1、分子蒸馏法精制乙二醇葡萄糖苷林君智，罗水忠。，邓力。金征宇(1.国家重点实验室，江南大学食品学院，江苏无锡214122;2.合肥工业大学生物与食品工程学院，安徽合肥230009)摘要:采用分子蒸馏法精制乙二醇葡萄糖苷，高效液相测定其组成，并用色差计测定糖苷的颜色。通过控制适宜的蒸馏温度和压力等条件，得到较为满意的蒸馏效果。当进料速率6080mL/h，刮膜器转速100110r/min，预热温度80，较优化的工艺条件为:蒸馏温度70C，压力200Pa和蒸馏温度90，压力500Pa，此时，乙二醇葡萄糖苷的含量分别为85.92%和85.26%。分子蒸馏和减压蒸馏的糖苷颜色相差很大。关键词:分子蒸馏，乙
2、二醇葡萄糖苷，分离，纯化StudyonrefiningofethyleneglycolglucosidesbymoleculardistillationLINJun-zhi，LUOShui-zhong，DENGLi，JINZheng-yut(1，StateKeyLaboratoryofFoodScienceandTechnology，SchoolofFoodScienceandTechnology，JiangnanUniversity，Wuxi214122，China;2.SchoolofBiotechnologyandFoodEngineering，HefeiUniversityofTech
3、nology，Hefei230009，China)Abstract:Withthemethodofmoleculardistillation，theglycolglucosideswasrefined.ThecompositionwastestedbyHPLCmethodandthecoloroftheglycolglucosideswasdeterminedusingcolorimeters.Thesatisfyingseparationresultswereacquiredbycontrollingsuitableconditionsincludingdistillationtempera
4、ture，operatingpressure，etc.Feedrateof60-80mL/h，rotorspeedof100-l10r/min，theoptimaltechnologicalconditionswereasfollows:distillationtemperatureof70IS，operatingpressureof200Pa，ordistillationtemperatureof90oC，operatingpressureof500Pa.Undertheseconditions，thecontentofglycolglucosideswere85.92%and85.26%r
5、espectively.Thereisasignificantdifferenceonthecolorofglycolglucosidesbetweenmoleculardistillationandvacuumdistillation.Keywords:moleculardistillation;glycolglucosides;separation;purification中图分类号:TS201.1文献标识码:B文章编号:1002-0306(2008)05-0173-04石油资源的减少和价格的上涨以及环保问题，使淀粉这种天然可再生资源的开发利用显得尤为重要。乙二醇葡萄糖苷是淀粉多羟基化合物
6、的一种，这种淀粉多羟基化合物不但可以作为化妆品的成分之一_l，还可以代替多元醇，作为中问体制备聚醚、聚氨酯塑料J、醇酸树脂油漆及生物可降解表面活性剂，从而减轻化学品对石油的依赖。乙二醇葡萄糖苷的传统分离方法是以减压蒸馏为主。减压蒸馏时，糖苷初产品中少量未反应的葡萄糖及其它热不稳定杂质易发生焦化，使分离后的糖苷呈琥珀色甚至黑褐色。糖苷颜色的变化使其在化妆品工业中的应用受到了极大的影响，也在一定程度上限制了其在化工领域的应用。分子蒸馏技术是一项较新的分离技术，它根据分子运动的平均自由程的差别，在极高的真空条件下，使液体在远低于其沸点的温度下分离。虽然乙二醇葡萄糖苷本身的耐热性较好，但是糖苷初产品中
