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JP2010280604A - Method for producing glycerin monofatty acid ester - Google Patents

Method for producing glycerin monofatty acid ester Download PDF

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JP2010280604A
JP2010280604A JP2009134717A JP2009134717A JP2010280604A JP 2010280604 A JP2010280604 A JP 2010280604A JP 2009134717 A JP2009134717 A JP 2009134717A JP 2009134717 A JP2009134717 A JP 2009134717A JP 2010280604 A JP2010280604 A JP 2010280604A
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JP
Japan
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fatty acid
acid ester
glycerin
acid
catalyst
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Application number
JP2009134717A
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Japanese (ja)
Inventor
Shingo Takada
慎吾 高田
Nobuyoshi Suzuki
叙芳 鈴木
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Kao Corp
Original Assignee
Kao Corp
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Publication date
Application filed by Kao Corp filed Critical Kao Corp
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Abstract

【課題】溶媒を用いない簡単なプロセスで、高転化率下に高い選択率でグリセリンモノ脂肪酸エステルを製造する方法を提供する。
【解決手段】一般式(1)
1−COOH (1)
(R1は炭素数8〜25のアルキル基)
で表される脂肪酸とグリセリンとを、酸触媒の存在下で反応させてグリセリンモノ脂肪酸エステルを製造する方法であって、脂肪酸とグリセリンとを、攪拌羽根の先端周速が2m/s以上で、かつパス回数1000回/h以上の攪拌条件下で混合しながら、60〜150℃の温度範囲で反応させる、グリセリンモノ脂肪酸エステルの製造方法である。
【選択図】なし
Provided is a method for producing a glycerin monofatty acid ester with a high selectivity at a high conversion rate by a simple process without using a solvent.
SOLUTION: General formula (1)
R 1 —COOH (1)
(R 1 is an alkyl group having 8 to 25 carbon atoms)
In which the fatty acid and glycerin are reacted in the presence of an acid catalyst to produce a glycerin monofatty acid ester, the tip peripheral speed of the stirring blade being 2 m / s or more, And it is the manufacturing method of the glycerol mono-fatty acid ester made to react in the temperature range of 60-150 degreeC, mixing on stirring conditions 1000 times / h or more of passes.
[Selection figure] None

Description

本発明は、溶媒を用いない簡単なプロセスで、高転化率下に高い選択率でグリセリンモノ脂肪酸エステルを製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a glycerin monofatty acid ester with a high selectivity at a high conversion rate by a simple process without using a solvent.

グリセリンモノ脂肪酸エステル(以下、「モノグリセリド」ともいう)は、食品添加剤、化粧品等の乳化剤や保湿剤、工業用乳化剤、帯電防止剤、潤滑油の油性剤等として有用で広く用いられている。
このモノグリセリドは、通常グリセリンと脂肪酸から直接エステル化反応により、又はグリセリンと油脂のエステル交換反応により製造されている。これらの反応では、一般に、グリセリン、モノグリセリド、ジグリセリド、トリグリセリドの混合物が生成し、グリセリンを除いて計算したモノグリセリドの含量は、エステル混合物中約40〜50質量%である。
このため、高純度グリセリンモノ脂肪酸エステルを得る方法としては、直接油脂とグリセリンをアルカリ触媒存在下で反応させ、グリセリンモノ脂肪酸エステル、グリセリンジ脂肪酸エステル、グリセリントリ脂肪酸エステルの混合物を得た後、分子蒸留にてグリセリンモノ脂肪酸エステルのみを得る方法がとられている。しかし、この方法はグリセリンモノ脂肪酸エステル以外の生成物の回収と再反応を行うため、設備が大掛かりとなる。
Glycerin monofatty acid esters (hereinafter also referred to as “monoglycerides”) are useful and widely used as food additives, emulsifiers and moisturizers for cosmetics, industrial emulsifiers, antistatic agents, oily agents for lubricating oils, and the like.
This monoglyceride is usually produced by direct esterification reaction from glycerin and fatty acid, or by transesterification of glycerin and fat. In these reactions, generally, a mixture of glycerin, monoglyceride, diglyceride and triglyceride is formed, and the content of monoglyceride calculated excluding glycerin is about 40 to 50% by mass in the ester mixture.
For this reason, as a method for obtaining a high-purity glycerin monofatty acid ester, a mixture of glycerin monofatty acid ester, glycerin difatty acid ester, and glycerin trifatty acid ester is obtained by directly reacting fat and glycerin in the presence of an alkali catalyst. A method of obtaining only glycerin monofatty acid ester by distillation is employed. However, since this method collects and re-reacts products other than the glycerin monofatty acid ester, the equipment becomes large.

