蔗糖脂肪酸酯纯化工艺研究

朱锡忠，曹凌峰，朱霄鹏，贡利伟，徐丽苗，姜国平

（浙江合糖科技有限公司，浙江金华321016）

蔗糖脂肪酸酯纯化工艺研究

朱锡忠，曹凌峰，朱霄鹏，贡利伟，徐丽苗，姜国平

（浙江合糖科技有限公司，浙江金华321016）

将蔗糖脂肪酸酯粗品溶解于乙酸乙酯中，溶解滤除蔗糖后得蔗糖脂肪酸酯粗品溶液，再于55℃～60℃搅拌下加入硫酸镁，析出固体。过滤得滤液与固体。滤液经水洗、干燥得低单酯蔗糖脂肪酸酯。将固体用乙酸乙酯泡洗，泡洗液经水洗、干燥得高单酯蔗糖脂肪酸酯。蔗糖脂肪酸酯总收率为85%～98%。

蔗糖脂肪酸酯；碱土金属盐；硫酸镁；单酯

蔗糖脂肪酸酯（sucrose fatty acid ester），简称蔗糖酯，是一种HLB值域宽、效果好、安全性高、应用范围广的乳化剂。由于其高度安全性，联合国粮食组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）分别在1969年和1980年批准蔗糖酯作为食品添加剂，目前已在美国、日本、中国及欧盟各国得到普遍应用，在食品工业、医药制造、日化用品等行业中，具有广泛的应用前景[1-4]。随着蔗糖酯应用的逐渐深入与广泛，发现在较多场合，尤其是医药、化妆品等领域对蔗糖酯品质要求较高。不仅要求蔗糖酯中杂质含量低，且要求蔗糖单酯、蔗糖双酯、蔗糖多酯的分布在一定的范围，以达到较好的使用效果。

目前，工业化生产蔗糖酯的方法均采用酯交换法，酯交换法合成蔗糖酯分为溶剂法和无溶剂法，其粗品中含有蔗糖、脂肪酸钾（或钠）、脂肪酸等杂质，纯度较低，无法满足高端使用需求。为获得高纯度的蔗糖酯，必须对蔗糖酯粗品进行除杂提纯。关于粗品中杂质去除，已有较多报道。较典型的方式是：粗品中未反应蔗糖多采用过滤或水洗去除；脂肪酸钾（或钠）、脂肪酸等去除则采用酸化、盐析、有机溶剂提取脂肪酸的方式。该方法的缺点：（1）盐析共沉淀产生大量高含盐废水，造成较大环保处理压力；（2）用酸进行调节pH的过程中，强酸性易使蔗糖酯水解，不仅造成产品分解，而且增加杂质；（3）硬脂酸提取效果不佳，需较多溶剂、多次提取来降低酸值，且该过程易使蔗糖酯溶入提取液中，降低产品收率。

另一种较新颖的方法是二氧化碳超临界洗涤法[5]，该方法利用粗品中需除去的蔗糖、脂肪酸、脂肪酸甲酯和产品蔗糖酯在液体二氧化碳中溶解度的较大差异，达到分离出产品的目的。该提纯方法为物理过程，具有工艺简单、无废水、节能环保的优点，但目前工业化生产应用方面还存在一定的困难，还没有工业化应用报道。另外，为获得蔗糖单酯、蔗糖双酯等分布符合使用要求的蔗糖酯，常将上述已去除硬脂酸的蔗糖酯溶液进行结晶精制以得到高单酯、低单酯蔗糖酯，操作繁复。

针对上述问题和缺陷，设计了较为合理工艺方案：将蔗糖脂肪酸酯粗品溶解于溶剂中，过滤除去蔗糖。滤液于45℃～60℃搅拌下加入碱土金属盐，析出固体。过滤得滤液与固体。滤液经水洗、干燥得低单酯蔗糖脂肪酸酯。固体用溶剂洗涤，洗涤液经水洗、干燥得高单酯蔗糖脂肪酸酯。该工艺所得产品品质好、蔗糖酯回收率高、纯化与单、双酯分离相结合、蔗糖酯粗品中的蔗糖可回收套用、三废量少且易处理，适合工业化生产[6]。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

试剂：自制蔗糖酯粗品、硫酸镁、氯化钙、氯化钡、乙酸乙酯、正丁醇、丁酮。

仪器：三颈烧瓶、电动搅拌器、真空泵。

1.2 实验步骤

在500 mL三颈烧瓶中，装入100 g自制蔗糖酯粗品（成分：蔗糖酯47.1%，硬脂酸钾25.9%，蔗糖24.8%，其它2.2%），加入250 mL乙酸乙酯，搅拌升温至65℃～70℃，充分溶解后过滤除去蔗糖。于45℃～50℃搅拌下往滤液中加入15 g硫酸镁水溶液（含硫酸镁5 g），保温反应适当时间，经过滤分离得到滤液A和固体B。滤液A以60 mL水水洗3～5次，上层有机层蒸馏回收溶剂后，即得低单酯蔗糖酯。于70℃～75℃下，将滤饼固体用300 mL乙酸乙酯泡洗、过滤，滤液以60 mL水水洗3～5次、干燥得高单酯蔗糖酯。蔗糖脂肪酸酯总收率90%～98%。

2 结果与结论

实验过程分别研究了碱土金属种类、提纯溶剂种类、提纯反应温度等因素的影响，并对该方法的适应性进行了考察。最后对提纯蔗糖酯进行薄层分析、游离糖和灰份含量等指标进行测定。

