蔗糖脂肪酸酯純化工藝研究

朱錫忠，曹凌峰，朱霄鵬，貢利偉，徐麗苗，姜國平

（浙江合糖科技有限公司，浙江金華321016）

蔗糖脂肪酸酯純化工藝研究

朱錫忠，曹凌峰，朱霄鵬，貢利偉，徐麗苗，姜國平

（浙江合糖科技有限公司，浙江金華321016）

將蔗糖脂肪酸酯粗品溶解于乙酸乙酯中，溶解濾除蔗糖后得蔗糖脂肪酸酯粗品溶液，再于55℃～60℃攪拌下加入硫酸鎂，析出固體。過濾得濾液與固體。濾液經水洗、干燥得低單酯蔗糖脂肪酸酯。將固體用乙酸乙酯泡洗，泡洗液經水洗、干燥得高單酯蔗糖脂肪酸酯。蔗糖脂肪酸酯總收率為85%～98%。

蔗糖脂肪酸酯；堿土金屬鹽；硫酸鎂；單酯

蔗糖脂肪酸酯（sucrose fatty acid ester），簡稱蔗糖酯，是一種HLB值域寬、效果好、安全性高、應用范圍廣的乳化劑。由于其高度安全性，聯合國糧食組織（FAO）和世界衛生組織（WHO）分別在1969年和1980年批準蔗糖酯作為食品添加劑，目前已在美國、日本、中國及歐盟各國得到普遍應用，在食品工業、醫藥制造、日化用品等行業中，具有廣泛的應用前景[1-4]。隨著蔗糖酯應用的逐漸深入與廣泛，發現在較多場合，尤其是醫藥、化妝品等領域對蔗糖酯品質要求較高。不僅要求蔗糖酯中雜質含量低，且要求蔗糖單酯、蔗糖雙酯、蔗糖多酯的分布在一定的范圍，以達到較好的使用效果。

目前，工業化生產蔗糖酯的方法均采用酯交換法，酯交換法合成蔗糖酯分為溶劑法和無溶劑法，其粗品中含有蔗糖、脂肪酸鉀（或鈉）、脂肪酸等雜質，純度較低，無法滿足高端使用需求。為獲得高純度的蔗糖酯，必須對蔗糖酯粗品進行除雜提純。關于粗品中雜質去除，已有較多報道。較典型的方式是：粗品中未反應蔗糖多采用過濾或水洗去除；脂肪酸鉀（或鈉）、脂肪酸等去除則采用酸化、鹽析、有機溶劑提取脂肪酸的方式。該方法的缺點：（1）鹽析共沉淀產生大量高含鹽廢水，造成較大環保處理壓力；（2）用酸進行調節pH的過程中，強酸性易使蔗糖酯水解，不僅造成產品分解，而且增加雜質；（3）硬脂酸提取效果不佳，需較多溶劑、多次提取來降低酸值，且該過程易使蔗糖酯溶入提取液中，降低產品收率。

另一種較新穎的方法是二氧化碳超臨界洗滌法[5]，該方法利用粗品中需除去的蔗糖、脂肪酸、脂肪酸甲酯和產品蔗糖酯在液體二氧化碳中溶解度的較大差異，達到分離出產品的目的。該提純方法為物理過程，具有工藝簡單、無廢水、節能環保的優點，但目前工業化生產應用方面還存在一定的困難，還沒有工業化應用報道。另外，為獲得蔗糖單酯、蔗糖雙酯等分布符合使用要求的蔗糖酯，常將上述已去除硬脂酸的蔗糖酯溶液進行結晶精制以得到高單酯、低單酯蔗糖酯，操作繁復。

針對上述問題和缺陷，設計了較為合理工藝方案：將蔗糖脂肪酸酯粗品溶解于溶劑中，過濾除去蔗糖。濾液于45℃～60℃攪拌下加入堿土金屬鹽，析出固體。過濾得濾液與固體。濾液經水洗、干燥得低單酯蔗糖脂肪酸酯。固體用溶劑洗滌，洗滌液經水洗、干燥得高單酯蔗糖脂肪酸酯。該工藝所得產品品質好、蔗糖酯回收率高、純化與單、雙酯分離相結合、蔗糖酯粗品中的蔗糖可回收套用、三廢量少且易處理，適合工業化生產[6]。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