これに対し、有機溶剤を用いることで直接高純度グリセリンモノ脂肪酸エステルを得る方法が知られている。
例えば、特許文献1には、アルカリ触媒、脂肪酸又は脂肪酸アルキルエステルにグリセリンを混合して反応させた後、その反応混合物を有機溶剤とアルカリ触媒との存在下にエステル交換反応させるモノグリセリドの製造方法が開示されている。しかしながら、この方法は2段階の工程が必要で生産性に問題がある。
特許文献2には、無触媒で溶媒として乳酸メチルを使用したグリセリンモノ脂肪酸エステルの製造法が開示されており、特許文献3には、酸触媒、溶媒としてt−ブタノールを使用したグリセリンモノ脂肪酸エステルの製造法が開示されている。しかしながら、特許文献2及び3の方法は、プロトン性の溶媒を用いているため、グリセリンや脂肪酸と反応し、選択性を低下させるおそれがある。
On the other hand, a method for directly obtaining a high-purity glycerin monofatty acid ester by using an organic solvent is known.
For example, Patent Document 1 discloses a method for producing a monoglyceride in which an alkali catalyst, a fatty acid or a fatty acid alkyl ester are mixed and reacted with glycerin, and then the reaction mixture is transesterified in the presence of an organic solvent and an alkali catalyst. It is disclosed. However, this method requires a two-step process and has a problem with productivity.
Patent Document 2 discloses a method for producing a glycerin monofatty acid ester using methyl lactate as a solvent without using a catalyst, and Patent Document 3 discloses a glycerin monofatty acid ester using t-butanol as an acid catalyst and a solvent. The manufacturing method is disclosed. However, since the methods of Patent Documents 2 and 3 use a protic solvent, they may react with glycerin and fatty acids to reduce selectivity.

更に、特許文献4には、グリセリンと脂肪酸に対して撹拌羽根の先端周速が3m/s以上、かつパス回数0.1回/hr以上となる混合操作を含むモノグリセリドの製法が開示されている。この方法では、触媒や溶媒を用いることなく、グリセリンと脂肪酸から直接、短時間でモノグリセリド含量55質量%以上の生成物を得ることができる。なお、このような技術を用いる際のパス回数は100回/hr程度が一般的とされている。
特許文献5には、脂肪酸と、ケトン又はアルデヒドと、グリセリン類とを、触媒の存在下で反応させて、α−モノグリセリドケタールを得たのち、該ケタールを脱ケタール化して、α−モノグリセリドを製造する方法が開示されている。この方法では、純度90%以上の高品質のα−モノグリセリドを製造することができる。
Furthermore, Patent Document 4 discloses a method for producing a monoglyceride including a mixing operation in which the tip peripheral speed of the stirring blade is 3 m / s or more and the number of passes is 0.1 times / hr or more with respect to glycerin and fatty acid. . In this method, a product having a monoglyceride content of 55% by mass or more can be obtained in a short time directly from glycerin and a fatty acid without using a catalyst or a solvent. In general, the number of passes when using such a technique is about 100 times / hr.
In Patent Document 5, a fatty acid, a ketone or an aldehyde, and glycerins are reacted in the presence of a catalyst to obtain an α-monoglyceride ketal, and then the ketal is deketalized to produce an α-monoglyceride. A method is disclosed. In this method, a high-quality α-monoglyceride having a purity of 90% or more can be produced.

特開平1−268663号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-268663 米国特許出願公開第2002−0120159号明細書US Patent Application Publication No. 2002-0120159 欧州特許出願公開第1672053号明細書European Patent Application No. 1672053 特開2003−252829号公報JP 2003-252829 A 特開2001−181271号公報JP 2001-181271 A

本発明は、溶媒を用いない簡単なプロセスで、高脂肪酸転化率下に高い選択率でグリセリンモノ脂肪酸エステルを製造する方法を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a method for producing a glycerin monofatty acid ester with a high selectivity under a high fatty acid conversion rate by a simple process without using a solvent.

