淀粉基表面活性劑烷基糖苷的制備方法與應用概述

＊陳嚴雙

（西北民族大學 甘肅 730000）

近年來，隨著綠色環(huán)保理念不斷深入人心，表面活性劑的使用和生產(chǎn)也朝著環(huán)保高效的方向發(fā)展，主要體現(xiàn)在高效的生物降解性、順著綠色化生產(chǎn)和對天然可再生資源的充分利用等方面。其中，占據(jù)主要地位的烷基糖苷（Alkyl Polygly-coside，簡稱APG）以淀粉為主要原料而制成，它具有表面活性高，去污能力強，協(xié)調(diào)性好，泡沫豐富細膩，無毒無刺激性等十分優(yōu)異的性能，是21世紀世界公認的“綠色型”表面活性劑，應用前景十分廣泛，有望成為發(fā)展最快最好的表面活性劑之一。因此，生產(chǎn)新型的烷基糖苷—淀粉基表面活性劑有著巨大的潛力和優(yōu)勢。

1.基本信息

(1)性質(zhì)

烷基糖苷是以淀粉水解產(chǎn)物為原料而合成的，由于天然脂肪醇和葡萄糖之間脫水位置不同，所以產(chǎn)品比較復雜，通常也叫烷基多苷產(chǎn)品，這種新型的非離子表面活性劑兼具有離子型和陰離子型表面活性劑的性能[1]。其綠色環(huán)保的特性受到了國際的公認。常溫下烷基糖苷的狀態(tài)為淡黃色油狀液體或者白色固體粉末，易溶于水，熔點為165℃-166℃。常見的分子結構式為RO(G)n，其中G代表葡萄糖單元結構，R代表烷基結構，一般以飽和的直鏈烷烴為主。

純烷基糖苷為白色固體。由于成分的不同，它的產(chǎn)品有奶油色、淡黃色和琥珀色。其刺激性小且沒有其他表面活性劑的毒副作用，具有顯著的增稠和去污能力。APG的極性基團是純的天然糖的結構，這是刺激性很低的主要原因。刺激性和鏈長也有很大關系。研究表明，烷基碳鏈的平均長度越短，對皮膚的刺激性也會越小。在傳統(tǒng)洗衣粉中添加APG不僅可以保持原有的洗滌性能，而且可以明顯提高抗硬水性、溫和性和對污垢的去污能力。APG化學性質(zhì)穩(wěn)定，在強堿、強酸和高濃度電解質(zhì)中性能也能穩(wěn)定存在，且易于生物降解，不會造成環(huán)境污染。抗菌活性也是APG的一大特性，大量研究表明APG的抗菌活性隨著烷基碳鏈的增長而增大，抗菌活性最好是以十二烷基為主要的各種糖苷。此外APG的表面性能也比較優(yōu)異，數(shù)據(jù)表明其烷基碳原子數(shù)目大于7的糖苷，都會具有優(yōu)良的表面性，其表面張力隨溫度的升高而快速降低，并且隨著烷基碳鏈的不斷增長也明顯會大幅下降。

(2)性能特點

烷基糖苷是一種新型的非離子表面活性劑，性質(zhì)穩(wěn)定且溫和，兼具有非離子和陰離子表面活性劑的諸多優(yōu)點。

①表面活性。大量實驗表明，各種烷基單糖苷在臨界膠束濃度時的表面張力大概在27～32mN/m，而普通的表面活性劑在臨界膠束濃度時的表面張力卻達到了32～45mN/m范圍，相關文獻報道，APG束濃度為0.05%，界面張力可降低到0.1mN/m，表明其具有良好的表面活性。