試劑：自制蔗糖酯粗品、硫酸鎂、氯化鈣、氯化鋇、乙酸乙酯、正丁醇、丁酮。

儀器：三頸燒瓶、電動攪拌器、真空泵。

1.2 實驗步驟

在500 mL三頸燒瓶中，裝入100 g自制蔗糖酯粗品（成分：蔗糖酯47.1%，硬脂酸鉀25.9%，蔗糖24.8%，其它2.2%），加入250 mL乙酸乙酯，攪拌升溫至65℃～70℃，充分溶解后過濾除去蔗糖。于45℃～50℃攪拌下往濾液中加入15 g硫酸鎂水溶液（含硫酸鎂5 g），保溫反應適當時間，經過濾分離得到濾液A和固體B。濾液A以60 mL水水洗3～5次，上層有機層蒸餾回收溶劑后，即得低單酯蔗糖酯。于70℃～75℃下，將濾餅固體用300 mL乙酸乙酯泡洗、過濾，濾液以60 mL水水洗3～5次、干燥得高單酯蔗糖酯。蔗糖脂肪酸酯總收率90%～98%。

2 結果與結論

實驗過程分別研究了堿土金屬種類、提純溶劑種類、提純反應溫度等因素的影響，并對該方法的適應性進行了考察。最后對提純蔗糖酯進行薄層分析、游離糖和灰份含量等指標進行測定。

2.1 堿土金屬鹽種類影響

如1.2節所述進行實驗，分別考察了硫酸鎂、氯化鈣、氯化鋇為堿土金屬鹽對產品收率及含量的影響。堿土金屬鹽用量均為蔗糖酯粗品中硬脂酸鹽完全反應所需量的1.05倍。

表1 堿土金屬種類對收率含量的影響Table 1Effect of alkaline-earth metal saltson yield and assay

由表1可知，采用硫酸鎂為堿土金屬鹽時收率最高。硫酸鎂使得粗品中硬脂酸鉀轉變成不溶于體系的硬脂酸鎂，高單酯蔗糖酯更易被吸附于硬脂酸鎂上，形成共沉淀，過濾所得濾液經后處理得到低單酯蔗糖酯。而固體則用溶劑在較高溫度下泡洗，泡洗液經后處理得到高單酯蔗糖酯。硫酸鎂收率較高的可能原因是鎂離子較鈣、鋇離子小，與蔗糖酯的相互作用小，因此在高溫條件下蔗糖酯易被洗脫。

2.2 溶劑種類的影響

如1.2節所述進行實驗，分別考察了正丁醇、乙酸乙酯、丁酮溶劑對產品收率及含量的影響。其中粗品溶解溶劑與固體B泡洗溶劑一致。

表2 溶劑種類對收率含量的影響Table 2Effect of solvent on yield and assay

由表2可知，以正丁醇為溶劑收率最高。但與乙酸乙酯相比，氣味較大，沸點高，產品中易有溶劑殘留。以乙酸乙酯為溶劑時，收率較高，且去除溶劑時有較大優勢，故最終選定乙酸乙酯為溶劑。

2.3 保溫反應時間的影響

經考察，反應時間是影響產品質量與收率的重要因素。蔗糖酯粗品溶解后，硬脂酸鉀與硫酸鎂反應生成不溶于溶劑的硬脂酸鎂，保溫反應太短，反應不完全，硬脂酸鉀殘留較多，影響最終產品的總酯含量和灰份。而保溫反應過長，則因生成的硬脂酸鎂在長時間攪拌下顆粒太小，影響過濾效果，降低高單酯蔗糖酯的產量同時也影響最終產品含量。

表3 反應時間對收率含量的影響Table 2Effect of reaction time on yield and assay

由表3可知，保溫反應30 min時總收率最高。但30 min時，低單酯蔗糖酯的單酯含量較高，高單酯蔗糖酯收率偏低，未達到預期分離單、雙酯、多酯的目的。隨著反應時間延長，60 min時，總收率較高，且單雙酯分離較好。反應時間繼續延長時，收率降低。因所得硬脂酸鎂在長時間攪拌下變細，吸附較多蔗糖酯，泡洗溶出困難，且過濾較慢，致使硬脂酸鎂濾餅中吸附較多產品，導致最終總收率降低。對比數據還發現，隨著時間延長，高單酯蔗糖酯中的單酯含量有下降趨勢。將硬脂酸鎂濾餅進行檢測發現，單酯更易被吸附于硬脂酸鎂固體上。

