（化学工艺专业论文）新型抗氧化剂l抗坏血酸棕榈酸酯的合成工艺研究.pdf

新型抗氧化剂l - 抗坏血酸棕榈酸酯的台成工艺研究 新型抗氧化剂l 一抗坏血酸棕榈酸酯的合成工艺研究 化学工艺专业 研究生王渝红指导教师徐卡秋教授 l 一抗坏血酸棕榈酸酯( l - a p 或a p ) 是一种新型的、脂溶性的、无毒无害的 多功能营养性抗氧化剂，是近几年被国际卜认可的一种新型食品添加剂，也是 我国唯一一种允许添加到婴儿食品中的食品抗氧化剂。它保留了l 一抗坏血酸 ( l - v c ) 的抗氧化的特性，在动植物油中具有相当高的溶解度，易被人体消化 l 殁收，还能与v e 等抗氧化剂作用产生增效作用。在油脂中，l 一抗坏血酸棕榈酸 酯具有强抗氧效果且有明显的耐高温性，因而广泛地用于粮油、食品、医药、 保健品化妆品等领域。 目前，全世界所需的l 抗坏血酸棕桐酸酯的总量约为5 0 0 0 吨年左右，但 其较高的成本阻碍了l 一抗坏血酸棕榈酸酯在各行业的进一步推广应用。当前， 工业化生产l 抗坏血酸棕榈酸酯大多采用浓硫酸直接酯化合成法。该法存在分 离困难，产品纯度低、生产成本昂贵等严重问题，其提纯过程中需大量采用乙 醚、氯仿等溶剂，消耗成本极高，单溶剂使用费用就占原料成本的3 0 4 0 ， 极大地遏制了生产成本降低的可能性。因此，解决当前制备l 抗坏血酸棕榈酸 酯存在的问题，达到低成本、高质量工业化生产的目的，是完善传统生产工艺， 拓展l 抗坏血酸棕榈酸酯的市场有效途径。 本沦文采用工艺成熟、收率高的浓硫酸直接酯化法，在分离过程中采用冰 水与乙酸乙酯混合液代替冰水作为粗产品析出剂，提纯过程采用廉价的甲苯取 代昂贵的乙醚、氯仿，以萃取结品方法代替乙醚、氯仿进行洗涤的方法；再用 正己烷l _ j 无水乙醇混合溶液代替纯正己烷重结晶粗产品，得到产品l 抗坏血酸 棕榈酸酯。 论文中详细研究了棕榈酸和i j _ 抗坏血酸的摩尔配比、反应时间、硫酸与反 新型抗氧化剂l 一抗坏血酸棕榈酸醇的合成工艺研究 应物l - 抗坏血酸的质量比和反应温度对收率的影响，采用币交设计实验法优化 工艺条件，得到了较佳工艺条件及收率为：棕榈酸和l 一抗坏血酸的摩尔比1 4 ， 硫酸与l - 抗坏血酸的质量之比1 2 6 ，反应温度3 0 ，反应时间2 4 h ，粗产品收 率8 3 4 。 在分离过程中研究了新析出剂中冰水与乙酸乙酯的配比对粗产品析出状态 的影响，该法避免了乳化现象，易使粗产品从料液中分离，在冰水与乙酸乙酯 的配比为v “ ：vz z 自= 1 ：( o 2 9 o 3 ) 时，可得到较好的颗粒形态。 在提纯过程中研究了甲苯萃取粗产品时萃取温度对产品回收率的影响；正 己烷与无水乙醇混合溶液对粗产品重结晶时的温度对产品回收率的影响以及正 己烷与无水乙醇的最佳配比，得出最佳提纯条件及回收率：甲苯萃取结晶温度 为8 。c ，产品回收率为7 8 7 ，正己烷与无水乙醇混合溶液的最佳配比为1 ：0 5 ， 重结晶温度1 8 ，产品回收率为7 4 7 。 本论文所采用的新析出剂使分离过程容易进行，在提纯过程中采用的萃取、 结晶方法使用的溶剂少，其溶剂使用费用只占整个原料成本的6 9 ，是传统提 纯工艺溶剂与原料费用比的1 5 1 6 ，经估算每公斤产品的生产成本约为 8 3 2 9 元，极大降低了产品的生产成本，具有良好的工业化| i 景。通过熔点测 定法、高效液相色谱法、红外光谱法对产物进行了表征。结果表明，自制高纯 l 一抗坏血酸棕榈酸酯产品的含量为9 8 5 ，熔点为1 0 8 7 1 1 5 ，外观形态良 好、颜色稳定，符合国家标准，产品质量达到国内同类产品水平。说明该合成 l 一抗坏血酸棕榈酸酯的工艺达到了低成本、高质量、易分离、可工业化的目的。 关键词：l 一抗坏血酸棕榈酸酯合成提纯低成本高纯度 i i 新型抗氧化瘌l 一抗坏血酸棕橱酸醵的台成工艺研究 s t u d yo ns y n t h e s i st e c h n i q u e so fl a s c o r b y lp a l m i t a t e f o rn e wa n t i o x i d a n t c h e m ic a lt e c h n o l o g y s t u d e n t ：w a n gy u h o n g a d v i s e r ：p r o f x uk a q i u l 。