7、的葡萄糖在长时间的高温下易发生焦化，影响产品色泽。采用分子蒸馏法不仅降低了乙二醇的沸点，大大缩短了分离时间，还可保证糖苷产品颜色的稳定;分子蒸馏法还具有提取率高、环境污染小和易于工业化连续生产的特点，发展前景良好。1材料与方法1.1材料与设备无水葡萄糖、乙二醇、磷酸、氢氧化钠分析纯，国药集团化学试剂有限公司;丙酮分析纯，上海振企化学试剂有限公司。lO00mL调温恒温电热套深圳市沙头角国华仪器厂;J-J_1型数显电动搅拌器江苏金坛市金城国胜实验仪器厂;SHZ一3循环水多用真空泵上海沪西分析仪器厂有限公司;分子蒸馏仪;高效液相色谱仪美国公司;CR一400色差计公司。1.2实验方法1.2.1乙二醇葡
8、萄糖苷的制备以乙二醇和无水葡萄糖为原料(摩尔比为4:1)，以磷酸为催化剂(用量为葡萄糖质量的1.5%)，在120130C、真空度为67kPa下反，、1.25h，得到乙二醇葡萄糖苷。1.2.2分子蒸馏法精制乙_二醇葡萄糖苷1.2.2.1实验装置实验采用Pope2分子蒸馏仪，装置流程图如图1所示。1.2.2.2预脱气力的选择带气原料在分离腔体内会气体迅速膨胀而使原料飞溅，影响分离效果，必须脱除物料巾的气体。乙二醇在低压下的沸点较低，为了防止其进入冷阱，又能达到脱除糖苷Lf，的气体和极少量水的目的，选择预脱气压)j500Pa1.2.2.3预热温度的选择Cvengro等认为，预热温度较低时，料液粘度较
9、大，在蒸馏器中用于预热原料的蒸发面积较大，导致有效蒸发面积减小。由于乙二醇葡萄糖:苷料液的粘度较大，适宜选择较高的预热温度，当蒸馏温度70时，选择预热温度为70oC，其余情况为80oC。1.2.2.4进料速率的选择乙二醇葡萄糖苷的高沸点和高粘度性质，决定l其较低的进料速率。进料速率较低，原料在蒸发嘶上停留时问长，会有更多的乙-2醇被脱除;进料速率增hu，液膜厚度也增大，i:1.糖苷的粘度大，在较低的刮膜器转速下直接影响料液的均匀分布，从而影响分离效果。所以实验选择较低的进料速率，为6080mL/h。1.2.2.5刮膜器转速的选择据报道，刮膜器转速过高，物料在加热面f分l布的均匀性下降，同时对设
10、备丰体产生不利影响。由于本实验预热温度较高，避免_r刮膜器转速过低时不利于液膜传热的缺陷，所以选择的刮膜器转速较低，为10011Or/rain。1.2.2.6蒸馏温度的选择蒸馏温度是分子蒸馏过程中的一个关键性参数。在分子蒸馏脱除乙二醇的I:艺过程中，乙二醇在特定的真空条件下具有不同的沸点“。考虑乙二醇在高真空度F沸点较低，而冷凝面和蒸发面的温度差一般要50cIC以上，冷凝面温度即为冷凝水的温度，所以选取蒸发面温度分别为70、80、90、lO0、1l0。1.2.2.7分离压力的选择分离压力是分子蒸馏过程巾的雨要参数。根据分子蒸馏的基本原理可知，乙醇从蒸发面飞射到冷凝面的过程巾，只要使其半均自由程
11、大于或等于蒸发面与冷凝面之间的距离，即可达到分离的效果，没有必要过分提高真空度。所以实验选择的压力范围较宽，分别为50、200、350、500Pa。1.2.2.8精制工艺流程取80mL未脱醇的乙二醇葡萄糖苷，置于物料瓶中，通冷却水，在冷阱中加入液氮。原料预热时，开启真空泵进行脱气，至物料瓶中只有极少量气泡冒出。升高温度到蒸馏温度，打开刮膜器至一定转速，开始蒸馏。乙二醇馏出物被轻组分收集瓶收集，脱醇后的乙_-醇葡萄糖背被重组分收集瓶收集。工艺流程如下:1.2.3高效液相色谱分析精制后乙二醇葡萄糖苷样品1.2.3.1样品预处理各样品分别取0.5g，用蒸馏水稀释至5OraL，即可进行高效液相分析。1