表4 粗品蔗糖酯含量對收率的影響Table 4Effect of sucrose fatty acid ester on yield

2.4 適用性考察

采用上述實驗所得的優化條件，對不同總酯含量的蔗糖酯粗品進行處理，所得數據如表4所示。

由表4可知，所考察的蔗糖酯粗品按1.2所述進行實驗，收率均在85%以上，且隨蔗糖酯含量的提高而提高。隨著含量的提高，殘留未反應蔗糖減少，濾糖時損失的蔗糖酯減少。硬脂酸鉀的占比也相對減少，所轉化的硬脂酸鎂也相應減少，其上吸附的蔗糖酯也減少。另一方面，蔗糖酯含量高的粗品往往單酯含量較低，而單酯更易于損失在過濾（被硬脂酸鎂吸附）、洗滌等環節。綜合上述幾方面原因，粗品中蔗糖酯含量越高，總收率也越高。

2.5 生產應用

將實驗結果所得的優選工藝參數，應用到生產上，得到的低單、高單酯蔗糖酯在總酯含量、游離糖、灰份、生產工藝穩定上都優于現有提純工藝，游離糖、灰份分別低于3%和1.5%，達到日本標準、歐洲標準、FAO/WHO及美國標準要求，總酯含量達到85%以上，超過以上各標準要求。

3 結論

（1）將蔗糖脂肪酸酯粗品溶解于有機溶劑中，濾糖后濾液采用堿土金屬鹽處理，可將除雜與單雙酯分離相結合，蔗糖脂肪酸酯總收率為85%～98%。

（2）經優化的條件為：以乙酸乙酯為溶劑，硫酸鎂為堿土金屬鹽，用量為理論量的1.05倍，反應60 min左右過濾，濾液經水洗、干燥得低單酯蔗糖酯。固體經乙酸乙酯泡洗，泡洗液再經水洗干燥得高單酯蔗糖酯。該方法適合于各種蔗糖酯含量的蔗糖酯粗品，含量越高，收率越高。

（3）該方法應用于生產，所得蔗糖酯純度高，蔗糖酯的總酯含量、游離糖、灰份等指標達到日本標準、歐洲標準、FAO/WHO及美國標準要求。

[1]嚴量，鄭彤，周志勇，等.無溶劑法合成高純度蔗糖脂肪酸酯[J].化工生產與技術，2010，17（4）：23-24.

[2]Matsumoto S，Hatakawa Y，Nakajima A.Process for purifying sucrose fatty acid esters：EP，0349849A2[P].1990-01-10.

[3]秦翠群，陳永富，史之謹，等.無溶劑法合成蔗糖脂肪酸酯的工藝改進研究[J].食品科技，2002，（3）：47-48.

[4]謝笑天，張慧萍，鄭萍，等.薄層掃描法測定蔗糖脂肪酸酯的各組成酯[J].色譜，2000，18（4）：367-369.

[5]嚴曉陽.一種蔗糖脂肪酸酯的提純方法：CN，104387429A[P].2015-03-04.

[6]姜國平.一種蔗糖脂肪酸酯的提純分離方法：CN，104004033A[P].2014-08-27.

Study on Sucrose Fatty Acid Ester Purification Technology

ZHU Xi-zhong，CAO Ling-feng,ZHU Xiao-peng,GONG Li-wei,XU Li-miao,JIANG Guo-ping
（Zhejiang Synose Tech Co.，Ltd.，Jinhua，Zhejiang 321016，China）

The crude sucrose fatty acid ester was dissolved in ethyl acetate，then the sucrose was filtered to get crude solution of sucrose fatty acid ester.Magnesium sulfate was added at 55℃～60℃as stirring，and precipitation was got.The solution was filtered to obtain filtrate andsolid.The filtrate was washed by water and dried to obtain low monoester sucrose fatty acid ester.The solid was washedwith ethyl acetate.Then the organic layer was washed by water and dried to obtain high monoestersucrose fatty acid ester.The total yield of sucrose fatty acid ester was 85%～98%.

sucrose fatty acid ester；alkaline-earth metal salts；magnesium sulfate；monoester

1006-4184（2017）6-0032-04

2017-03-14

朱錫忠（1978-），男，浙江金華人，工程師，研究方向：食品添加劑和精細化學品。E-mail：66729481@qq.com。