a s c o r b y lp a l m i t a t e ( l a p o r a p ) i sa k i n d o f n e w ，f a t s o l u b l e i n n o c u o u s ， m u l t i f u n c t i o n a ln u t r i t i o n a la n t i o x i d a n t i ti sa ni n t e r n a t i o n a l l ya c c e p t e dn e wf o o d a n t i o x i d a n ti nr e c e n ty e a r s ，a n di ti sa ne x c l u s i v ea n t i o x i d a n tw h i c hc a nb ea l l o w e d t o a p p l yt oi n f a n tf o o d l - a s c o r b y lp a l m i t a t en o to n l yr e s e r v e st h ea n t i o x y g e n p r o p e r t yo fl a s c o r b i ca c i d ，b u ta l s oh a sc o n s i d e r a b l es o l u b i l i t yi na n i m a la n d v e g e t a b l eo 订t h a tc a nb ee a s i l yd i g e s t e da n da b s o r b e db yh u m a n a n di tc a na l s o b r i n gs y n e r g i s mw i t hv e i no i l ，l a s c o r b y lp a l m i t a t eh a ss t r o n g l ya n t i o x y g e n p r o p e r t ya n dh a so b v i o u s l yh i g ht e m p e r a t u r er e s i s t a n c e t h e r e f o r e ，l a s c o r l ：l y l p a l m i t a t ec a nb ea p p l i e dt oo i l ，f o o d ，m e d i c i n e ，h e a l t hp r o t e c t i o na n dc o s m e t i c s a tp r e s e n t ，t h er e q u i r e m e n to fl - a s c o r b y lp a l m i t a t ei sa b o u t5 0 0 0t o np e r y e a r i nt h ew o r l d b u ti t s h i 【g h c o s th o l du pi t su s a g e t h ep r o d u c t i o nm e t h o d so f i n d u s t r i a ll a s e o r b y lp a l m i t a t ea l m o s ta l la d o p t ss u l f u r i ca c i dd i r e c te s t e r i f i c a t i o n b u tt h em e t h o ds t i l lh a ss o m ep r o b l e m ss u c ha sd i f f i c u l t yo fs e p a r a t i o n ，l o wp u r i t y , h i g hc o s ta n ds oo n i nt h ep u r i f i c a t i o np r o c e s s t h ec o n s u m p t i o no fs o l v e n tl i k e c h o l o r o f o r mo ra e t h e ri s l a r g ea n dc o s to fi t i si n c r e a s e ds om u c ht h a tu s u a l l y o c c u p i e s3 0 4 0 t h a to fr a ws t u f f s ，w h i c hi nt u r n ，l o w e r st h ep o s s i b i l i t yo fs a v i n g b a s i cc o s td u r i n gp r o d u c t i o n c o n s e q u e n t l y ，s o l v i n gt h ep r o b l e mo ft r a d i t i o n a l s y n t h e s i st e c h n i q u e so fl a s c o r b y lp a l m i t a t ea n da c h i e v i n gt h ea i mo fl o wc o s t ，h i g h q u a l i t ya n de a s