食品添加剂蔗糖脂肪酸酯为一种安全、无毒、无污染的非离子表面活性剂。该产品以蔗糖、植物油生产的脂肪酸或脂肪酸甲酯为原料、采用无溶剂法先进工艺精制而成,主要用于面、乳、油、糖果、饮料等食品,也可用于冷霜、香脂、唇膏、发乳等日用化工和医药产品、合成树脂、染料、农药等并作生物工程的酶制剂。本身因原料易得,工业化容易,生产经济效益好而具有开发前途。
1 主要合成方法
1.1 合成蔗糖脂肪酸酯的3种方法
1.1.1 溶剂法 溶剂法是在催化剂作用下,使脂肪酸与甲醇先行反应生成脂肪酸甲酯,转化率94%。再将脂肪酸甲酯、溶剂、蔗糖在碳酸钾催化作用下进行脱水和酯交换,然后减压蒸馏,回收溶剂,产物洗涤,干燥得成品。这是工业上普通采用的方法。
1.1.2 微乳法 微乳法是在乳化剂或角皂存在下,使脂肪酸酯、蔗糖反应生成微乳,此反应的关键在于不能破乳,否则就会降低产出率。目前采用水做溶剂,还必须防止脂肪酸的水解。
1.1.3 无溶剂法 即不需溶剂,直接用蔗糖,脂肪酸甲酯、纳皂反应,而后蒸馏,冷却回收蔗糖脂肪酸酯混合物。国内江苏省金湖县油脂厂实现了工业化生产。
1.2 国外新开发的脂肪酸多酯的合成方法
此法分为两步法和一步法。两步法是将脂肪酸甲酯与蔗糖在一定条件下反应生成蔗糖脂肪酸酯,再加入脂肪酸甲酯生成多糖酯。反应以蔗糖为原料计收率为92%。一步法是用蔗糖、脂肪酸甲酯、脂肪酸盐一次完成反应,收率以蔗糖汁为85%。
2 合成多糖脂酸酯的操作过程
2.1 两步法
实例1
将3.6g85%KOH颗粒(0.055mol)溶于定量的甲醇内,并与103g(0.347mol)棉籽油酸甲酯在加热条件下搅拌回流反应2h。而后加入25g蔗糖(0.073mol)和1gK2CO3。(脂肪酸盐与蔗糖重量比为0.75:1)。在氮气保护下,蒸出甲醇,升温到100e,抽真空,继续加热至135e在此温度下反应2h。第二步取174g脂肪酸甲酯(0.585mol)投入反应器内,使脂肪酸甲酯与蔗糖重量比为12：1,温度随后回到135e。在搅拌和真空下继续反应3h,真空度逐渐降低,从666.6Pa到66.6Pa,此时从反应物中回收甲醇。将产物冷至90~100e,在10min内于80e下加入水:醇:盐为80:20:2(wt)的200ml混合物,将产物移至分液漏斗内进行分离弃去下层皂液,溶液返回反应器内加水。第一次和第二次用水:醇:盐(80:20:2)液进行水洗,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)脱色、过滤并在205e下回收过量的脂肪酸甲酯。
2.2 一步法
实例2
将3.6g35%KOH颗粒(0.055mol)溶于50ml甲醇内后与278g(0.933mol)棉籽油酸甲酯回流反应2h,加入25g(0.073mol)蔗糖和1g碳酸钾。脂肪酸盐与蔗糖重量比为0.75：1。在氮气保护下,蒸馏回收甲醇。当反应达100e时抽真空,升温到135e并在此温度下反应4h。冷却,加15ml水,在强搅拌下(45min,8000rpm)搅拌反应5min后,从产物中将多糖酯和皂液分离。产物用1%~5%Filtrol105脱色过滤,在205e下回收过量的脂肪酸甲酯。按蔗糖汁收率为85%。
实例3
按照例1的方法,改用其它的催化剂进行对比试验。这些催化剂分别包括K2CO3、Na2CO3、NaOCH3、NaH、KOH;反应料用10mol%蔗糖和4%w的蔗糖,结果见表1。
生产蔗糖酯所需设备主要为反应釜,工业化易于进行。蔗糖酯所需原料费为1.3万元/吨,售价
2.5万元/吨,经济效益很高。
3 应用
蔗糖酯的HLB值广泛,能降低水的表面张力,形成胶束,具有去污、乳化、洗涤、分散、湿润、渗透、扩散、起泡、抗氧、粘度调节、杀菌、防止老化、抗静电、防止晶折等多功能,用于制作糕点、面包,可作为人造乳制品中的乳化稳定剂,食品保鲜剂,减肥添加剂等。英国用于食品的蔗糖酯占总酯量的一半以上。我国蔗糖酯开发较晚,品种不多,特别是高HLB值的蔗糖酯,几乎还是空白,难以满足饮料、乳化香精等行业的需要。近年来,英国开发的蔗糖多酯代替油酯食用时发现,它能降低人体胆固醇,治疗和防治胆固醇方面的疾病。在英国已实现了工业化、蔗糖酯对人体无任何刺激和副作用,在化妆品如香精、洗发剂等中能起乳化、分散、增溶等作用,用于发泡剂、增溶剂等的需求增长更快。特别是近年来在生物学方面用于生物工程酶制剂、而颇受欢迎。
蔗糖酯可用于制药剂、药片和医药助剂;纺织行业的匀染剂、抗静电剂以增加纺织物的润湿性和柔软性。还可作为合成纤维行业合纤助剂,合成橡胶、塑料行业生产聚氨酯等反应的乳化剂,塑料的无毒稳定剂、增塑剂和改进添加剂,以及石油开采等等,其应用领域正在不断扩大。由于蔗糖酯功能独特,国内需求每年以8%~13%的速度增长,在食品行业中我国非离子表面活性剂年需用量5000吨,需用量最大为蔗糖酯,特别是蔗糖多酯,在我国至今生产还是空白。
总之,蔗糖酯作为优良性能的表面活性剂,用途广泛。经济效益好,市场需求广阔,应下大力进行开发。