一步降低,变化幅度仍较小。
2.2溶剂加入量对脂肪酸分提效果影响
乙醇对脂肪酸有一定溶解性,且对不饱和脂肪酸溶解度较大。当体系加入足够量乙醇时,则可将脂肪酸完全溶解。为达到理想分提效果,则需要确定乙醇合理加入量,能使饱和脂肪酸尽量析出,而不饱和脂肪酸不析出。本试验考察溶剂加入量为脂肪酸质量1~3倍时情况
结晶条件为:原料脂肪酸60℃保温30min;然后加入乙醇;搅匀后置于15℃乙二醇水浴中,然后5℃/h降温至–15℃;最后养晶4h后真空抽滤,将固体与液体分别脱除溶剂。
从图2可看出,当采用乙醇作为溶剂,分提温度为–15℃,溶剂加入量为脂肪酸质量1.5倍时,分提效果较好,固体中液体夹带少。当溶剂加入量为1倍时,结晶后所得混合物流动性较差,过滤效果也相对较差,固体中液体夹带严重,且分提液体中饱和酸含量较高。
当溶剂加入量大于1.5倍时,随着溶剂加入量增加,过滤越容易,固体得率减少,而产品中饱和酸含量略有上升。因此取溶剂加入量为1.5倍较宜。
2.3养晶时间对脂肪酸溶剂分提效果影响
采用溶剂分提,对结晶要求较低,一般结晶时间可适当缩短。为研究养晶时间对分提影响,分别以不同养晶时间考察分提效果,不同养晶时间对所得分提液体饱和酸含量影响如图3所示。
结晶条件为:原料脂肪酸60℃保温30min;然后加入脂肪酸质量1.5倍乙醇;搅匀后置于15℃乙二醇水浴中,然后以5℃/h降温至–15℃;在规定养晶时间后真空抽滤,将固体与液体分别脱除溶剂。
从图3可看出,当养晶时间在4h以下时,分提液体中饱和脂肪酸含量略有降低;而当养晶时间超过4h时,饱和酸含量变化很小,再延长时间意义已不大。在满足合成甘油二酯原料脂肪酸饱和度要求前提下,养晶时间应越短越好,由此,养晶时间取4h较宜。
2.4溶剂法分提脂肪酸放大实验优化
2.4.1不搅拌
通过对溶剂比和结晶分提温度试验,选定优化实验条件:溶剂为乙醇,溶剂加入量为脂肪酸质量1.5倍,分提温度为–15℃。取1,000g脂肪酸在60℃水浴30min,加入1,500g乙醇,摇匀后置于15℃乙二醇水浴中,保温30min,以5℃/h降温至–15℃;最后养晶4h后真空抽滤,将固体和液体分别脱除溶剂。
从表1可知,放大实验分提液体中饱和脂肪酸含量近5.5%,比小样实验提高0.5个百分点。原因是放大后,结晶器构造不一样,料层变厚,体系温度难于达到均一。放大实验分提效果跟小样实验结果比较,尚有较大差距,仍需改进。
2.4.2机械搅拌
取1,000g脂肪酸在60℃水浴中保温30min,加入1,500g乙醇,摇匀后置于15℃乙二醇水浴中,保温30min,以5℃/h降温至–15℃,降温过程中加机械搅拌,转速为60r/min,降至所需温度后停止搅拌,养晶4h后真空抽滤;将固体与液体分别脱除溶剂。
通过比较可看出,通过机械搅拌,分提液体中饱和脂肪酸含量降低,分提固体所夹带液体含量降低,同时也升高分提液体收率。由于采用搅拌,体系温度能保持一致,避免局部过冷现象发生,减少不均匀晶核产生;同时搅拌可打碎大的晶粒,没发生晶体结块现象,使晶体夹带液体现象得到改善。采用搅拌进行脂肪酸溶剂分提,可得到饱和酸含量为2%~3%混合脂肪酸。
3结论
采用溶剂法分提脂肪酸能取得良好效果,具体条件:脂肪酸60℃熔化后,加入脂肪酸质量1.5倍乙醇;然后从15℃开始,以5℃/h降温速度逐渐降温至–15℃,养晶4h后,真空抽滤;将固体与液体分别脱除溶剂。分提得到液体脂肪酸中饱和酸含量为2%~3%,固体中饱和酸含量为60.3%。
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