②去污性能。研究表明，APG的去污能力能和LAS、AES相媲美，泡沫細膩穩(wěn)定，優(yōu)于許多陰離子表面活性劑，其泡沫力也屬于中上水平。

③生物降解性。由于APG是由淀粉水解產(chǎn)物而合成的，因此具有優(yōu)良的生物降解性能，對環(huán)境基本沒有危害。

④作用溫和。APG的一大特點就是作用比較溫和，對皮膚以及人體脆弱部位的刺激性極小，對人體基本無害，屬于無毒類產(chǎn)品。

合成烷基多苷化合物的方法主要有：A.直接糖苷化法；B.轉(zhuǎn)糖苷化法；C.酶催化法；D.原酯法；E.糖的縮酮物醇解；F.基團保護法。目前常采用的方法是轉(zhuǎn)糖苷法、直接糖苷化法和酶催化法。其中酶催化法雖然具有選擇性好、條件溫和、反應容易、收率高和產(chǎn)品純度高等優(yōu)點，卻尚未得到廣泛應用，但它確實是一種很有前途的工藝，值得人們進一步研究。因此，實際工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用轉(zhuǎn)糖苷化法和直接糖苷化法。

(3)轉(zhuǎn)糖苷化法

轉(zhuǎn)糖苷化法又稱兩步法，它是在硫酸、硝酸、對甲苯磺酸、磺基琥珀酸等酸性催化劑作用下，利用低級醇與葡萄糖反應，先生成低碳糖苷產(chǎn)物，然后用高級脂肪醇（脂肪醇）轉(zhuǎn)糖苷化生成長碳鏈的多苷化合物。生產(chǎn)過程中低碳醇可以實現(xiàn)回收利用，降低生產(chǎn)成本。該法反應較溫和，易于控制。能有效解決由于醇糖極性差異大而引起的分層問題。另外該法還能克服糖自聚現(xiàn)象的產(chǎn)生。反應時低碳醇和高碳醇可一次加入也可分批加入，由于低碳醇糖苷化的速率比高碳醇糖苷化的速率要大很多，因此反應速率可以通過蒸出的低碳醇的量來進行控制。該法中由于低碳醇的參與，產(chǎn)品純度低于一步法，因此還需要進一步除雜精制。

(4)直接糖苷化法

直接糖苷化法是指長碳鏈脂肪醇在酸性催化劑作用下和葡萄糖直接反應生成烷基糖苷。糖可以從豐富的農(nóng)副產(chǎn)品中獲得，它來源穩(wěn)定且價廉；脂肪醇原料為飽和醇，既可來自農(nóng)副產(chǎn)品，又可來自石油資源。反應過程中生成APG和水，利用真空或者氮氣除去反應過程中生成的水可提高收率。該過程合成烷基糖苷的關鍵因素是催化劑的選擇，常用于合成糖苷的催化劑有除了一般的硫酸、硝酸、甲苯磺酸等堿性催化劑之外，還有十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉等具有乳化性能的表面性活劑，這類催化劑對糖苷化反應特別有利，既能使反應順利進行還能有效減少糖的自聚物生成。

直接糖苷法工藝是將葡萄糖漿加入脂肪醇中，采用酸催化劑在120℃真空條件下反應，制得糖苷產(chǎn)品。所得產(chǎn)品純度高，但該法中糖的自聚反應程度較大從而影響了糖苷化反應。轉(zhuǎn)糖苷化法的反應條件非常溫和，反應的時間合適，但所得產(chǎn)品純度低，需要精制。從原料的經(jīng)濟性和環(huán)保的角度來說，以淀粉代替葡萄糖直接做原料合成烷基糖苷是可取的途徑，但淀粉的醇解工藝復雜，且淀粉中含有的雜質(zhì)對反應的影響問題亟待解決。目前各種合成工藝都存在一定的缺陷，還需要不斷改進降低成本，減少污染。新提出采用木薯淀粉為原料在壓力條件下合成甲基葡萄糖苷的方法，為該工藝大大地降低了生產(chǎn)成本。

