【正文】 液并入水層中。在正丁醇層中，加入適量的無(wú)水 Na2SO4使之澄清，過(guò)濾，濾渣用新鮮的正丁醇洗滌，洗滌液并入前面的濾液中，這樣未反應(yīng)的蔗糖留在水層中，脂肪酸蔗糖酯和脂肪酸鹽留在丁醇層中， V 水 =V 丁醇 =75ml[5]。 1 文獻(xiàn)綜述 32 本畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容及意義 目前所采用的工業(yè)化生產(chǎn)蔗糖酯的方法一般都需要在高溫下反應(yīng)較長(zhǎng)時(shí)間，且很難解決蔗糖（固態(tài)）與脂肪酸甲酯（液態(tài)）在反應(yīng)中的傳質(zhì)問(wèn)題。本設(shè)計(jì)擬采用一種新型的復(fù)合溶劑來(lái)解決反應(yīng)過(guò)程中蔗糖和脂肪酸甲酯之間的傳質(zhì)問(wèn)題。以使蔗糖和脂肪酸甲酯能夠達(dá)到最大程度的混合，加快反應(yīng)速率，降低生產(chǎn)成本。此問(wèn)題一旦解決，將對(duì)蔗糖酯的生產(chǎn)工藝產(chǎn)生重要的影響。 同時(shí)在此基礎(chǔ)上再進(jìn)一步研究蔗糖酯的性質(zhì)并完善分離純化工藝，探索最佳的分離純化條件。 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 2 實(shí)驗(yàn)部分 本畢業(yè)設(shè)計(jì)擬采用丙三醇（甘 油）和丙酮作為復(fù)合溶劑利用脂肪酸甲酯和蔗糖來(lái)生產(chǎn)蔗糖酯。本復(fù)合溶劑優(yōu)點(diǎn)：甘油是無(wú)毒物質(zhì)，且副反應(yīng)生成的甘油酯也是無(wú)毒物質(zhì)，而丙酮可以通過(guò)蒸餾除去，從而避免了使用有毒溶劑造成的影響。 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備 實(shí)驗(yàn)儀器及藥品 實(shí)驗(yàn)儀器： 100ml 圓底燒瓶（ 2 個(gè)） 100mL燒杯 (2個(gè) ) ， 250ml 燒杯（ 1 個(gè)） 玻璃棒（ 1 個(gè)） 回流冷凝管（ 1 個(gè)） 直行冷凝管（ 1 個(gè)） 蒸餾頭（ 1 個(gè)） 牛角管（ 1 個(gè)） 溫度計(jì)（ 1 個(gè)） 恒溫水浴鍋（ 1 臺(tái)） 分液漏斗（ 1 個(gè)） 2 實(shí)驗(yàn)部分 34 吸管（ 1 個(gè)） 電子天平 (精確到 ， 1 臺(tái) ) 循環(huán)水式多用真空泵（ 1 臺(tái)），鄭州長(zhǎng)城工貿(mào)有限公司 791 型 磁力加熱回流攪拌器 (1臺(tái) ) ， 江蘇金壇市金域國(guó)勝實(shí)驗(yàn)儀器廠 玻璃儀器氣流烘干器（ 1 臺(tái)） ， 上海豫康科教儀器設(shè)備有限公司 實(shí)驗(yàn)藥品： 脂肪酸甲酯（自制），蔗糖（分析純），甘油（分析純），碳酸鉀（分析純），蔗糖酯（市售），乙酸乙酯（分析純）， NaOH（分析純），丙酮（分析純），甲醇（分析純），聚乙二醇（分析純） 甘油和丙酮的最佳用量配比的選擇（溶解性實(shí)驗(yàn)） 實(shí)驗(yàn)過(guò)程 ⑴ 不使用甘油和丙酮，以皂作助劑進(jìn)行反應(yīng)：加 入 15g脂肪酸甲酯和（應(yīng)生成約 ），加熱回流攪拌 15min后加入蔗糖10g， ，加熱回流攪拌 60min。