本発明者らは、脂肪酸とグリセリンとを、酸触媒の存在下で、特定の攪拌条件と温度範囲で反応させることにより、前記課題を解決し得ることを見出した。
すなわち、本発明は、一般式(1)
1−COOH (1)
(式中、R1は炭素数8〜25のアルキル基を示す。)
で表される脂肪酸とグリセリンとを、酸触媒の存在下で反応させてグリセリンモノ脂肪酸エステルを製造する方法であって、脂肪酸とグリセリンとを、攪拌羽根の先端周速が2m/s以上で、かつパス回数1000回/h以上の攪拌条件下で混合しながら、60〜150℃の温度範囲で反応させる、グリセリンモノ脂肪酸エステルの製造方法を提供する。
The present inventors have found that the above-mentioned problem can be solved by reacting fatty acid and glycerin in the presence of an acid catalyst under specific stirring conditions and a temperature range.
That is, the present invention relates to the general formula (1)
R 1 —COOH (1)
(In the formula, R 1 represents an alkyl group having 8 to 25 carbon atoms.)
In which the fatty acid and glycerin are reacted in the presence of an acid catalyst to produce a glycerin monofatty acid ester, the tip peripheral speed of the stirring blade being 2 m / s or more, And the manufacturing method of the glycerol mono-fatty acid ester made to react in the temperature range of 60-150 degreeC, mixing under stirring conditions 1000 times / h or more of passes.

本発明によれば、溶媒を用いない簡単なプロセスで、高転化率下に高選択率で、例えば脂肪酸転化率90%以上において、グリセリンモノ脂肪酸エステルを、選択率60%以上で効率よく製造することができる。   According to the present invention, a glycerol monofatty acid ester is efficiently produced with a selectivity of 60% or more by a simple process without using a solvent at a high selectivity under a high conversion rate, for example, at a fatty acid conversion rate of 90% or more. be able to.

本発明のグリセリンモノ脂肪酸エステルの製造方法は、下記一般式(1)で表される脂肪酸とグリセリンとを、酸触媒の存在下で、攪拌羽根の先端周速が2m/s以上で、かつパス回数1000回/h以上の攪拌条件下で混合しながら、60〜150℃の温度範囲で反応させることを特徴とする。   The method for producing a glycerin monofatty acid ester of the present invention comprises a fatty acid represented by the following general formula (1) and glycerin in the presence of an acid catalyst with a tip peripheral speed of 2 m / s or more and a pass The reaction is performed in a temperature range of 60 to 150 ° C. while mixing under stirring conditions of 1000 times / h or more.

[脂肪酸]
本発明において原料として用いられる脂肪酸は、下記一般式(1)で表される構造を有する。
1−COOH (1)
一般式(1)において、R1は炭素数8〜25のアルキル基を示す。このアルキル基は直鎖状、分岐状のいずれであってもよく、好ましくは炭素数11〜21、より好ましくは炭素数13〜17のアルキル基である。
1の具体例としては、各種ノニル基、各種ウンデシル基、各種トリデシル基、各種ペンタデシル基、各種ヘプタデシル基、各種ノナデシル基等の各種アルキル基を挙げることができる。なお、各種アルキル基とは、同一炭素数のアルキル基における各種の異性体をいう。
[fatty acid]
The fatty acid used as a raw material in the present invention has a structure represented by the following general formula (1).
R 1 —COOH (1)
In General formula (1), R < 1 > shows a C8-C25 alkyl group. This alkyl group may be linear or branched, and is preferably an alkyl group having 11 to 21 carbon atoms, more preferably 13 to 17 carbon atoms.
Specific examples of R 1 include various alkyl groups such as various nonyl groups, various undecyl groups, various tridecyl groups, various pentadecyl groups, various heptadecyl groups, and various nonadecyl groups. In addition, various alkyl groups mean the various isomers in the alkyl group of the same carbon number.

一般式(1)で表される脂肪酸の具体例としては、各種デカン酸、各種ドデカン酸、各種テトラデカン酸、各種ヘキサデカン酸、各種オクタデカン酸、各種イコサン酸等の各種アルカン酸を挙げることができる。なお、各種アルカン酸とは、同一炭素数のアルカン酸における各種の異性体をいう。
これらの脂肪酸の中では、得られるグリセリンモノ脂肪酸エステルの用途及び入手の容易さの観点から、直鎖状の脂肪酸が好ましく、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキン酸等がより好ましく、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸が更に好ましい。
上記の脂肪酸は1種単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
Specific examples of the fatty acid represented by the general formula (1) include various decanoic acids, various dodecanoic acids, various tetradecanoic acids, various hexadecanoic acids, various octadecanoic acids, and various alkanoic acids such as various icosanoic acids. Various alkanoic acids refer to various isomers in alkanoic acids having the same carbon number.
Among these fatty acids, linear fatty acids are preferable from the viewpoint of use and availability of the glycerin monofatty acid ester obtained, and capric acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, arachidic acid, etc. Are more preferable, and myristic acid, palmitic acid, and stearic acid are more preferable.
Said fatty acid can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