ys p e r a t i o na r ek e y sf o rs p r e a do f u s a g eo f l a s c o r b y lp a l m i t a t e i i l 新型抗氧化棚l 谎坏血馥棕搠酸醇的台成工艺研究 i nt h i sp a p e r , w ea d o p t e dt h es u l f r i ca c i dd i r e c te s t e f i f i c a t i o nm e t h o dw h i c hi s am e t h o do f t e c h n i c a lm a t u r i t y , h i g hy i e l d i nt h es e p a r a t i o np r o c e s s ，w eu s e d b l e n d e d l i q u o ro fi c ew a t e ra n de t h y l a c e t a t et or e p l a c ei c ew a t e ra sc r u d ep r e c i p i t a t i o n s o l v e n t i nt h ep u r i f i c a t i o n p r o c e s s ，w e u s e dt h e c h e a pt o l u e n e t o r e p l a c e c h o l o r o f o r ma n da e t h e ra ss o l v e n t ，a n du s ee x t r a c t i o nm e t h o dt or e p l a c ew a s h m e t h o d ，t h e nu s e dt h eb l e n d e dl i q u o ro fh e x a n ea n de t h a n o lt or e p l a c eh e x a n et o r e c r y s t a l l i z ec r u d ep r o d u c t s i nt h i s p a p e r , t h ee f f e c t so fm o l a rr a t i o o fp a l m i t i ca c i da n dl - a s e o r b i c a c i d ，r e a c t i o nt i m e ，m a s sr a t i oo fs o l f r i ca c i da n dl - a s c o r b i ca c i d ，a n dr e a c t i o n t e m p e r a t u r eo nt h ey i e l da l ep a r t i c u l a r l yr e s e a r c h e d a n dt h et e c h n i q u e sc o n d i t i o n s a r eo p t i m i z e db yo r t h o g o n a le x p e r i m e n td e s i g n a n dg o o dt e c h n i q u e sc o n d i t i o n sa n d y i e l da r er e c e i v e d ，t h em o l a rr a t i oo fp a l m i t i ca c i da n dl a s c o r b i ca c i di s1 4 ，t h e m a s sr a t i oo fs u l f r i ca c i da n dl a s c o r b i ca c i dj s1 2 6 t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r ej s 3 0 。c ，t h er e a c t i o nt i m ei s2 4 h ，a n dt h ey i e l do f c r u d ep r o d u c t si s8 3 4 。 