反應(yīng)現(xiàn)象：體系嚴(yán)重糊化，變成黑色，反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行下去。 ⑵加入甘油 10g，蔗糖 10g，丙酮 10g，脂肪酸甲酯 10g，加熱回流攪拌 60min。反應(yīng)現(xiàn)象：加熱半小時(shí)后反應(yīng)體系變的粘稠，蔗糖顆粒變細(xì)變小，反應(yīng)效果較好。 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 ⑶ 加入甘油 5g，蔗糖 10g，丙酮 10g，脂肪酸甲酯 10g，加熱回流攪拌 60min。反應(yīng)現(xiàn)象：加熱半小時(shí)后反應(yīng) 體系變的粘稠，蔗糖顆粒變細(xì)變小，反應(yīng)效果較好，蔗糖僅出現(xiàn)輕微糊化。 ⑷ 繼續(xù)減少甘油用量， 加入甘油 2g，蔗糖 10g，丙酮 10g，脂肪酸甲酯 10g， ，加熱回流攪拌 60min。反應(yīng)現(xiàn)象：蔗糖基本不溶解，加熱 40 分鐘以后蔗糖出現(xiàn)嚴(yán)重糊化，體系變成褐色。 ⑸減少丙酮用量，加入甘油 5g，蔗糖 10g，丙酮 7g，脂肪酸甲酯10g， ，加熱回流攪拌 60min。反應(yīng)現(xiàn)象：加熱半小時(shí)后反應(yīng)體系變的粘稠，蔗糖顆粒變細(xì)變小，反應(yīng)效果較好，蔗糖未出現(xiàn)糊化現(xiàn)象。 ⑹保持丙酮用量減少甘油用量，加入甘油 4g，蔗糖 10g，丙酮 7g，脂肪酸甲酯 10g， ，加熱回流攪拌 60min。反應(yīng)現(xiàn)象：加熱半小時(shí)后反應(yīng)體系變的粘稠，蔗糖顆粒變細(xì)變小，反應(yīng)效果較好，蔗糖僅出現(xiàn)輕微糊化。 ⑺再減少丙酮用量，加入甘油 4g，蔗糖 10g，丙酮 6g，脂肪酸甲酯10g， ，加熱回流攪拌 60min。反應(yīng)現(xiàn)象：加熱半小時(shí)后反應(yīng)體系變的粘稠，蔗糖顆粒變細(xì)變小，反應(yīng)效果較好，蔗糖僅出現(xiàn)輕微糊化。 ⑻再減少甘油用量，加入甘油 ，蔗糖 10g，丙酮 6g，脂肪酸甲酯 10g， ，加熱回流攪拌 60min。反 應(yīng)現(xiàn)象：加熱半小時(shí)后反應(yīng)體系變的粘稠，但蔗糖顆粒仍然較大，并出現(xiàn)輕微糊化。 2 實(shí)驗(yàn)部分 36 ⑼ 減少丙酮用量，加入甘油 ，蔗糖 10g，丙酮 5g，脂肪酸甲酯10g， ，加熱回流攪拌 60min。反應(yīng)現(xiàn)象：蔗糖不溶解，顆粒較大， 30 分鐘后蔗糖嚴(yán)重糊化，體系變黑色，反應(yīng)無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行。 ⑽分批次加入蔗糖：先加入甘油 3g，蔗糖 5g，丙酮 10g，脂肪酸甲酯 10g， ，加熱 30min 后再加入 5g 蔗糖，再加熱 30min。反應(yīng)現(xiàn)象：蔗糖仍不溶解，顆粒較大，并出現(xiàn)糊化現(xiàn)象。