[酸触媒]
本発明の方法においては、触媒として酸触媒が用いられる。この酸触媒は、反応性の観点から、25℃における酸解離指数(pKa)が3以下のものが好ましく、2以下のものがより好ましい。
その具体例としては、硫酸(水溶液中2段目pKa:1.9)、リン酸(pKa:2.2)、パラトルエンスルホン酸(pKa:−2.6)、ベンゼンスルホン酸(pKa:−6.5)、トリフルオロメタンスルホン酸(pKa:−13)及びナフィオン[デュポン社の登録商標、ペルフルオロスルホン酸/PTFE共重合体]分散液(pKa:約−6)等の有機スルホン酸、リンタングステン酸(pKa:1.6)、リンモリブデン酸(pKa:2.4)等のヘテロポリ酸等が挙げられる。これらの中では、硫酸及び有機スルホン酸が好ましく、特に硫酸、パラトルエンスルホン酸が好ましい。
上記の酸触媒は1種単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
酸解離指数(pKa)は、例えば日本化学会編の化学便覧(改訂3版、昭和59年6月25日、丸善株式会社発行)に記載の酸解離指数等を利用することができる。
酸触媒の使用量は、反応速度及び副反応抑制の観点から、脂肪酸に対して1〜20モル%が好ましく、2〜17モル%がより好ましく、5〜15モル%が更に好ましい。
[Acid catalyst]
In the method of the present invention, an acid catalyst is used as a catalyst. From the viewpoint of reactivity, the acid catalyst preferably has an acid dissociation index (pKa) at 25 ° C. of 3 or less, and more preferably 2 or less.
Specific examples thereof include sulfuric acid (second stage pKa in aqueous solution: 1.9), phosphoric acid (pKa: 2.2), p-toluenesulfonic acid (pKa: -2.6), benzenesulfonic acid (pKa:- 6.5), organic sulfonic acids such as trifluoromethanesulfonic acid (pKa: -13) and Nafion [registered trademark of DuPont, perfluorosulfonic acid / PTFE copolymer] dispersion (pKa: about -6), phosphotungsten Examples include heteropolyacids such as acid (pKa: 1.6) and phosphomolybdic acid (pKa: 2.4). Among these, sulfuric acid and organic sulfonic acid are preferable, and sulfuric acid and paratoluenesulfonic acid are particularly preferable.
Said acid catalyst can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
As the acid dissociation index (pKa), for example, the acid dissociation index described in the Chemical Handbook edited by the Chemical Society of Japan (Revised 3rd edition, published June 25, 1984, Maruzen Co., Ltd.) can be used.
The amount of the acid catalyst used is preferably from 1 to 20 mol%, more preferably from 2 to 17 mol%, still more preferably from 5 to 15 mol%, from the viewpoint of reaction rate and side reaction suppression.

また、原料として用いるグリセリンとしては、特に制限はないが、純度95%以上のものが好ましい。
グリセリンの仕込み量は、反応速度及びモノグリセリドの選択性等の観点から、脂肪酸に対して3モル倍以上が好ましく、4〜25モル倍がより好ましく、5〜20モル倍が更に好ましい。
The glycerin used as the raw material is not particularly limited, but preferably has a purity of 95% or more.
The amount of glycerin charged is preferably 3 mol times or more, more preferably 4 to 25 mol times, still more preferably 5 to 20 mol times with respect to the fatty acid, from the viewpoint of reaction rate and monoglyceride selectivity.