i nt h es e p a r a t i o np r o c e s s ，w eh a v ec o m p a r e dt h ee f f e c t so fn e w p r e c i p i t a t i o n s o l v e n ta n di c ew a t e ro nt h ec r u d e p r o d u c t sc o n f i g u r a t i o na n dd i s c u s s e dt h eb e s t p r o p o r t i o no fn e wp r e c i p i t a t i o ns o l v e n t t h i sm e t h o da v o i d e de m u l s i f i c a t i o na n d g a i n e db e r e rg r a i ns h a p e i tm a k e st h ec r u d ep r o d u c t ss e p a r a t i o ne a s i l ya n dt h eb e s t v o l u m ep r o p o r t i o no fi c ew a t e ra n de t h y la c e t a t ei s1 ：( 0 2 9 一o t 3 ) i nt h e p u r i f i c a t i o np r o c e s s ，w er e s e a r c h e dt h ee f f e c t so f t h ee x t r a c t i o n t e m p e r a t u r eo ft o l u e n eo nt h er e c o v e r yr a t eo fp r o d u c t s ，a n dt h ee f f e c t so ft h e r e c r y s t a l l i s a t i o nt e m p e r a t u r eo ft h eb l e n d e dl i q u o ro fh e x a n ea n de t h a n o lo ut h et h e r e c o v e r yr a t eo fp r o d u c t s ，a n ds t u d i e do nt h eb e s tp r o p o r t i o no fb l e n d e dl i q u o ro f h e x a n ea n de t h a n 0 1 t h eb e s tp u r i f i c a t i o nc o n d i t i o n sa n dr e c o v e r yr a t ea r eo b t a i n e d e x t r a c t i o nt e m p e r a t u r eo f t o l u e n ei s8 。c ，a n dt h er e c o v e r yr a t eo f p r o d u c t si s7 8 7 ， t h eb e s t p r o p o r t i o n o ft h eb l e n d e d l i q u o ro fh e x a n ea n d e t h a n o li s1 ：0 5 ， r e c r y s t a l l i s a t i o nt e m p e r a t u r eo ft h eb l e n d e dl i q u o ri s1 8 。c ，t h er e c o v e r yr a t eo f p r o d u c t si s7 4 7 i nt h i sp a p e r , t h en e wp r e c i p i t a t i o ns o l v e n tm a k e st h es e p a r a t i o np r o c e s se a s y , a n dt h em e t h o d so fe x t r a c t i o na n dr e c r y s t a l l i s a t i o no n l yc o n s u m eal i t t l es o l v e n t ， 1 v 新型抗氧化剂l - 抗蝽血酸椽橱酸醋的合成工艺研究 a n dt h ec o s to fs o l v e n ti so n l ya b o u t6 9 o f t h ew h o l em a t e r i a lc o s t i ti s1 5 1 6o f t h et r a d i t i o n a lp u r i f i c a t i o nt e c h n i q u e sc o s t t h et h ep r o d u c tc o s to fl a s c o r b y l p a l m i t a t ei s e s t i m a t e d8 3 2 9y u a n ( r m b ) p e rk i l o g r a m t h i si m p r o v e dt e c h n i q u e e x t r e m e l yc u td o w nt h ec o s t ，i th a sg o o di n d u s t r i a lf