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 綜合 以上實(shí)驗(yàn)列表如下： 表（ 21） 甘油和丙酮的最佳用量配比實(shí)驗(yàn) 蔗糖 （ g） 甘油 （ g） 丙酮 （ g） 脂肪酸甲酯 （ g） K2CO3 （ g） 反應(yīng)時(shí)間 （ min） 現(xiàn)象 10 10 10 10 60 效果較好，蔗糖顆粒變細(xì)變小 10 5 10 10 60 1h 后出現(xiàn)輕微糊化 10 2 10 10 60 蔗糖不溶解，嚴(yán)重糊化 10 5 7 10 60 效果較好，蔗糖顆粒變細(xì)變小 10 4 7 10 60 1h 后出現(xiàn)輕微糊化 10 4 6 10 60 1h 后出現(xiàn)輕微糊化 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 10 6 10 60 蔗糖顆粒較大，輕微糊化 10 5 10 60 蔗糖顆粒較大，糊化嚴(yán)重 10（分批加入） 3 10 10 60 蔗糖不溶解，嚴(yán)重糊化 由以上 10 次實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，甘油和丙酮的用量大約為甘油 4g，丙酮 6g 時(shí)為二者的最小用量。 蔗糖酯反應(yīng)條件的優(yōu)化和選擇 生產(chǎn)方法：按需要比例加入反應(yīng)物后，先在常壓下加熱回流攪拌約60min 后再在一定真空度下（約 ）繼續(xù)加熱，以蒸出反應(yīng)體系中的丙酮和反應(yīng)生成 的甲醇，直到反應(yīng)結(jié)束。 為增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，本設(shè)計(jì)甘油和丙酮的使用量為甘油 5g，丙酮 7g。所采用的實(shí)驗(yàn)方案有：增加脂肪酸甲酯的用量、使用相轉(zhuǎn)移催化劑聚乙二醇、添加表面活性劑蔗糖酯和皂等方法。 實(shí)驗(yàn)過(guò)程 ⑴ 不加任何助劑，僅以甘油和丙酮作共溶劑反應(yīng)：加入甘油 5g，丙酮 7g，脂肪酸甲酯 10g，蔗糖 10g， ，總重 ，加熱回流攪拌 60min，然后抽真空繼續(xù)加熱， 90min 后稱(chēng)重 ，失重 ，2 實(shí)驗(yàn)部分 38 產(chǎn)率 %； 120min 后稱(chēng)重 ，失重 ， 產(chǎn)率 %，此時(shí)開(kāi)始糊化，反應(yīng)終止。 ⑵反應(yīng)物脂肪酸甲酯加倍： 加入甘油 5g，丙酮 7g，脂肪酸甲酯20g，蔗糖 10g， ，總重 ，加熱回流攪拌 60min，然后抽真空繼續(xù)加熱， 90min 后稱(chēng)重 ，失重 ，產(chǎn)率 %； 120min后稱(chēng)重 ，失重 ，產(chǎn)率 %； 150min 后稱(chēng)重 ，失重，產(chǎn)率 %； 180min 后稱(chēng)重 ，失重 ，產(chǎn)率 %，此時(shí)開(kāi)始糊化，反應(yīng)終止。 ⑶以聚乙二醇作助劑： 加入 甘油 5g，丙酮 7g，脂肪酸甲酯 10g，蔗糖 10g， ，聚乙二醇 1g，總重 ，加熱回流攪拌 60min，然后抽真空繼續(xù)加熱， 90min 后稱(chēng)重 ，失重 ，產(chǎn)率 %；120min 后稱(chēng)重 ，失重 ，產(chǎn)率 %； 150min 后稱(chēng)重，失重 ，產(chǎn)率 %，此時(shí)開(kāi)始糊化，反應(yīng)終止。 ⑷使用表面活性劑皂作助劑：先加入 15g 脂肪酸甲酯和 ，（約生成 甲醇），總重 ，加熱回流攪拌 15min，固 體 NaOH全部溶解，蒸餾后稱(chēng)重 ，失重 。