[攪拌条件]
本発明においては、前記の脂肪酸とグリセリンとを、攪拌羽根の先端周速が2m/s以上で、かつ下式で定義されるパス回数1000回/h以上の攪拌条件で混合しながら、前記酸触媒の存在下で加熱反応させる。このような攪拌条件下で、該脂肪酸とグリセリンとを乳化状態で反応させることにより、グリセリンモノ脂肪酸エステルが、高選択率で生成する。
攪拌羽根の先端周速は、グリセリンモノ脂肪酸エステルの選択性の観点から、2m/s以上であり、2〜10m/sであることが好ましく、3〜6m/sであることがより好ましい。
本発明に用いられる攪拌機としては内部挿入式攪拌機が好ましく、この場合、前記パス回数は、グリセリンモノ脂肪酸エステルの選択性の観点から、1000回/hr以上であり、1000〜3000回/hrが好ましく、1000〜2000回/hrがより好ましい。
なお、パス回数は、下記の式により定義される値である。
パス回数(回/h)=Nq・n・d3・1000・60
Nq:吐出係数(高速回転剪断型攪拌機では0.2)、
n:回転数(r/min)、 d:羽径(m)
[(参考)「乳化分散の理論と実際(実用編)」特殊機化工業株式会社編(1997年23頁)]
[Stirring conditions]
In the present invention, the above-mentioned fatty acid and glycerin are mixed with each other while stirring the tip peripheral speed of the stirring blade at 2 m / s or more and under the stirring conditions of 1000 times / h or more as defined by the following formula. The reaction is performed by heating in the presence of a catalyst. By reacting the fatty acid and glycerin in an emulsified state under such stirring conditions, a glycerin monofatty acid ester is produced with high selectivity.
The tip peripheral speed of the stirring blade is 2 m / s or more, preferably 2 to 10 m / s, more preferably 3 to 6 m / s, from the viewpoint of the selectivity of the glycerin monofatty acid ester.
As the stirrer used in the present invention, an internal insertion type stirrer is preferable. In this case, the number of passes is 1000 times / hr or more, preferably 1000 to 3000 times / hr, from the viewpoint of the selectivity of glycerin monofatty acid ester. 1000-2000 times / hr is more preferable.
The number of passes is a value defined by the following equation.
Number of passes (times / h) = Nq · n · d 3 · 1000 · 60
Nq: discharge coefficient (0.2 for high-speed rotary shearing type stirrer),
n: rotational speed (r / min), d: blade diameter (m)
[(Reference) “Theory and Practice of Emulsification and Dispersion (Practical)”, Special Machine Industries Co., Ltd.

本発明においては、攪拌機として、高速回転遠心放射型攪拌機及び高速回転剪断型攪拌機が好ましく、高速回転剪断型攪拌機がより好ましい。
高速回転遠心放射型攪拌機(ディスパーミキサー)は、丸鋸の刃を交互に上下に折り曲げた歯付き円盤形インペラを周速10〜30m/s程度で運転する攪拌機である。具体的には、プライミクス株式会社製のT.K.ホモディスパー等が挙げられる。
高速回転剪断型攪拌機(ホモミキサー)は、高速回転(周速10〜30m/s程度)する回転翼(タービン翼)と固定環(ステーター)を組みあわせたもので、両者の間に設けられた微細な間隙で起こる強力な剪断作用や衝撃力を利用して流体を微粒化、均質化する攪拌機であり、内部挿入式タイプや連続処理方式タイプがある。
内部挿入式タイプは、処理液を入れた容器に上部より挿入し回分撹拌を行うもので、市販品例としては、プライミクス株式会社製のT.K.ホモミキサー(商品名)、IKAジャパン株式会社製のウルトラタラックス(商品名)、株式会社日本精機製作所製のバイオミキサー(商品名)が挙げられる。
連続処理方式タイプは、流体の入り口と出口を設けた円筒状容器内にタービン、ステーターを挿入したものに処理液をワンスルーで通過させ連続的に撹拌を行うもので、市販品例としては、プライミクス株式会社製のT.K.パイプラインホモミキサー、T.K.ホモミックラインミル、T.K.ホモミックラインフロー、株式会社荏原製作所製のマイルダー等が挙げられる。
本発明においては、特に内部挿入式タイプの高速回転剪断型攪拌機がより好ましい。
In the present invention, as the stirrer, a high-speed rotating centrifugal radiation stirrer and a high-speed rotating shear stirrer are preferable, and a high-speed rotating shear stirrer is more preferable.
A high-speed rotating centrifugal radiation type stirrer (disper mixer) is a stirrer that operates a toothed disk-shaped impeller in which circular saw blades are alternately bent up and down at a peripheral speed of about 10 to 30 m / s. Specifically, T.M. K. A homodisper etc. are mentioned.
A high-speed rotary shear type agitator (homomixer) is a combination of a rotating blade (turbine blade) and a stationary ring (stator) that rotate at high speed (around 10 to 30 m / s) and is provided between the two. It is a stirrer that atomizes and homogenizes a fluid by using a strong shearing action and impact force that occurs in a fine gap, and there are an internal insertion type and a continuous processing type.
The internal insertion type is one in which a processing solution is placed in a container from above and stirred batchwise. As an example of a commercial product, T.I. K. Homomixer (trade name), Ultra Turrax (trade name) manufactured by IKA Japan Corporation, and Biomixer (trade name) manufactured by Nippon Seiki Seisakusho Co., Ltd. may be mentioned.
The continuous processing method type is one in which a processing liquid is passed through a cylindrical vessel with a fluid inlet and outlet and a turbine and a stator inserted in it, and continuously stirred. T.M. K. Pipeline homomixer, T.W. K. Homomic line mill, T.W. K. Examples include homomic line flow and milder manufactured by Ebara Corporation.
In the present invention, an internal insertion type high-speed rotary shearing type stirrer is particularly preferable.

