文档介绍：蔗糖酯的合成研究进展综述
(西南大学化学化工学院, 重庆 400715)
摘要:蔗糖酯是一种高效乳化剂和表面活性剂,在工业上具有广泛的用途。对蔗糖酯的合成和分析方法研究进展进行综述,其合成方法主要有溶剂法、无溶剂法、微乳化法和酶催化法4种。其中溶剂法和酶催化法需用有毒溶剂,限制了产品在食品等行业的应用;无溶剂法反应温度较高,易产生焦化,产品质量得不到保证;微乳化法以丙二醇或水代替有毒溶剂,利用乳化剂使反应体系成为近似均相,是无毒高效的生产工艺。介绍薄层色谱、柱层析、高效液相色谱、红外色谱等在蔗糖酯分析中的应用,并总结了各自的特点。
关键词:蔗糖酯;合成;分析;表面活性剂
中图分类号: 文献标志码:A
前言
蔗糖酯(SE)又称蔗糖脂肪酸酯,是一种无毒、易生物降解、具有良好表面活性的非离子表面活性剂,有着广泛的用途。蔗糖酯在食品工业中可用作乳化剂、发泡剂、黏度调节剂、润滑光泽剂、抗老化剂、润湿与分散剂、抗菌剂;在日化工业中作洗净剂和化妆品;在医药工业中作增溶剂、分散剂、渗透剂、乳化剂、包覆剂、崩解剂等[1-12]。近年来蔗糖酯作为生理活性物质,在抗癌、增强免疫力和抗菌性方面的研究也引起科学界的关注。
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作者简介:李国兴(1990-),男,四川成都人,在校本科生,研究方向高分子材料
蔗糖酯按蔗糖中羟基与脂肪酸酯化度的不同可分为单酯、双酯和
多酯,单酯溶于温水,双酯、三酯及多酯难溶于水。蔗糖酯的熔点范围为50~100℃,温度过高会使蔗糖残基焦糖化而发黑。蔗糖酯在20℃以下水解作用较小,在120℃以下稳定,加热到145℃以上时则容易发生分解。
蔗糖单酯结构式如图1所示。当蔗糖酯结构中的羟基氢原子进一步被取代时获得双酯、三酯及多酯。
蔗糖酯合成原理
蔗糖酯的合成采用酯交换法,即蔗糖与脂肪酸低碳醇酯在碱性催化剂作用下发生酯交换反应,得到蔗糖酯和低碳醇。蔗糖酯是蔗糖(亲水)和脂肪酸(亲油)的酯化产物。其中的蔗糖是二糖,含1个葡萄糖吡喃环、1个果糖呋喃环和8个自由羟基。如图1所示,8个自由羟基中位于6,6’,1’位置上的3个伯羟基最容易被酯化,然后是5个仲羟基。一般认为3个伯羟基被酯化的难易程度是l’>6’>6位,即蔗糖单酯一般是6位上的羟基被酯化,但它们的差别不大。5个仲羟基酯化的难易程度基本相同。蔗糖酯合成一般采用碱催化反应。反应机理
[13]可解释为:蔗糖与碱作用生成蔗糖化物(Sucrate),由它离解成的阴离子进攻带有阳电荷的脂肪酸酯(以硬脂酸甲酯为例)的羧基碳,发生亲核取代反应,从而生成蔗糖酯。对此可用下列反应式表示:
其中:R"OH代表蔗糖;R"O代表蔗糖化离子;
代表脂肪酸低碳醇酯;R'OH代表甲醇。
2、蔗糖酯的合成方法
以蔗糖为化工原料的研究始于1948年,美、英为首的西方制糖工业并为此成立了国际性的研究机构,从而开辟了一个新的领域——糖化学。从此科学家们不断致力于研究各种合成蔗糖酯的新方法,合成原料、合成途径和催化剂的选择等都在不断地创新。到目前为止蔗糖酯的合成已有溶剂法、无溶剂法、微乳化法和相转移催化法等各种方法。
溶剂法最早是在20世纪50年代由Snell[14]提出的,其合成的表面活性剂蔗糖酯是这一领域的第一批产品。溶剂法生产蔗糖酯1959年在日本实现工业化生产。溶剂法主要是以二***甲酰***(DMF)或二***亚砜(DMSO)作溶剂,碳酸钾为催化剂,使蔗糖与脂肪酸酯发生酯化反应生成蔗糖酯。溶剂法的主要缺点是所采用的溶剂有毒,不利于食品和生活用品方面应用。提纯精制产品需要的设备投资大,成本高。
无溶剂法是通过高温使反应物成为熔融相,蔗糖和脂肪酸酯在熔融相中发生酯化反应。无溶剂法反应温度较高,蔗糖易焦化结块,反应常无法正常进行。有人通过在无溶剂反应体系中加入乳化剂、表面活性剂或其它助剂获得低温相溶相或低温固液非均相,使反应得以改进。
有文献报道,以硬脂酸甲酯和蔗糖为原料无溶剂合成蔗糖酯,用恒温仪通过控制石蜡浴温度使原料熔化,保持反应温度在120℃,用硬脂酸单甘酯为乳化剂,SrO为催化剂,在磁力搅拌作用下使反应以恒温进行,%[15]。
章亚东等[16]用乙醇代替有毒的甲醇在酸催化下与硬脂酸反应制出了硬脂酸乙酯。以合成硬脂酸乙酯和蔗糖为原料在催化剂和乳化剂的作用下, kPa,温度120℃,用无溶剂酯交换法合成蔗糖硬脂酸酯,%。硬脂酸乙酯和蔗糖的反应属于可逆反
应,为了反应有利于向正方向进行,要不断蒸出反应生成的乙醇,破坏反应的平衡,使酯交换反应趋向完全。降低压力也可促进反应向产物方向进行,加快反应速率,同时有隔绝空气作用,可