2.1 碱土金属盐种类影响

如1.2节所述进行实验，分别考察了硫酸镁、氯化钙、氯化钡为碱土金属盐对产品收率及含量的影响。碱土金属盐用量均为蔗糖酯粗品中硬脂酸盐完全反应所需量的1.05倍。

表1 碱土金属种类对收率含量的影响Table 1Effect of alkaline-earth metal saltson yield and assay

由表1可知，采用硫酸镁为碱土金属盐时收率最高。硫酸镁使得粗品中硬脂酸钾转变成不溶于体系的硬脂酸镁，高单酯蔗糖酯更易被吸附于硬脂酸镁上，形成共沉淀，过滤所得滤液经后处理得到低单酯蔗糖酯。而固体则用溶剂在较高温度下泡洗，泡洗液经后处理得到高单酯蔗糖酯。硫酸镁收率较高的可能原因是镁离子较钙、钡离子小，与蔗糖酯的相互作用小，因此在高温条件下蔗糖酯易被洗脱。

2.2 溶剂种类的影响

如1.2节所述进行实验，分别考察了正丁醇、乙酸乙酯、丁酮溶剂对产品收率及含量的影响。其中粗品溶解溶剂与固体B泡洗溶剂一致。

表2 溶剂种类对收率含量的影响Table 2Effect of solvent on yield and assay

由表2可知，以正丁醇为溶剂收率最高。但与乙酸乙酯相比，气味较大，沸点高，产品中易有溶剂残留。以乙酸乙酯为溶剂时，收率较高，且去除溶剂时有较大优势，故最终选定乙酸乙酯为溶剂。

2.3 保温反应时间的影响

经考察，反应时间是影响产品质量与收率的重要因素。蔗糖酯粗品溶解后，硬脂酸钾与硫酸镁反应生成不溶于溶剂的硬脂酸镁，保温反应太短，反应不完全，硬脂酸钾残留较多，影响最终产品的总酯含量和灰份。而保温反应过长，则因生成的硬脂酸镁在长时间搅拌下颗粒太小，影响过滤效果，降低高单酯蔗糖酯的产量同时也影响最终产品含量。

表3 反应时间对收率含量的影响Table 2Effect of reaction time on yield and assay

由表3可知，保温反应30 min时总收率最高。但30 min时，低单酯蔗糖酯的单酯含量较高，高单酯蔗糖酯收率偏低，未达到预期分离单、双酯、多酯的目的。随着反应时间延长，60 min时，总收率较高，且单双酯分离较好。反应时间继续延长时，收率降低。因所得硬脂酸镁在长时间搅拌下变细，吸附较多蔗糖酯，泡洗溶出困难，且过滤较慢，致使硬脂酸镁滤饼中吸附较多产品，导致最终总收率降低。对比数据还发现，随着时间延长，高单酯蔗糖酯中的单酯含量有下降趋势。将硬脂酸镁滤饼进行检测发现，单酯更易被吸附于硬脂酸镁固体上。

表4 粗品蔗糖酯含量对收率的影响Table 4Effect of sucrose fatty acid ester on yield

2.4 适用性考察

采用上述实验所得的优化条件，对不同总酯含量的蔗糖酯粗品进行处理，所得数据如表4所示。

由表4可知，所考察的蔗糖酯粗品按1.2所述进行实验，收率均在85%以上，且随蔗糖酯含量的提高而提高。随着含量的提高，残留未反应蔗糖减少，滤糖时损失的蔗糖酯减少。硬脂酸钾的占比也相对减少，所转化的硬脂酸镁也相应减少，其上吸附的蔗糖酯也减少。另一方面，蔗糖酯含量高的粗品往往单酯含量较低，而单酯更易于损失在过滤（被硬脂酸镁吸附）、洗涤等环节。综合上述几方面原因，粗品中蔗糖酯含量越高，总收率也越高。

2.5 生产应用

将实验结果所得的优选工艺参数，应用到生产上，得到的低单、高单酯蔗糖酯在总酯含量、游离糖、灰份、生产工艺稳定上都优于现有提纯工艺，游离糖、灰份分别低于3%和1.5%，达到日本标准、欧洲标准、FAO/WHO及美国标准要求，总酯含量达到85%以上，超过以上各标准要求。

3 结论

（1）将蔗糖脂肪酸酯粗品溶解于有机溶剂中，滤糖后滤液采用碱土金属盐处理，可将除杂与单双酯分离相结合，蔗糖脂肪酸酯总收率为85%～98%。

（2）经优化的条件为：以乙酸乙酯为溶剂，硫酸镁为碱土金属盐，用量为理论量的1.05倍，反应60 min左右过滤，滤液经水洗、干燥得低单酯蔗糖酯。固体经乙酸乙酯泡洗，泡洗液再经水洗干燥得高单酯蔗糖酯。该方法适合于各种蔗糖酯含量的蔗糖酯粗品，含量越高，收率越高。

（3）该方法应用于生产，所得蔗糖酯纯度高，蔗糖酯的总酯含量、游离糖、灰份等指标达到日本标准、欧洲标准、FAO/WHO及美国标准要求。

[1]严量，郑彤，周志勇，等.无溶剂法合成高纯度蔗糖脂肪酸酯[J].化工生产与技术，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，陈永富，史之谨，等.无溶剂法合成蔗糖脂肪酸酯的工艺改进研究[J].食品科技，2002，（3）：47-48.

[4]谢笑天，张慧萍，郑萍，等.薄层扫描法测定蔗糖脂肪酸酯的各组成酯[J].色谱，2000，18（4）：367-369.

[5]严晓阳.一种蔗糖脂肪酸酯的提纯方法：CN，104387429A[P].2015-03-04.

[6]姜国平.一种蔗糖脂肪酸酯的提纯分离方法：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

朱锡忠（1978-），男，浙江金华人，工程师，研究方向：食品添加剂和精细化学品。E-mail：66729481@qq.com。