本発明においては、脂肪酸とグリセリンとを、酸触媒の存在下で、前記攪拌条件で混合しながら、60〜150℃の温度範囲で反応させる。反応温度が上記範囲にあれば、グリセリンモノ脂肪酸エステルを高い選択率で得ることができる。グリセリンモノ脂肪酸エステルの選択性の観点から、反応温度は80〜145℃が好ましく、100〜140℃がより好ましい。
また、反応は、反応速度向上のために、通常0.01〜0.09MPa程度の減圧下、又は常圧で反応系内に窒素を導入し、生成する水を系外に除去しながら行うことが好ましい。
反応時間としては、脂肪酸転化率が90%以上、好ましくは95%以上になるような時間が望ましい。該反応時間は、反応温度、攪拌条件及び酸触媒の使用量等に左右されるが、通常1〜10時間程度、好ましくは3〜5時間である。
In the present invention, the fatty acid and glycerin are reacted in the temperature range of 60 to 150 ° C. while mixing under the stirring conditions in the presence of an acid catalyst. If reaction temperature exists in the said range, glycerol mono fatty-acid ester can be obtained with high selectivity. From the viewpoint of selectivity of glycerin monofatty acid ester, the reaction temperature is preferably 80 to 145 ° C, more preferably 100 to 140 ° C.
In addition, the reaction is usually performed while introducing nitrogen into the reaction system at a reduced pressure of about 0.01 to 0.09 MPa or at normal pressure to remove the generated water from the system in order to improve the reaction rate. Is preferred.
The reaction time is desirably such that the fatty acid conversion is 90% or more, preferably 95% or more. The reaction time depends on the reaction temperature, stirring conditions, the amount of acid catalyst used and the like, but is usually about 1 to 10 hours, preferably 3 to 5 hours.

本発明の製造方法によれば、脂肪酸転化率が90%以上、好ましくは95%以上に達し、しかもグリセリンモノ脂肪酸エステルの選択率は、通常60モル%以上となる。また、副生物は通常40モル%未満の割合で生成するが、それは主としてグリセリンジ脂肪酸エステルである。
本発明においては、上記のようにして得られた反応生成物から、余剰のグリセリンを減圧留去したのち、水洗等により酸触媒を除去することにより、純度約65%以上のグリセリンモノ脂肪酸エステルを得ることができる。
この純度約65%以上のグリセリンモノ脂肪酸エステルは、食品添加剤、化粧品等の乳化剤や保湿剤、工業用乳化剤、帯電防止剤、潤滑油の油性剤等として有用である。
According to the production method of the present invention, the fatty acid conversion rate reaches 90% or more, preferably 95% or more, and the selectivity for glycerin monofatty acid ester is usually 60 mol% or more. Further, by-products are usually produced at a ratio of less than 40 mol%, which is mainly glycerin difatty acid ester.
In the present invention, excess glycerin is distilled off from the reaction product obtained as described above under reduced pressure, and then the acid catalyst is removed by washing with water to obtain a glycerin monofatty acid ester having a purity of about 65% or more. Obtainable.
The glycerin monofatty acid ester having a purity of about 65% or more is useful as an emulsifier or moisturizer for food additives, cosmetics and the like, an industrial emulsifier, an antistatic agent, and an oily agent for lubricating oil.

なお本発明における選択性向上の理由は解明されているわけではないが、脂肪酸とグリセリンの界面ではグリセリンモノ脂肪酸エステル生成反応が進行し、選択性低下の原因となるオーバーリアクションやエステル交換反応は主に脂肪酸層中で進行するため、本発明の攪拌力によって乳化された結果、界面の面積を増大することによってグリセリンモノ脂肪酸エステル生成反応が有利に促進され、選択性が向上したものと考えられる。また、反応温度が高い程、反応速度は速いが、脂肪酸層中で進行するジエステル以上へのエステル化反応の反応速度も速くなるため、選択性が低下するものと考えられる。本発明の反応条件は、モノエステル化反応は脂肪酸とグリセリンの界面積を増加することによって加速し、反応温度を最適化することによって脂肪酸層中で進行するジエステル以上へのエステル化反応の反応速度を抑えることによって選択性を上げることができたものと考えられる。   The reason for the improvement in selectivity in the present invention is not yet elucidated, but the glycerol monofatty acid ester formation reaction proceeds at the interface between the fatty acid and glycerol, and the overreaction and transesterification that cause the decrease in selectivity are mainly performed. Therefore, it is considered that, as a result of emulsification by the stirring force of the present invention, the glycerin monofatty acid ester formation reaction is advantageously promoted and the selectivity is improved by increasing the area of the interface. In addition, the higher the reaction temperature, the faster the reaction rate, but the reaction rate of the esterification reaction to the diester or higher proceeding in the fatty acid layer is also increased, so the selectivity is considered to be lowered. The reaction conditions of the present invention are that the monoesterification reaction is accelerated by increasing the interfacial area of fatty acid and glycerin, and the reaction rate of the esterification reaction to more than the diester proceeding in the fatty acid layer by optimizing the reaction temperature It is considered that the selectivity could be improved by suppressing.