o r e g r o u n d t h ep r o d u c t sw a s t e s t e d b ym e l t i n gp o i n t ，h i g h p e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ，i n f r a r e d a b s o r p t i o ns p e c t r u m ，a n dt h er e s u l t si n d i c a t e dt h ec o n t e n to fl a s c o r b y lp a l m i t a t ei n t h es e l f - m a d ep r o d u c ti s9 8 5 t h em e l t i n gp i o n ti s1 0 8 7 1 1 5 。c t h ep r o d u c t sh a v e g o o do u t w a r da p p e a r a n c ea n ds t a b l ec o l o u r t h eq u a l i t yo fp r o d u c t sa t t a i nt ot h e s t a n d a r d so fg b l 6 3 1 4 1 9 9 6a n dt h el e v e lo fd o m e s t i cs i m i l a rp r o d u c t s a l lt h i s s h o wt h a tt h es e l f - m a d el - a s e o r b y lp a l m i t a t es y n t h e s i st e c h n i q u e sh a v ea c h i e v e dt h e a i mo f l o w c o s t ，h i g hq u a l i t ya n de a s ys e p a r a t i o n k e y w o r d s ：l - a s c o r b y lp a l m i t a t e ；s y n t h e s i s ；p u r i f i c a t i o n ；l o wc o s t ；h i g hp u r i t y v 四川大学硕士学位论文 声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得四川大学或其 他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 本学位论文成果是本人在四j i 大学读书期间在导师指导下取得的，论 文成果归四川大学所有，特此声明。 学生签名：至逾幺工 指导教师签名 ? 叼年岁月弓口日 新型抗氧化期t - - 抗j g 血麓棕稠黼的合成工艺研究 引言 随着经济的发展，生活水平的提高，人们对油脂和含油食品的质量要求也 越来越高。油脂及其含油食品在储存过程中，油脂中的不饱和脂肪酸易与空气 中的氧气发生自动氧化和分解以及遇光发生光氧化，生成氢过氧化物，再分解 成醛、酮和低级脂肪酸，使油脂氧化酸败。酸败后的油脂，其中含有的维生素 类和脂肪酸等营养成分遭到严重破坏，降低了油脂的营养价值，不仅使品质变 劣，而且还具有毒性，同时产生强烈的刺激性气体。食用氧化酸败后的油脂， 对人体的健康是十分有害的“1 。 采用抗氧化剂来延缓油脂和含油食品的氧化，是储存油脂和含油食品最有 效的手段，美国早在1 9 4 7 年就开始使用抗氧化剂来稳定油脂以及含油较多的食 品”1 。食品级抗氧化剂主要是能延长食品保鲜时间而不致很快氧化败坏的添加 剂，主要用于油脂及含油食品等。目前市售的最常用的合成抗氧化剂有：二丁 基羟基甲苯( b h t ) 、丁基羟基茴香醚( b h a ) 、二丁基羟基对甲酚( t b h q ) 等。 虽然这些抗氧化剂能有效的抑制油脂氧化，但通过动物毒理实验表明，b h t ，b h a 等合成的抗氧化剂都有一定的毒性，引起动物肝脏扩大，b h t 还可增加肝微粒 体的酶活性。因此1 9 7 7 年美国食品药物管理局已将b h t 从g r a s 表中除名，日 本对b h t 也限制使用或暂停使用。所以这些抗氧化剂在油脂食品中的应用就受 到了一定限制，甚至是禁用。 l 一抗坏血酸棕榈酸酯作为一种新型的、脂溶性的、无毒无害的多功能营养 性抗氧化剂受到人们的普遍关注。l 一抗坏血酸棕榈酸酯( 又简称a p 或l - a p ) 也是近几年国际上认可的一种新型食品添加剂。 l 一抗坏血酸棕榈酸酯的抗氧化效力明显优于常用的抗氧化剂b h a 、b h t 、t b h q 等。当作为食品抗氧化性添加剂时，只需加入少量，即可对食品、粮油起到保 鲜作用，延长它们存储时间，并能增加食品的营养。 