淀粉基表面活性剂烷基糖苷的制备方法与应用概述

＊陈严双

（西北民族大学 甘肃 730000）

近年来，随着绿色环保理念不断深入人心，表面活性剂的使用和生产也朝着环保高效的方向发展，主要体现在高效的生物降解性、顺着绿色化生产和对天然可再生资源的充分利用等方面。其中，占据主要地位的烷基糖苷（Alkyl Polygly-coside，简称APG）以淀粉为主要原料而制成，它具有表面活性高，去污能力强，协调性好，泡沫丰富细腻，无毒无刺激性等十分优异的性能，是21世纪世界公认的“绿色型”表面活性剂，应用前景十分广泛，有望成为发展最快最好的表面活性剂之一。因此，生产新型的烷基糖苷—淀粉基表面活性剂有着巨大的潜力和优势。

1.基本信息

(1)性质

烷基糖苷是以淀粉水解产物为原料而合成的，由于天然脂肪醇和葡萄糖之间脱水位置不同，所以产品比较复杂，通常也叫烷基多苷产品，这种新型的非离子表面活性剂兼具有离子型和阴离子型表面活性剂的性能[1]。其绿色环保的特性受到了国际的公认。常温下烷基糖苷的状态为淡黄色油状液体或者白色固体粉末，易溶于水，熔点为165℃-166℃。常见的分子结构式为RO(G)n，其中G代表葡萄糖单元结构，R代表烷基结构，一般以饱和的直链烷烃为主。

纯烷基糖苷为白色固体。由于成分的不同，它的产品有奶油色、淡黄色和琥珀色。其刺激性小且没有其他表面活性剂的毒副作用，具有显著的增稠和去污能力。APG的极性基团是纯的天然糖的结构，这是刺激性很低的主要原因。刺激性和链长也有很大关系。研究表明，烷基碳链的平均长度越短，对皮肤的刺激性也会越小。在传统洗衣粉中添加APG不仅可以保持原有的洗涤性能，而且可以明显提高抗硬水性、温和性和对污垢的去污能力。APG化学性质稳定，在强碱、强酸和高浓度电解质中性能也能稳定存在，且易于生物降解，不会造成环境污染。抗菌活性也是APG的一大特性，大量研究表明APG的抗菌活性随着烷基碳链的增长而增大，抗菌活性最好是以十二烷基为主要的各种糖苷。此外APG的表面性能也比较优异，数据表明其烷基碳原子数目大于7的糖苷，都会具有优良的表面性，其表面张力随温度的升高而快速降低，并且随着烷基碳链的不断增长也明显会大幅下降。

(2)性能特点

烷基糖苷是一种新型的非离子表面活性剂，性质稳定且温和，兼具有非离子和阴离子表面活性剂的诸多优点。

①表面活性。大量实验表明，各种烷基单糖苷在临界胶束浓度时的表面张力大概在27～32mN/m，而普通的表面活性剂在临界胶束浓度时的表面张力却达到了32～45mN/m范围，相关文献报道，APG束浓度为0.05%，界面张力可降低到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，泡沫细腻稳定，优于许多阴离子表面活性剂，其泡沫力也属于中上水平。

③生物降解性。由于APG是由淀粉水解产物而合成的，因此具有优良的生物降解性能，对环境基本没有危害。

④作用温和。APG的一大特点就是作用比较温和，对皮肤以及人体脆弱部位的刺激性极小，对人体基本无害，属于无毒类产品。

合成烷基多苷化合物的方法主要有：A.直接糖苷化法；B.转糖苷化法；C.酶催化法；D.原酯法；E.糖的缩酮物醇解；F.基团保护法。目前常采用的方法是转糖苷法、直接糖苷化法和酶催化法。其中酶催化法虽然具有选择性好、条件温和、反应容易、收率高和产品纯度高等优点，却尚未得到广泛应用，但它确实是一种很有前途的工艺，值得人们进一步研究。因此，实际工业生产中普遍采用转糖苷化法和直接糖苷化法。

(3)转糖苷化法

转糖苷化法又称两步法，它是在硫酸、硝酸、对甲苯磺酸、磺基琥珀酸等酸性催化剂作用下，利用低级醇与葡萄糖反应，先生成低碳糖苷产物，然后用高级脂肪醇（脂肪醇）转糖苷化生成长碳链的多苷化合物。生产过程中低碳醇可以实现回收利用，降低生产成本。该法反应较温和，易于控制。能有效解决由于醇糖极性差异大而引起的分层问题。另外该法还能克服糖自聚现象的产生。反应时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，因此反应速率可以通过蒸出的低碳醇的量来进行控制。该法中由于低碳醇的参与，产品纯度低于一步法，因此还需要进一步除杂精制。