(5)生產(chǎn)現(xiàn)狀

APG的研究已經(jīng)有一百多年的歷史，從20世紀60年代起，人們便對APG的優(yōu)異性能有了廣泛的認識，從而促進了工業(yè)的開發(fā)與生產(chǎn)。法國Seppic公司在1978年，率先實現(xiàn)了APG的工業(yè)化生產(chǎn)(1kt/a)，其后各種小型公司也紛紛開始對APG實現(xiàn)了中型化工業(yè)生產(chǎn)，并在20世紀90年代形成了工業(yè)化的開發(fā)熱潮。在隨后的幾年中，德國首先實現(xiàn)了APG的大規(guī)模生產(chǎn)，開發(fā)出許多同類產(chǎn)品。同一時期，許多發(fā)展中國家如中國、印度的一些企業(yè)或科研機構也積極對APG進行深入研究和工業(yè)化開發(fā)。中國對于APG的開發(fā)研究最早開始于中國日化所和大連理工大學，中國日化所率先用轉(zhuǎn)糖苷化法制備出APG成品，引領了這一領域的發(fā)展。目前，世界上APG的總生產(chǎn)量增加到了十幾萬噸每年，我國的年生產(chǎn)量也增長到了五千多噸。

2.應用及發(fā)展前景

(1)日化用品行業(yè)

APG作用溫和的特性非常適合生產(chǎn)各種日化產(chǎn)品。由其制成的洗護產(chǎn)品泡沫極為豐富且細膩穩(wěn)定，并且不會對皮膚或黏膜造成損傷，對受損的毛發(fā)也有調(diào)理養(yǎng)護作用。通過和其他表面活性劑進行復配得到的餐具洗滌劑，性能優(yōu)異，去污能力強，脫脂效率高，使用時具有爽快舒適感。在洗衣劑中添加APG能更有效地提升洗滌效率，降低洗衣劑的刺激性，并且適合冷水洗滌，能產(chǎn)生豐富且細膩的泡沫，減少清洗精細衣物時的摩擦，起到一定的保護作用。此外，由于其作用溫和且無毒無刺激性，也被廣泛應用于化妝品等精細化工產(chǎn)品中。

(2)食品工業(yè)

APG良好的親水性能使其被作為優(yōu)良的食品乳化劑應用于食品行業(yè)中。這不僅填補了我國食品乳化劑只有親油性產(chǎn)品的空白，同時也大大增加了食品的種類。作為一種性能優(yōu)異的食品乳化劑，能有效改變食品的結構和感官，延長食品的保質(zhì)期。在食品制造中，能夠起到良好的發(fā)泡、消泡以及防脂肪凝聚的作用，同時還能使食品組分混合均勻，改善產(chǎn)品的口味。

(3)農(nóng)用化學品行業(yè)

在農(nóng)用化學品行業(yè)中APG常被用作農(nóng)藥乳化劑，并對除草劑和殺蟲劑有良好的增效作用。由于其具備優(yōu)良的生物降解性、吸濕性和不污染土地等諸多特性，使其產(chǎn)品擁有無毒、可增效、易降解的優(yōu)點，是非常理想的水溶乳化劑。此外其優(yōu)良的滲透和潤濕力也有利于植物表面的充分吸收。

3.結語

文中介紹了烷基糖苷APG的基本信息，制備工藝，包括原料來源、合成工藝、催化劑選擇，并對烷基糖苷在各個領域的具體應用闡述。可以發(fā)現(xiàn)，烷基糖苷的相關研究快速發(fā)展，應用面不斷擴大，具有廣泛的研究意義和應用前景。目前，通過轉(zhuǎn)糖苷化法和直接糖苷化法生產(chǎn)的APG產(chǎn)品已有一定市場，但仍然存在生產(chǎn)過程不易控制、產(chǎn)品顏色較深等問題。現(xiàn)今通過酶催化法制備烷基糖苷的技術成為熱點，如果能取得成就性突破，將有效解決相關技術難題。隨著APG工業(yè)的飛速發(fā)展，應該注意到各種生產(chǎn)工藝的不足之處，我們要不斷地找出自己的缺點，并不斷地優(yōu)化工藝，盡量讓它滿足大眾的需求，更好地服務于大眾。