作为l 一抗坏血酸衍生物的一种，l - 抗坏血酸棕榈酸酯不仅保留了l 一抗坏血 酸的抗氧化的特性，而且其独特的脂溶性克服了l 一抗坏血酸怕光、怕潮、怕热 的缺点，使得更易被人体消化吸收。另外，在具有l 一抗坏血酸的生理效价的同 时，能与v 。等抗氧化剂作用产生增效作用，产生更强、持久的抗氧化效果。 同时，l 一抗坏血酸棕榈酸酯及其水溶性盐都是有效的乳化剂，能有效促进 四川大学磺士学位论文 抗氧化剂的分散，与油脂的接触面积大为扩大，增强了其功效，提高其稳定性。 比较于同属l 一抗坏血酸脂肪酸酯系列的其它几种l 一抗坏血酸脂肪酸酯，l 抗 坏血酸棕榈酸酯较其它的l 一抗坏血酸脂肪酸酯在油脂中有更大溶解度，更能让 人在感官上接受的气味，使得它特别在食品添加剂中具有更为强劲的优势。 由于l 一抗坏血酸棕榈酸酯还可添加到药物软膏和胶囊剂中以增加药物的稳 定性，而且以l 一抗坏血酸棕榈酸酯为主要成分的保健品还可预防动脉硬化、糖 尿病、脂肪肝等疾病，并有延缓人体衰老的功效。l 一抗坏血酸棕榈酸酯已被世 界卫生组织食品添加剂联合委员会认可为营养型抗氧化剂和多功能食品添加 剂，被美国药典收载。并在我国l 一抗坏血酸棕榈酸酯是唯一一种允许添加到婴 儿食品中的抗氧化剂“1 。因此，l 一抗坏血酸棕榈酸酯不但被广泛地应用于粮油、 食品领域，还应用于医疗卫生、化妆品、热敏纸等领域。1 。 目前，l 一抗坏血酸棕榈酸酯的生产能力主要集中在瑞士、德国等国外几家 大公司手中，居垄断地位。在国内，仅有少数几家公司能生产，用户主要依赖 进口，价格高达2 5 0 元k g ，十分昂贵。本论文的研究目的是开发一条低成本、 高质量、易分离、可工业化生产的合成l 一抗坏血酸棕榈酸酯的新工艺路线，并 使其尽快工业化，以满足国内市场日益增长需求。 2 新型抗氯化嗣l 扰耀酸缘搠酸鸶的合成工艺研究 第一章综述 1 1 文献综述 1 1 1l 一抗坏血酸棕榈酸酯的结构 l 一抗坏血酸棕榈酸酯( l - a p ，a p ) 化学名：l 一2 ，3 ，5 一三羟基一2 一己烯酸一y 一内酯一6 一十六酸酯，简称维生素c 棕榈酸酯； 英文名：l - a s c o r b y lp a l m i t a t e ，或l - a s c o r b i ca c i d ，6 - h e x a d e c a n o a t e ： 分子式：c 2 2 h 。西，分子量：4 1 4 5 4 ； 化学结构式为： c h 2 ) 1 4 k m e h oo h 为白色或略带黄色的粉末状晶体，具有轻微的桔香气味，熔点1 0 7 1 1 7 ，极 难溶于水，易溶于乙醇、乙醚、动植物油，且在浓缩或者结晶状态下，性质非 常稳定嘲。 1 1 2l - 抗坏血酸棕榈酸酯的抗氧化性机理 1 1 2 1 与自由基作用 油脂的氧化酸败是由于自由基进攻油脂分子产生烷基自由基引发的。在l 一 抗坏血酸棕榈酸酯存在下，这一引发阶段被终止，产生的l 一抗坏血酸棕榈酸酯 自由基( l - a p ) 不能形成双环结构，它的一个未成对电子由六个原子共享，然 后发生歧化反应，生成一个l 一抗坏血酸棕榈酸酯和一个脱氢l 一抗坏血酸棕榈酸 酯，这一过程大致与l 一抗坏血酸相同。1 。 四川大掌硕士学位论文 2 ooo l - a _ pl - a p歉鬣l a p o 1 1 2 2 与氧气作用 l 一抗坏血酸棕榈酸酯的抗氧化活性，同时也表现在与氧气的反应上。在金 属离子c a ”、f e ”等存在下，l 一抗坏血酸棕榈酸酯与氧气反应，首先生成过氧化 氢和脱氢l 一抗坏血酸棕榈酸酯，然后过氧化氢与l 一抗坏血酸棕榈酸酯继续反 应，生成脱氢l 一抗坏血酸棕榈酸酯。3 。 o o 鼢_ + h o0 珏 o q 一驴 。女0 2 _ h o0 h 4 o o + l l ，o o + 1 1 2 0 2 霸亍。 鼢卜，k 噙 饿k 、 新型抗氯化舸i 端直酸棕橱酸醋的台成工艺研究 1 1 2 3 与生育酚的增效作用 l 一抗坏血酸棕桐酸酯与生育酚( v 。) 及其它抗氧化剂配合使用时都可表现 出增效作用。当它与生育酚配合使用时，生育酚首先与自由基反应生成生育酚 自由基，在l 一抗坏血酸棕榈酸酯的存在下生育酚能够再生出来，同时生成l 一 抗坏血酸棕榈酸酯自由基直到l 一抗坏血酸棕榈酸酯完全消耗。1 。 v 1 2l 一抗坏血酸棕榈酸酯抗氧化剂的质量标准 l 一抗坏血酸棕榈酸酯( l - a p ) 的分子结构可以分为两部分：疏水性的十六 烷基和亲水性的多羟基l 一抗坏血酸基团，因而兼有脂溶性抗氧化剂、营养强化 剂及食品乳化剂等多种作用，被越来越多地用于各种新型功能性食品中。关于 l 一抗坏血酸棕榈酸酯的质量标准目前多为食品添加剂标准，也有药品标准。当 前国内外食品添加剂标准有五种，其中中国国家标准为g b l 6 3 1 4 1 9 9 6 ( 见表1 ) 。 