(4)直接糖苷化法

直接糖苷化法是指长碳链脂肪醇在酸性催化剂作用下和葡萄糖直接反应生成烷基糖苷。糖可以从丰富的农副产品中获得，它来源稳定且价廉；脂肪醇原料为饱和醇，既可来自农副产品，又可来自石油资源。反应过程中生成APG和水，利用真空或者氮气除去反应过程中生成的水可提高收率。该过程合成烷基糖苷的关键因素是催化剂的选择，常用于合成糖苷的催化剂有除了一般的硫酸、硝酸、甲苯磺酸等碱性催化剂之外，还有十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠等具有乳化性能的表面性活剂，这类催化剂对糖苷化反应特别有利，既能使反应顺利进行还能有效减少糖的自聚物生成。

直接糖苷法工艺是将葡萄糖浆加入脂肪醇中，采用酸催化剂在120℃真空条件下反应，制得糖苷产品。所得产品纯度高，但该法中糖的自聚反应程度较大从而影响了糖苷化反应。转糖苷化法的反应条件非常温和，反应的时间合适，但所得产品纯度低，需要精制。从原料的经济性和环保的角度来说，以淀粉代替葡萄糖直接做原料合成烷基糖苷是可取的途径，但淀粉的醇解工艺复杂，且淀粉中含有的杂质对反应的影响问题亟待解决。目前各种合成工艺都存在一定的缺陷，还需要不断改进降低成本，减少污染。新提出采用木薯淀粉为原料在压力条件下合成甲基葡萄糖苷的方法，为该工艺大大地降低了生产成本。

(5)生产现状

APG的研究已经有一百多年的历史，从20世纪60年代起，人们便对APG的优异性能有了广泛的认识，从而促进了工业的开发与生产。法国Seppic公司在1978年，率先实现了APG的工业化生产(1kt/a)，其后各种小型公司也纷纷开始对APG实现了中型化工业生产，并在20世纪90年代形成了工业化的开发热潮。在随后的几年中，德国首先实现了APG的大规模生产，开发出许多同类产品。同一时期，许多发展中国家如中国、印度的一些企业或科研机构也积极对APG进行深入研究和工业化开发。中国对于APG的开发研究最早开始于中国日化所和大连理工大学，中国日化所率先用转糖苷化法制备出APG成品，引领了这一领域的发展。目前，世界上APG的总生产量增加到了十几万吨每年，我国的年生产量也增长到了五千多吨。

2.应用及发展前景

(1)日化用品行业

APG作用温和的特性非常适合生产各种日化产品。由其制成的洗护产品泡沫极为丰富且细腻稳定，并且不会对皮肤或黏膜造成损伤，对受损的毛发也有调理养护作用。通过和其他表面活性剂进行复配得到的餐具洗涤剂，性能优异，去污能力强，脱脂效率高，使用时具有爽快舒适感。在洗衣剂中添加APG能更有效地提升洗涤效率，降低洗衣剂的刺激性，并且适合冷水洗涤，能产生丰富且细腻的泡沫，减少清洗精细衣物时的摩擦，起到一定的保护作用。此外，由于其作用温和且无毒无刺激性，也被广泛应用于化妆品等精细化工产品中。

(2)食品工业

APG良好的亲水性能使其被作为优良的食品乳化剂应用于食品行业中。这不仅填补了我国食品乳化剂只有亲油性产品的空白，同时也大大增加了食品的种类。作为一种性能优异的食品乳化剂，能有效改变食品的结构和感官，延长食品的保质期。在食品制造中，能够起到良好的发泡、消泡以及防脂肪凝聚的作用，同时还能使食品组分混合均匀，改善产品的口味。

(3)农用化学品行业

在农用化学品行业中APG常被用作农药乳化剂，并对除草剂和杀虫剂有良好的增效作用。由于其具备优良的生物降解性、吸湿性和不污染土地等诸多特性，使其产品拥有无毒、可增效、易降解的优点，是非常理想的水溶乳化剂。此外其优良的渗透和润湿力也有利于植物表面的充分吸收。

3.结语

文中介绍了烷基糖苷APG的基本信息，制备工艺，包括原料来源、合成工艺、催化剂选择，并对烷基糖苷在各个领域的具体应用阐述。可以发现，烷基糖苷的相关研究快速发展，应用面不断扩大，具有广泛的研究意义和应用前景。目前，通过转糖苷化法和直接糖苷化法生产的APG产品已有一定市场，但仍然存在生产过程不易控制、产品颜色较深等问题。现今通过酶催化法制备烷基糖苷的技术成为热点，如果能取得成就性突破，将有效解决相关技术难题。随着APG工业的飞速发展，应该注意到各种生产工艺的不足之处，我们要不断地找出自己的缺点，并不断地优化工艺，尽量让它满足大众的需求，更好地服务于大众。