実施例1
ホモミキサー(プライミクス株式会社製、商品名:T.K.ホモミキサー)を備えた2Lガラス製容器に、グリセリン(花王株式会社製 局方グリセリン)552g(6.0モル)、パルミチン酸(花王株式会社製 ルナックP−95)78g(0.30モル)及び触媒としてパラトルエンスルホン酸一水和物(和光純薬工業株式会社製)5.8g(0.030モル)を仕込み、105℃にて窒素を系内に流通させながら(窒素流通量:250mL/min)、回転数:6000r/min、攪拌羽根の先端周速:3.1m/s及びパス回数:1097回/hの攪拌条件で、5時間反応を行った。
反応終了後の溶液はトリメチルシリル化した後、ガスクロマトグラフィー[カラム:Ultra−alloyキャピラリーカラム15.0m×250μm(Frontier Laboratories社製)、検出器:FID、インジェクション温度:300℃、ディテクター温度:350℃、He流量:4.6mL/min.]にて分析し、生成物を定量した。
その結果、脂肪酸転化率は96%、モノグリセリド選択率は65モル%であった。
製造条件及び結果を表1に示す。
なお、脂肪酸転化率及びモノグリセリド選択率は、以下の式により算出した。
脂肪酸転化率(%)=[残存脂肪酸のモル量/[原料脂肪酸の仕込みモル量]×100
モノグリセリド選択率(モル%)=[生成モノグリセリドのモル量/(生成モノグリセリドのモル量+生成ジグリセリドのモル量+生成トリグリセリドのモル量)]×100
Example 1
In a 2 L glass container equipped with a homomixer (manufactured by Primics Co., Ltd., trade name: TK homomixer), 552 g (6.0 mol) glycerin (Kao Corporation pharmacopoeia glycerin), palmitic acid (Kao stock) Company-made Lunac P-95 (78 g, 0.30 mol) and p-toluenesulfonic acid monohydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 5.8 g (0.030 mol) were charged as a catalyst at 105 ° C. While flowing nitrogen through the system (nitrogen flow rate: 250 mL / min), the rotation speed: 6000 r / min, the tip peripheral speed of the stirring blade: 3.1 m / s, and the number of passes: 1097 times / h, The reaction was performed for 5 hours.
After completion of the reaction, the solution was trimethylsilylated, followed by gas chromatography [column: Ultra-alloy capillary column 15.0 m × 250 μm (manufactured by Frontier Laboratories), detector: FID, injection temperature: 300 ° C., detector temperature: 350 ° C., He flow rate: 4.6 mL / min. The product was quantified.
As a result, the fatty acid conversion was 96% and the monoglyceride selectivity was 65 mol%.
Production conditions and results are shown in Table 1.
The fatty acid conversion rate and monoglyceride selectivity were calculated according to the following formulas.
Fatty acid conversion (%) = [Mole amount of residual fatty acid / [Mole amount of raw material fatty acid] × 100
Monoglyceride selectivity (mol%) = [Mole amount of produced monoglyceride / (Mole amount of produced monoglyceride + Mole amount of produced diglyceride + Mole amount of produced triglyceride)] × 100

実施例2〜4及び比較例1、2
表1に示す製造条件にて、実施例1と同様に反応を行った。その結果を表1に示す。
なお、比較例1で用いたメカニカルスターラーは、プライミクス株式会社製のT.K.ホモミキサーである。
Examples 2 to 4 and Comparative Examples 1 and 2
The reaction was performed in the same manner as in Example 1 under the production conditions shown in Table 1. The results are shown in Table 1.
The mechanical stirrer used in Comparative Example 1 was manufactured by T.M. K. It is a homomixer.