1 3l 一抗坏血酸棕榈酸酯的市场前景及应用概述 1 3 1 产品市场前景 据资料介绍，目前中国食用油生产总量约为1 0 0 0 万吨( 应用上还有2 0 0 万吨的缺口) 。其中，按使用方式的不同，将不同程度地使用抗氧化剂，而对于 烘烤、油炸食品用油，抗氧化剂的用量是相当大的。不同油品中抗氧剂的用量 为5 0 p p m 5 0 0 p p m 之间，以平均2 0 0 p p m 计算，食用油中抗氧化剂的用量应为 2 0 0 0 吨左右，其中l 一抗坏血酸棕榈酸酯的用量应在6 0 0 8 0 0 吨之间，除食用 油外，抗坏血酸棕榈酸酯在奶类、肉类、糖类食品领域中的用量应在2 0 0 3 0 0 吨之间，在医药、化妆品领域中的用量应为数十吨伽、在热敏纸及塑料中作抗 氧剂的用量应为数十吨。总之国内l 一抗坏血酸棕榈酸酯市场总用量约为每年 1 0 0 0 吨，且以每年4 5 的速度递增。 四川大学琢士学位论文 在国际上，特别是在西方国家，由于食品结构的不同，食用油、奶类、肉 类和糖类食品用量比例极大，而且从7 0 年代以来，日本美国等西方发达国家 先后禁止在食品中使用b h t 、b h a 、t b h q 等合成抗氧剂，而改用一些天然抗氧 化剂( 如茶多酚等) 。由于天然抗氧化剂成本相对较高，且有颜色方面的使用局 限性，故l 一抗坏血酸棕榈酸酯在西方发达国家已成为目前最流行的抗氧化剂， 据不完全统计其用量应在4 0 0 0 吨左右“。 在国内，虽然食品结构与西方不同，使用的食用油、奶类、肉类和糖类食 6 薪壅抗氧化捆l 抗坏 酸橡榈酸醵的台赢工艺研究 品平均用量远不足于西方。但整个食品添加行业需求量却是非常庞大的，仅2 0 0 3 年，中国食品工业生产值突破一万亿人民币，需各类食品添) j 口齐l j 用量猛增，因 此，l 一抗坏血酸棕榈酸酯作为新一代食品添加剂在中国的食品领域应用有广阔 的市场，前景看好“。 综上所述，世界目前抗坏血酸棕榈酸酯的市场总用量应在5 0 0 0 吨年左 右，在国内外具有良好的市场前景。 1 3 2l _ 抗坏血酸棕榈酸酯应用 1 3 2 1 国外批准使用情况“2 1 美国：l - 抗坏血酸棕榈酸酯被认为安全抗氧化剂，其添加量没有任何限制。 欧共体国家：食品添加剂机构已批准l - 抗坏血酸棕榈酸酯作为食品抗氧化 剂。各成员国还就其范围各自作了规定。 国际粮农组织和世界卫生组织：均批准使用l 一抗坏血酸棕榈酸酯，每天允 许摄入量为1 2 5 9 k g 体重。 1 3 2 2 在不同领域的应用 由于l 一抗坏血酸棕榈酸酯具有维生素c 的全部生理功能，l 一抗坏血酸棕 榈酸酯可以在食品中强化维生素c 和防止氧化，被世界卫生组织( w h o ) 食品 添加剂委员会( f 1 0 ) 定为营养性、无毒、高效、使用安全的抗氧剂。同时该品 被英国药典收载作为医药辅料，用于调配油膏、软膏、霜剂、注射入微囊；在 化妆品行业中可防止色素形成，对皮肤有美白效果：还可用于热敏纸及塑料中 作抗氧剂。有文献报道，l 一抗坏血酸棕榈酸酯还能阻止亚硝氨的产生，可预防 癌症，对于预防心脑血管病和抗衰老有较好的效果，因此又是一种很好的营养 强化剂。 可见，l 一抗坏血酸棕榈酸酯抗氧化性能好，同时具有营养性，因此广泛用 于各种肉制品、面食品、奶粉、婴儿食品、食用油、香肠、饮料、啤酒、罐头、 化妆品、医药及保健品中。 在上述各方面用途中，抗坏血酸棕榈酸酯的最大应用领域是食品、特别是 食用油。为了防止油品氧化，保证食品的风味及保质期，在食用油中加抗氧化 剂是目前普遍采用的生产技术。 7 四川大学爱士掌位论文 目前食用油中常用的抗氧化剂有：b h t 、b h a 、t b h q 、v e 和l 一抗坏血酸棕 榈酸酯。从产品的结构、生产方式、相对毒性、自身稳定性及生理功能等各方 面考虑，以上几种抗氧化剂中，l 一抗坏血酸棕榈酸酯的应用前景应该最好，用 量比例应达3 0 4 0 。 1 4l 一抗坏血酸棕榈酸酯的合成方法概述 1 4 1 国内外研究及生产概况 l 一抗坏血酸棕榈酸酯的研究工作主要集中在产品的制备工艺、应用和检测 方法等几方面，国内外相关文献报道较多。五、六十年代德国、意大利、比利 时等国家就有关于l - 抗坏血酸棕榈酸酯的研究报道“”，七、八十年代美国等一 些国家陆续报道了l 一抗坏血酸棕榈酸酯的合成方法，主要为化学合成法。由于 化学合成过程中要使用硫酸、氢氟酸、酰氯及多种挥发性有机溶剂，对仪表、 设备腐蚀严重，同时存在环保问题，所以近几年日本等国家开发了生物酶催化 合成工艺，该工艺具有设备腐蚀小、易于连续生产的优点，但目前也存在收率 低、提纯难度大、产品有异味等缺点。从长远发展看，酶法生产工艺将是l 一抗 坏血酸棕榈酸酯生产工艺的主流发展方向，但目前尚不很成熟，生产成本远高 于化学合成工艺，所以近期工业生产仍将以化学合成法为主。 