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(chǎn)品以蔗糖、植物油生產(chǎn)的脂肪酸或脂肪酸甲酯為原料、采用無溶劑法先進(jìn)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(fā)乳等日用化工和醫(yī)藥產(chǎn)品、合成樹脂、染料、農(nóng)藥等并作生物工程的酶制劑。本身因原料易得,工業(yè)化容易,生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益好而具有開發(fā)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(yīng)生成脂肪酸甲酯,轉(zhuǎn)化率94%。再將脂肪酸甲酯、溶劑、蔗糖在碳酸鉀催化作用下進(jìn)行脫水和酯交換,然后減壓蒸餾,回收溶劑,產(chǎn)物洗滌,干燥得成品。這是工業(yè)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(yīng)生成微乳,此反應(yīng)的關(guān)鍵在于不能破乳,否則就會(huì)降低產(chǎn)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(yīng),而后蒸餾,冷卻回收蔗糖脂肪酸酯混合物。國(guó)內(nèi)江蘇省金湖縣油脂廠實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。
1.2 國(guó)外新開發(fā)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(yīng)生成蔗糖脂肪酸酯,再加入脂肪酸甲酯生成多糖酯。反應(yīng)以蔗糖為原料計(jì)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(yīng),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(shí)例1
將3.6g85%KOH顆粒(0.055mol)溶于定量的甲醇內(nèi),并與103g(0.347mol)棉籽油酸甲酯在加熱條件下攪拌回流反應(yīng)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?dú)獗Ｗo(hù)下,蒸出甲醇,升溫到100e,抽真空,繼續(xù)加熱至135e在此溫度下反應(yīng)2h。第二步取174g脂肪酸甲酯(0.585mol)投入反應(yīng)器內(nèi),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(xù)反應(yīng)3h,真空度逐漸降低,從666.6Pa到66.6Pa,此時(shí)從反應(yīng)物中回收甲醇。將產(chǎn)物冷至90~100e,在10min內(nèi)于80e下加入水:醇:鹽為80:20:2(wt)的200ml混合物,將產(chǎn)物移至分液漏斗內(nèi)進(jìn)行分離棄去下層皂液,溶液返回反應(yīng)器內(nèi)加水。第一次和第二次用水:醇:鹽(80:20:2)液進(jìn)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(shí)例2
將3.6g35%KOH顆粒(0.055mol)溶于50ml甲醇內(nèi)后與278g(0.933mol)棉籽油酸甲酯回流反應(yīng)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?dú)獗Ｗo(hù)下,蒸餾回收甲醇。當(dāng)反應(yīng)達(dá)100e時(shí)抽真空,升溫到135e并在此溫度下反應(yīng)4h。冷卻,加15ml水,在強(qiáng)攪拌下(45min,8000rpm)攪拌反應(yīng)5min后,從產(chǎn)物中將多糖酯和皂液分離。產(chǎn)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(shí)例3
按照例1的方法,改用其它的催化劑進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。這些催化劑分別包括K2CO3、Na2CO3、NaOCH3、NaH、KOH;反應(yīng)料用10mol%蔗糖和4%w的蔗糖,結(jié)果見表1。
生產(chǎn)蔗糖酯所需設(shè)備主要為反應(yīng)釜,工業(yè)化易于進(jìn)行。蔗糖酯所需原料費(fèi)為1.3萬元/噸,售價(jià)
2.5萬元/噸,經(jīng)濟(jì)效益很高。
3 應(yīng)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(rùn)、滲透、擴(kuò)散、起泡、抗氧、粘度調(diào)節(jié)、殺菌、防止老化、抗靜電、防止晶折等多功能,用于制作糕點(diǎn)、面包,可作為人造乳制品中的乳化穩(wěn)定劑,食品保鮮劑,減肥添加劑等。英國(guó)用于食品的蔗糖酯占總酯量的一半以上。我國(guó)蔗糖酯開發(fā)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(yè)的需要。近年來,英國(guó)開發(fā)的蔗糖多酯代替油酯食用時(shí)發(fā)現(xiàn),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(guó)已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化、蔗糖酯對(duì)人體無任何刺激和副作用,在化妝品如香精、洗發(fā)劑等中能起乳化、分散、增溶等作用,用于發(fā)泡劑、增溶劑等的需求增長(zhǎng)更快。特別是近年來在生物學(xué)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(yī)藥助劑;紡織行業(yè)的勻染劑、抗靜電劑以增加紡織物的潤(rùn)濕性和柔軟性。還可作為合成纖維行業(yè)合纖助劑,合成橡膠、塑料行業(yè)生產(chǎn)聚氨酯等反應(yīng)的乳化劑,塑料的無毒穩(wěn)定劑、增塑劑和改進(jìn)添加劑,以及石油開采等等,其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大。由于蔗糖酯功能獨(dú)特,國(guó)內(nèi)需求每年以8%~13%的速度增長(zhǎng),在食品行業(yè)中我國(guó)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(guó)至今生產(chǎn)還是空白。
總之,蔗糖酯作為優(yōu)良性能的表面活性劑,用途廣泛。經(jīng)濟(jì)效益好,市場(chǎng)需求廣闊,應(yīng)下大力進(jìn)行開發(fā)。