此時(shí)再加入甘油 5g，丙酮，蔗糖 10g， ，總重 ，加熱回流攪拌 60min，然后抽真空繼續(xù)加熱， 90min 后稱(chēng)重 ，失重 ，產(chǎn)率 %；120min 后稱(chēng)重 ，失重 ，產(chǎn)率 %； 150min 后稱(chēng)重，失重 ，產(chǎn)率 %，此時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)輕微糊化現(xiàn)象，反應(yīng)終山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 止。此反應(yīng)體系中由于皂的存在而產(chǎn)生了大量的泡沫，極易溢出反應(yīng)容器，較難控制。 實(shí) 驗(yàn)結(jié)果與討論 綜合以上實(shí)驗(yàn)列表如下： 表（ 22） 蔗糖酯反應(yīng)條件的優(yōu)化和選擇 不使用助劑 脂肪酸甲酯加倍 以 聚乙二醇作助劑 使用表面活性劑皂作助劑 甘油（ g） 5 5 5 5 丙酮（ g） 7 7 7 7 脂肪酸甲酯（ g） 10 20 10 10 蔗糖（ g） 10 10 10 10 K2CO3（ g） 聚乙二醇（ g） 1 NaOH（ g） 反應(yīng) 90min 后產(chǎn)率 % % % % 反應(yīng) 120min 后產(chǎn)率 % % % % 反應(yīng) 150min 后產(chǎn)率 % % % 反應(yīng) 180min 后產(chǎn)率 % 備注 120min 后開(kāi)始糊化 180min 后開(kāi)始糊化 150min 后開(kāi)始糊化 150min 后開(kāi)始糊化 2 實(shí)驗(yàn)部分 40 由上表可以看出，反應(yīng)體系中使反應(yīng)物脂肪酸甲酯加倍的方案可使反應(yīng)持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間而不糊化，但產(chǎn)率并不如使用皂作助劑的產(chǎn)率高；而使用皂作助劑雖然產(chǎn)率較高，但在反應(yīng)過(guò)程中由于皂是一種穩(wěn)定泡沫的物質(zhì)，因而產(chǎn)生大量的泡沫， 極 易溢出反應(yīng)容器，反應(yīng)過(guò)程較難控制。而且皂在反應(yīng)體系中是以一種雜質(zhì)的形式而存在，反應(yīng)完成后需要多一步提純工序?qū)⑵涑?。因此綜合以上考慮，決定使用第二種實(shí)驗(yàn)方案，即脂肪酸甲酯加倍的方法來(lái)作為本設(shè)計(jì)的反應(yīng)方案。這種方案雖然蔗糖酯的產(chǎn)率較低，但所有反應(yīng)物可以循環(huán)利用，并不會(huì)造成損失。 蔗糖酯的分離純化工藝研究 在蔗糖酯的提純工藝中，蔗糖酯與 K2CO甲醇、脂肪酸甲酯的分離方法都已得到了很好的解決。而本設(shè)計(jì)中采用了甘油和丙酮作為共溶劑來(lái)參與反應(yīng)，因此需要研究蔗糖酯與甘油和丙酮的分離工藝。這其中丙酮為易揮發(fā) 物質(zhì)，在反應(yīng)體系中可使用蒸餾的方法將其除去。同時(shí)，甘油是一種無(wú)毒物質(zhì)，即使無(wú)法完全除去也不影響其使用。 本設(shè)計(jì)擬采用乙酸乙酯作萃取劑來(lái)萃取蔗糖酯，并采用簡(jiǎn)單體系來(lái)進(jìn)行研究，即使用市售成品蔗糖酯與甘油混合后再進(jìn)行分離研究。 