12、.2.3.2色谱条件氨基柱:dp2004.6;恒温:25oC;流动相:乙腈/水(V/V)=70/30;流速:1.OraL/rain;检测器:示差折光检测器;进样镫:10L。1.2.3.3分析方法用保留值定性，面积归一化法定量。1.2.4色差计测定精制后糖苷样品颜色分别测定分子蒸馏和减压蒸馏的样品颜色，每个样品分别选取三个不同的部位进行测定，取平均值，比较产品的L、a、b和E值。2结果与讨论2、1蒸馏温度与脱醇率的关系蒸馏温度是分子蒸馏过程中的重要参数。一般认为，在昆合物体系中，随着温度的升高，体系中分子获得了更大的能量而变得更为活泼，导致体系的蒸汽压迅速上升，分子在蒸馏器内的碰撞频率增加，分子
13、的平均自由程下降。当压力为50Pa时，蒸馏温度从70C开始，以IOC为间隔，逐步增加至1IOC，其分子蒸馏结果见图2。可以看出，在此压力，当蒸馏温度为70C时，脱醇效果较好;随着蒸馏温度的升高，残醇率呈增大趋势，乙二醇葡糖苷的精制效果变差。这是因为随着蒸馏温度升高，蒸馏器内的乙二醇及其他小分子物质的有效自由程下降，分子的碰撞频率增加，使乙二醇在蒸馏器内停留的时间增大，回落到重相的儿率也相应变大。2.2压力与脱醇率的关系压力是分子蒸馏过程中的重要参数。压力较小值越大，表示与白板颜色差异越大。时，组分的蒸汽压下降，分子的平均自由程变大，达到冷凝面的几率更大;随着压力的增大，组分的蒸汽压也变大，分子
14、的平均自由程变小，使得一些组分无法到达冷凝面而回落到重相。当蒸发面温度为70时，在不同压力下，其分子蒸馏结果见图3。可以看出，蒸发面温度70，压力200Pa，脱醇效果较好。根据压力与分子T-均自由程的关系，当蒸发面温度70，要达到理想的脱醇效果，其压力参数应为50Pa，而实际为200Pa。可能是乙二醇在50Pa时沸点极低，进人蒸馏器内的乙二醇迅速蒸发，飞溅现象较为严重，蒸馏器内的分子碰撞频率加大，平均自由程反而比压力200Pa时的更sJ-,，导致残醇率较高。为了进一步说明压力与脱醇率的关系，也为了找到另一个更好的工艺条件，所以选择蒸馏温度90，相应提高蒸馏压力再进行实验。蒸馏温度90，在不同压
15、力下，其分子蒸馏结果见图4。可以看出，蒸馏温度90，压力500Pa时，脱醇效果较好。蒸发面温度从70改变为90，能引起乙二醇飞溅的压力范围相应增大。随着压力从50Pa增大到500Pa，乙二醇的飞溅程度逐渐减少，分子碰撞频率相应减少，平均分子自由程逐渐变大，更多的乙二醇到达冷凝面并在冷凝面上冷凝。根据压力与分子自由程的关系，随着压力的增大，趋势线应该呈上升趋势，而实际为下降趋势，说明在压力较低时，乙二醇的飞溅现象占主导地位。可以推测，在500Pa以后.乙二醇的飞溅现象减弱以至消失，随着压力的增大，残醇率会逐渐增大。从以上两组实验结果可以看出，为了得到精制效果较好的乙二醇葡糖苷，必须严格控制分子蒸
16、馏的条件，即一定的蒸馏温度对应一定的蒸馏压力，提高蒸馏温度必须相应地提高蒸馏压力。当蒸馏温度从70oC升至90oC时，蒸馏压力也需相应地从200Pa提高到500Pa。2.3样品中各组分及其含量采用高效液相分析样品中各组分含量，结果如图5所示。从图中可见，羟乙基葡糖苷和乙二醇二葡糖苷的变化趋势基本一致，经计算，羟乙基葡糖苷与乙二醇二葡糖苷的比值处于2.342.69之间，大多处于2.50左右。这说明在分子蒸馏过程中，羟乙基葡糖苷与乙二醇二葡糖苷成比例地逃逸到冷凝面或两者都没有逃逸到冷凝面。由于分子蒸馏条件的改变，两者不可能总是成比例地逃逸，而且葡糖苷的沸点很高。，可由此推断，在分子蒸馏过程中只有乙
17、二醇被蒸馏到冷凝面2.4分子蒸馏与传统减压蒸馏后的乙二醇葡糖苷颜色的比较分子蒸馏糖苷的颜色基本一致，因此只取其中一个样品(70T:，200Pa的样品)与减压蒸馏糖苷(减压蒸馏制乙二醇葡糖苷，方法参照文献2)的颜色做对比。从表2可以看出，分子蒸馏后的样品在L、a、b和E上都比减压蒸馏效果更好。3结论本文研究了不同蒸馏温度和压力对乙二醇葡糖苷精制效果的影响规律，结果表明，蒸馏温度70T:，压力200Pa和蒸馏温度90，压力500Pa的条件下，乙二醇葡萄糖苷的含量分别为85.92/,9和85.26%。用分子蒸馏法精制乙二醇葡糖苷，仍然存在糖苷粘度较大的问题，但是其分离效率比减压蒸馏高，并且克服了减压蒸馏引起的糖苷颜色加深现象。采用分子蒸馏法精制乙二醇葡糖苷是理想的工业化生产方式。更详细资料请发EMAIL:fzhhao-免费索取。
