食品添加劑蔗糖脂肪酸酯為一種安全、無毒、無污染的非離子表面活性劑。該產品以蔗糖、植物油生產的脂肪酸或脂肪酸甲酯為原料、采用無溶劑法先進工藝精制而成,主要用于面、乳、油、糖果、飲料等食品,也可用于冷霜、香脂、唇膏、發乳等日用化工和醫藥產品、合成樹脂、染料、農藥等并作生物工程的酶制劑。本身因原料易得,工業化容易,生產經濟效益好而具有開發前途。
1 主要合成方法
1.1 合成蔗糖脂肪酸酯的3種方法
1.1.1 溶劑法 溶劑法是在催化劑作用下,使脂肪酸與甲醇先行反應生成脂肪酸甲酯,轉化率94%。再將脂肪酸甲酯、溶劑、蔗糖在碳酸鉀催化作用下進行脫水和酯交換,然后減壓蒸餾,回收溶劑,產物洗滌,干燥得成品。這是工業上普通采用的方法。
1.1.2 微乳法 微乳法是在乳化劑或角皂存在下,使脂肪酸酯、蔗糖反應生成微乳,此反應的關鍵在于不能破乳,否則就會降低產出率。目前采用水做溶劑,還必須防止脂肪酸的水解。
1.1.3 無溶劑法 即不需溶劑,直接用蔗糖,脂肪酸甲酯、納皂反應,而后蒸餾,冷卻回收蔗糖脂肪酸酯混合物。國內江蘇省金湖縣油脂廠實現了工業化生產。
1.2 國外新開發的脂肪酸多酯的合成方法
此法分為兩步法和一步法。兩步法是將脂肪酸甲酯與蔗糖在一定條件下反應生成蔗糖脂肪酸酯,再加入脂肪酸甲酯生成多糖酯。反應以蔗糖為原料計收率為92%。一步法是用蔗糖、脂肪酸甲酯、脂肪酸鹽一次完成反應,收率以蔗糖汁為85%。
2 合成多糖脂酸酯的操作過程
2.1 兩步法
實例1
將3.6g85%KOH顆粒(0.055mol)溶于定量的甲醇內,并與103g(0.347mol)棉籽油酸甲酯在加熱條件下攪拌回流反應2h。而后加入25g蔗糖(0.073mol)和1gK2CO3。(脂肪酸鹽與蔗糖重量比為0.75:1)。在氮氣保護下,蒸出甲醇,升溫到100e,抽真空,繼續加熱至135e在此溫度下反應2h。第二步取174g脂肪酸甲酯(0.585mol)投入反應器內,使脂肪酸甲酯與蔗糖重量比為12：1,溫度隨后回到135e。在攪拌和真空下繼續反應3h,真空度逐漸降低,從666.6Pa到66.6Pa,此時從反應物中回收甲醇。將產物冷至90~100e,在10min內于80e下加入水:醇:鹽為80:20:2(wt)的200ml混合物,將產物移至分液漏斗內進行分離棄去下層皂液,溶液返回反應器內加水。第一次和第二次用水:醇:鹽(80:20:2)液進行水洗,再用2%乙醇溶液洗二次,(均在
80e以下),真空干燥溶液,用1%~5%Filtrol(漂白土)脫色、過濾并在205e下回收過量的脂肪酸甲酯。
2.2 一步法
實例2
將3.6g35%KOH顆粒(0.055mol)溶于50ml甲醇內后與278g(0.933mol)棉籽油酸甲酯回流反應2h,加入25g(0.073mol)蔗糖和1g碳酸鉀。脂肪酸鹽與蔗糖重量比為0.75：1。在氮氣保護下,蒸餾回收甲醇。當反應達100e時抽真空,升溫到135e并在此溫度下反應4h。冷卻,加15ml水,在強攪拌下(45min,8000rpm)攪拌反應5min后,從產物中將多糖酯和皂液分離。產物用1%~5%Filtrol105脫色過濾,在205e下回收過量的脂肪酸甲酯。按蔗糖汁收率為85%。
實例3
按照例1的方法,改用其它的催化劑進行對比試驗。這些催化劑分別包括K2CO3、Na2CO3、NaOCH3、NaH、KOH;反應料用10mol%蔗糖和4%w的蔗糖,結果見表1。
生產蔗糖酯所需設備主要為反應釜,工業化易于進行。蔗糖酯所需原料費為1.3萬元/噸,售價
2.5萬元/噸,經濟效益很高。
3 應用
蔗糖酯的HLB值廣泛,能降低水的表面張力,形成膠束,具有去污、乳化、洗滌、分散、濕潤、滲透、擴散、起泡、抗氧、粘度調節、殺菌、防止老化、抗靜電、防止晶折等多功能,用于制作糕點、面包,可作為人造乳制品中的乳化穩定劑,食品保鮮劑,減肥添加劑等。英國用于食品的蔗糖酯占總酯量的一半以上。我國蔗糖酯開發較晚,品種不多,特別是高HLB值的蔗糖酯,幾乎還是空白,難以滿足飲料、乳化香精等行業的需要。近年來,英國開發的蔗糖多酯代替油酯食用時發現,它能降低人體膽固醇,治療和防治膽固醇方面的疾病。在英國已實現了工業化、蔗糖酯對人體無任何刺激和副作用,在化妝品如香精、洗發劑等中能起乳化、分散、增溶等作用,用于發泡劑、增溶劑等的需求增長更快。特別是近年來在生物學方面用于生物工程酶制劑、而頗受歡迎。
蔗糖酯可用于制藥劑、藥片和醫藥助劑;紡織行業的勻染劑、抗靜電劑以增加紡織物的潤濕性和柔軟性。還可作為合成纖維行業合纖助劑,合成橡膠、塑料行業生產聚氨酯等反應的乳化劑,塑料的無毒穩定劑、增塑劑和改進添加劑,以及石油開采等等,其應用領域正在不斷擴大。由于蔗糖酯功能獨特,國內需求每年以8%~13%的速度增長,在食品行業中我國非離子表面活性劑年需用量5000噸,需用量最大為蔗糖酯,特別是蔗糖多酯,在我國至今生產還是空白。
總之,蔗糖酯作為優良性能的表面活性劑,用途廣泛。經濟效益好,市場需求廣闊,應下大力進行開發。