Figure 2010280604
Figure 2010280604

表1から、実施例1〜3の製造方法によれば、触媒としてパラトルエンスルホン酸を用いた場合、3〜5時間で脂肪酸転化率が95〜96%に達し、かつ65〜73モル%の高い選択率でグリセリンモノ脂肪酸エステル(モノグリセリド)が得られることが分かる。触媒として硫酸を用いた実施例4では、15時間で脂肪酸転化率が95%に達し、78モル%の高い選択率でグリセリンモノ脂肪酸エステルが得られている。
これに対し、パス回数が少ない比較例1では、3時間で脂肪酸転化率が98%に達しているが、グリセリンモノ脂肪酸エステルの選択率が58モル%と低い。また、反応温度が高い比較例2では、0.5時間で脂肪酸転化率が99%に達しているが、グリセリンモノ脂肪酸エステルの選択率が45モル%と極めて低い。
以上のことから、酸触媒の存在下に、特定の攪拌条件と温度範囲で、脂肪酸とグリセリンを反応させる本発明の方法は、グリセリンモノ脂肪酸エステルの製造方法として極めて有利である。
From Table 1, according to the production methods of Examples 1 to 3, when paratoluenesulfonic acid was used as a catalyst, the fatty acid conversion reached 95 to 96% in 3 to 5 hours, and 65 to 73 mol%. It turns out that glycerol mono-fatty acid ester (monoglyceride) is obtained with high selectivity. In Example 4 using sulfuric acid as a catalyst, the fatty acid conversion reached 95% in 15 hours, and a glycerin monofatty acid ester was obtained with a high selectivity of 78 mol%.
On the other hand, in Comparative Example 1 in which the number of passes was small, the fatty acid conversion rate reached 98% in 3 hours, but the selectivity of glycerin monofatty acid ester was as low as 58 mol%. Further, in Comparative Example 2 where the reaction temperature is high, the fatty acid conversion rate reaches 99% in 0.5 hours, but the selectivity of glycerin monofatty acid ester is extremely low at 45 mol%.
From the above, the method of the present invention in which a fatty acid and glycerin are reacted in the presence of an acid catalyst under a specific stirring condition and temperature range is extremely advantageous as a method for producing a glycerin monofatty acid ester.

Claims (5)

一般式(1)
1−COOH (1)
(式中、R1は炭素数8〜25のアルキル基を示す。)
で表される脂肪酸とグリセリンとを、酸触媒の存在下で反応させてグリセリンモノ脂肪酸エステルを製造する方法であって、脂肪酸とグリセリンとを、攪拌羽根の先端周速が2m/s以上で、かつパス回数1000回/h以上の攪拌条件下で混合しながら、60〜150℃の温度範囲で反応させる、グリセリンモノ脂肪酸エステルの製造方法。
General formula (1)
R 1 —COOH (1)
(In the formula, R 1 represents an alkyl group having 8 to 25 carbon atoms.)
In which the fatty acid and glycerin are reacted in the presence of an acid catalyst to produce a glycerin monofatty acid ester, the tip peripheral speed of the stirring blade being 2 m / s or more, And the manufacturing method of the glycerol mono-fatty acid ester made to react in the temperature range of 60-150 degreeC, mixing under stirring conditions 1000 times / h or more of passes.
脂肪酸に対するグリセリンのモル比で3以上である、請求項1に記載のグリセリンモノ脂肪酸エステルの製造方法。   The manufacturing method of the glycerol mono-fatty acid ester of Claim 1 which is 3 or more by the molar ratio of glycerol with respect to a fatty acid. 酸触媒が、25℃における酸解離定数(pKa)が3以下のものである、請求項1又は2に記載のグリセリンモノ脂肪酸エステルの製造方法。   The manufacturing method of the glycerol mono fatty acid ester of Claim 1 or 2 whose acid dissociation constant (pKa) in 25 degreeC is a 3 or less thing. 酸触媒が、有機スルホン酸及び硫酸の中から選ばれる少なくとも1種である、請求項3に記載のグリセリンモノ脂肪酸エステルの製造方法。   The manufacturing method of the glycerol mono-fatty acid ester of Claim 3 whose acid catalyst is at least 1 sort (s) chosen from organic sulfonic acid and a sulfuric acid. 酸触媒の使用量が、脂肪酸に対して1〜20モル%である、請求項1〜4のいずれかに記載のグリセリンモノ脂肪酸エステルの製造方法。   The manufacturing method of the glycerol mono-fatty acid ester in any one of Claims 1-4 whose usage-amount of an acid catalyst is 1-20 mol% with respect to a fatty acid.
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