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 41 實(shí)驗(yàn)過(guò)程 具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程：將市售蔗糖酯與甘油混合后，再加入一定量的乙酸乙酯，充分震蕩后靜置分液，將乙酸乙酯層蒸餾干燥后稱(chēng)重剩余蔗糖酯量來(lái)計(jì)算回收率。需研究?jī)?nèi)容：蔗糖酯在乙酸乙酯中的溶解性能；乙酸乙酯的加入量；混合和分液的具體溫度等。 乙酸乙酯與其他溶劑共同萃取 實(shí)驗(yàn) ⑴ 蔗糖酯在乙酸乙酯中的溶解性實(shí)驗(yàn)：在燒杯中加入 20g乙酸乙酯，加熱到微沸狀態(tài)，然后分少量多次加入蔗糖酯，發(fā)現(xiàn)當(dāng)加入量達(dá)到 開(kāi)始有固體蔗糖酯出現(xiàn)，即乙酸乙酯在高溫下能溶解蔗糖酯約21%~22%。 ⑵以水作萃取劑，與乙酸乙酯共同萃取蔗糖酯： 在空燒杯中加入蔗糖酯 5g，甘油 ，再加入水 （約 3 倍），乙酸乙酯 （約 5倍），加熱至透明，保溫靜置后分層不明顯，效果不好。 ⑶ 以水和甲醇共同作萃取劑實(shí)驗(yàn)：在空燒杯中加入蔗糖酯 5g，甘油，再加入水 ，乙酸乙酯 ，甲醇 12g，加熱至透明后體系成為均一穩(wěn)定狀態(tài)，向體系中加入少量 NaCl，體系出現(xiàn)分層現(xiàn)象，分液后，將上層（乙酸乙酯層）加熱蒸干，回收得蔗糖酯 ，回收率 %。 此種方法效果較好，但是體系中引入了水和甲醇，由于蔗糖酯在水中易發(fā)生水解反應(yīng)，而且甲醇也可和蔗糖酯發(fā)生反應(yīng)而生成蔗糖，因此應(yīng)繼續(xù)探求更好的萃取方法。 2 實(shí)驗(yàn)部分 42 只用乙酸乙酯作萃取劑實(shí)驗(yàn) ⑴在空燒杯中加入蔗糖酯 5g，甘油 ，乙酸乙酯 25g，加熱后成為澄清的一體，加入 NaCl 后仍然不分層。 ⑵在空燒杯中加入蔗糖酯 5g，甘油 ，乙酸 乙酯 25g，加熱后成為澄清的一體，冷卻后變渾濁，但只是有蔗糖酯的析出，并不出現(xiàn)分層現(xiàn)象。 ⑶在空燒杯中加入蔗糖酯 5g，甘油 ，乙酸乙酯 25g，加熱后成為澄清的一體，但繼續(xù)加熱，體系又會(huì)變得渾濁。 ⑷在空燒杯中加入蔗糖酯 5g，甘油 ，乙酸乙酯 25g，加熱后成為澄清的一體，此時(shí)滴入 5~6 滴乙酸，體系出現(xiàn)分層現(xiàn)象。 ⑸在空燒杯中加入蔗糖酯 5g，甘油 5g，乙酸乙酯 25g，加熱后成為渾濁的一體，加入少量 NaCl 后體系分層。 ⑹在空燒杯中加入蔗糖酯 5g，甘油 5g，乙酸乙酯 25g，加熱后成為渾濁的一體，冷卻至 60℃ ~70℃后不加 NaCl 也會(huì)產(chǎn)生分層現(xiàn)象。 分液后，將上層（乙酸乙酯層）加熱蒸干，回收得蔗糖酯 ，回收率 %。 ⑺在空燒杯中加入蔗糖酯 5g，甘油 5g，乙酸乙酯 25g，水浴加熱至80℃后成為渾濁的一體， 70℃保溫靜置，體系分層， 將上層（乙酸乙酯層）加熱蒸干，回收得蔗糖酯 ，回收率 %。 ⑻在空燒杯中加入蔗糖酯 5g，甘油 5g，乙酸乙酯 25g，水浴加熱至80℃后成為渾濁的一體，加熱過(guò)程中發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了底部（甘油層）透明，上山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 43 層渾濁的現(xiàn)象。 70℃保溫靜置，體系分層， 將上層（乙酸乙酯層）加熱蒸干，回收得蔗糖酯 ，回收率 %。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論