有機化學(xué)在食品中應(yīng)用——蔗糖酯的合成

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1、有機化學(xué)在食品中應(yīng)用——蔗糖酯的合成的調(diào)查化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院應(yīng)用化學(xué)081班湯君2008014059前言：蔗糖酯是一種性能優(yōu)良的非離子表面活性劑。綜述了蔗糖酯的合成方法，分別介紹了溶劑法(包括二甲基甲酰胺法、丙二醇法、水溶劑法、甲醇法及相轉(zhuǎn)移催化法）。針對達州市蔗糖行業(yè)的優(yōu)勢，至此對蔗糖酯的應(yīng)用作了較為豐富的介紹。蔗糖脂肪酸酯簡稱蔗糖酯，是一種性能優(yōu)良的非離子表面活性劑。其外觀為白色至黃褐色的粉末狀、塊狀或無色至微黃色的黏稠樹脂狀。蔗糖酯的蔗糖部分為親水基，長鏈脂肪酸部分為親油基，無味，在體內(nèi)可被消化，以蔗糖和脂肪酸形式被吸收。它對眼睛和皮膚的刺激性很小，無毒性，很容易被微生物降解。它還

2、具有表面活性，可使表面張力減小，具有潤濕性，可使油乳化。由于上述性能，它的合成方法和應(yīng)用研究一直受到重視。1、蔗糖酯的合成方法自從1880年Herzfield在實驗室成功地合成蔗糖八乙酸酯以來，人們對蔗糖酯的合成路線研究經(jīng)歷從溶劑法到無溶劑的過程。合成路線隨著人們對蔗糖酯要求的提高而不斷改進，合成技術(shù)趨于簡便合理化。1.1溶劑法1956年，Osipow等121受美國蔗糖研究基金會的委托，研究開發(fā)了以二甲基甲酰胺(DMF)或二甲基亞砜為共溶劑來合成蔗糖酯的所謂snell法。其后，大日本制糖KK公司和法國的Mellebezons公司實現(xiàn)了蔗糖酯的小規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。這一方法是在K2C03催化劑

3、的存在下，蔗糖同脂肪酸甲酯在共溶劑二甲基甲酰胺中發(fā)生酯交換反應(yīng)。由于溶劑損失和將蔗糖酯精制到能食用水平的費用很高，因而這一方法未得到推廣。Neebraska-Shell法，即以不含氮的溶劑丙二醇來合成蔗糖酯。該法以脂肪酸皂為乳化分散劑是蔗糖和脂肪酸甲（已）酯形成微乳化液，反應(yīng)物充分混合，反應(yīng)順利進行。Neebraska-Shell法因微乳化液極不穩(wěn)定且反應(yīng)要求有很高的真空度以至于工業(yè)上很難控制，同時作為副產(chǎn)物的丙二醇脂肪酸酯很難去除，故產(chǎn)品純度不高。劉強以低碳烷基苯為助溶劑對snell法進行了改進。通過加入適量的助溶劑，可使反應(yīng)物料變成均一相，大大加快了反應(yīng)速度，同時減少了催化劑用量及皂

4、的生成量。反應(yīng)過程中溶劑保持回流狀態(tài)，損失少，易回收。由于反應(yīng)溫度低，反應(yīng)時間短，焦糖化和其它副反應(yīng)減少，有利于產(chǎn)品提純。姜國平等以甲醇為溶劑在適當條件下使反應(yīng)物形成一含有高分散度脂肪酸皂的反應(yīng)體系，在該體系中蔗糖不發(fā)生聚結(jié)、沉降，而與脂肪酸甲(乙)酯反應(yīng)合成蔗糖酯。在反應(yīng)初期反應(yīng)體系為不透明分散液，隨后體系變得透明，反應(yīng)加速進行。粗產(chǎn)物中單酯蔗糖酯的質(zhì)量分數(shù)為48％。林倫民等以蔗糖和脂肪酸酯為原料，以水為溶劑合成蔗糖酯，其合成技術(shù)關(guān)鍵在于將蔗糖、脂肪酸鈉和水混合形成均勻的溶液，然后溫度從110℃上升到175℃，壓力為7.742kPa，同時加入催化劑和脂肪酸鈉，以確保脂肪酸酯在不發(fā)生水解

5、的條件下進行脫水和酯交換。合成所得到的蔗糖酯，ω(單酯)=62％，ω(二酯)=29.5％，ω(三酯)=1.0％，皂化率為6.0％。該法在脫水形成微乳化液的過程中涉及到體系中水的含量與溫度、真空度的相互制約關(guān)系，如果控制不當，則在微乳化液形成之前，由于物料結(jié)塊、粘度驟增，而使攪拌困難，或乳化液被破壞，蔗糖沉淀分層而使反應(yīng)不能順利進行，這就使工業(yè)操作變得困難。季允豐等用相轉(zhuǎn)移催化法合成了乙酸蔗糖酯，在裝有攪拌器、回流冷凝管、溫度計的3口瓶中，加入ω(NaOH)=30％的溶液、催化劑、蔗糖、10mL1，2一二氯乙烷。攪拌混合后，冷卻至一定溫度，再慢慢滴加乙酐和1，2一二氯乙烷的混合物，加完后，

6、再攪拌一定時間，靜置分層，分出有機層，用水洗至中性，進行常壓蒸餾，將有機相蒸出后，趁熱將產(chǎn)物倒人冰水中，迅速攪拌，得粘稠狀淡黃色液體。此液體溶于乙醇中，用活性炭脫色后，用乙醇水溶液重結(jié)晶，即得乙酸蔗糖酯，產(chǎn)率為80.8％。1．2無溶劑法溶劑法合成蔗糖酯，不管使用哪種溶劑，都有其明顯缺點，或是所用溶劑有毒，產(chǎn)品不易提純，或是反應(yīng)時間太長，產(chǎn)率太低，或是三廢嚴重等。因此，人們又開始了無溶劑法研究。張英珍等以油脂和蔗糖為原料，在堿性催化下，不使用任何溶劑，直接進行酯交換。所得的粗產(chǎn)物經(jīng)除去脂肪皂、無機鹽和蔗糖等雜質(zhì)后，即可得含脂肪酸蔗糖酯和單脂肪酸甘油酯的混合物。如欲分別獲得高純度的脂肪酸蔗糖

7、酯和單脂肪酸甘油酯，則可進一步提純。該方法體系穩(wěn)定，容易控制，分離方法簡單，易于工業(yè)化，同時已建成了30t／a的中試規(guī)模裝置。產(chǎn)品完全符合國家標準。陳耀坤等以無溶劑直接法，獲得制取蔗糖酯的最佳工藝條件為：n(蔗糖)：n(硬脂酸乙酯)=l：2，無水碳酸鈉為硬脂酸乙酯和蔗糖總質(zhì)量的40％左右。反應(yīng)時間為9h，反應(yīng)溫度為125℃左右。胡建華等通過進一步研究，確定了無溶劑法合成蔗糖酯工藝的基本參數(shù)：n(蔗糖)：n(硬脂酸甲酯)=l：1：1：