在工业生产方面，世界上l 一抗坏血酸棕榈酸酯的生产能力主要集中在瑞士 罗士公司、德国巴斯夫公司、日本武田公司、s i g m a 公司等几家大公司手中， 居垄断地位。在中国国内，目前只有桐乡市康普达生物科技有限公司、浙江天 新制药厂、北京晨奥高科技发展有限公司等少数几家公司能生产该产品，且采 用化学合成工艺，产量均在百吨左右。 1 4 2 化学合成法 化学合成l 一抗坏血酸棕榈酸酯的方法主要包括硫酸法、棕榈酰氯法、氢氟 酸法等。 1 4 2 1 硫酸法 硫酸法是以l 一抗坏血酸和棕榈酸为原料、硫酸为催化剂和溶剂合成l 一抗坏 血酸棕榈酸酯，包括直接酯化法、酯交换法两类。 新型抗氧化捆l - 抗t s m 馥棕橱酸醵的合成工艺研究 ( 1 ) 直接酯化法 采用硫酸作为催化剂和溶剂，使l 一抗坏血酸与棕榈酸按照一定摩尔配比在 1 0 5 0 下反应2 4 8 h 的条件下直接发生酯化反应，生成l 一抗坏血酸棕榈 酸酯。 ( c l t 。k c h ， 0 + i l i o 直接酯化法作为合成l 一抗坏血酸棕榈酸酯的传统、成熟方法，经历了几个 发展阶段，以下几人的研究成果典型性地代表了这一合成法的发展历程。 w e l l sp e r c ya ( 1 4 1 等报道以用量为l o o m l 、浓度为9 5 硫酸作催化剂和溶剂， 将l 一抗坏血酸8 8 克与棕榈酸l o 3 克为原料，在常压、室温下反应1 6 h 合成 l 一抗坏血酸棕榈酸酯。酯化反应收率可达4 0 5 0 。虽然酯化反应中所用的抗 坏血酸过量约2 5 ，但是每次仅有3 2 4 0 的抗坏血酸转化成相应的酯类，说 明抗坏血酸过量不能让酯化反应进行充分。而且，反应后过量的抗坏血酸不能 回收利用，增加了产品成本。 据s e i b “”报道，当原料棕榈酸与抗坏血酸的摩尔配比为1 3 6 时，硫酸摩 尔数为总原料摩尔数的0 1 0 3 倍时，在常压下2 0 5 0 下，反应2 4 8 h 进行酯化反应，收率可达7 5 8 0 以上。表明棕榈酸过量有利于平衡向生成物 方向进行，且未参加反应的棕榈酸也可按照常规回收利用而降低生产成本。硫 酸浓度提高至9 8 9 9 较好，但若采用发烟硫酸，收率反而下降，说明提高硫 酸浓度有利于酯化反应的进行，同时说明它的进行程度与溶剂的含水量有密切 关系。另外，该研究表明，当原料棕榈酸和抗坏血酸的总摩尔数与硫酸的摩尔 数配比为0 1 5 o 1 7 时收率高，说明产品收率也受硫酸量的影响。 蔡力创等“”在原料棕榈酸与抗坏血酸的摩尔配比为1 3 5 时，对反应时间、 温度问的交互影响进行了研究，发现最佳的反应时间和温度是2 0 时反应3 6h 和2 5 。c 时反应2 4h ，酯化反应收率可达8 0 以上。说明在其他条件不变的情况 下，随着反应温度的升高，反应时间可适当减少。 9 四川大学殒士学位论文 直接酯化法作为l 一抗坏血酸棕榈酸酯生产的传统方法，具有生产工艺简单， 反应条件温和，收率高的特点，工业应用较广泛。但该法在后续分离、提纯过 程中，需要多种有机溶剂，且分离步骤烦琐，分离成本可接近总成本一半左右。 另外，由于反应为酯化可逆反应，过量的长链脂肪酸棕榈酸等在反应后期 的分离过程中会引起乳化现象，仅通过简单过滤不能将l 一抗坏血酸棕榈酸酯分 离出来，造成后续分离难以进行。 ( 2 ) 酯交换法 该法是以l 一抗坏血酸、棕榈酸甲( 乙) 酯为原料，硫酸为催化剂和溶剂， 在1 0 5 0 下进行1 6 4 8 h 的的酯交换反应，合成l 一抗坏血酸棕榈酸酯。 n i c k e l s ，h e l m u t 等人“”采用9 6 以上的浓硫酸为催化剂和溶剂，将碳原子 数为1 2 1 8 的脂肪酸甲( 乙) 酯分别与l 一抗坏血酸等摩尔，在常压下温度范围 在2 0 5 0 下发生酯交换反应。研究表明：硫酸浓度高达1 0 0 时效果佳，脂 肪酸甲酯优于脂肪酸乙酯，特别是碳原子数为1 6 的棕榈酸甲酯效果优于其它碳 原子的脂肪酸甲酯。 张卫等“”人以l 一抗坏血酸与棕榈酸乙酯的摩尔比为1 ：0 7 5 ，9 5 硫酸为催 化剂，合成l 一抗坏血酸棕榈酸酯。优化后的工艺条件为：反应温度2 5 ，反应 时间1 6 h ，硫酸可以重复使用。这表明酯交换法较直接酯化法反应时间短，且 由于酯交换法无水生成，硫酸浓度不变，可重复使用。 龚大春等人“”以l 一抗坏血酸( 3 4 9 ) 和棕榈酸甲酯( 4 6 m 1 ) 为原料，合 成l 一抗坏血酸棕榈酸酯。实验表明，最佳硫酸浓度为9 9 ，常压、室温下反应 l o h ，酯化收率可得8 4 4 。说明提高硫酸浓度可以减少反应时间。 在酯交换法中，采用棕榈酸酯代替棕榈酸作为合成原料，可以很好地解决直 接酯化法分离过程中过量的棕榈酸易乳化的缺点。而且硫酸对棕榈酸甲( 乙) 酯的溶解能力比对棕榈酸的溶解能力强得多，当棕榈酸甲( 乙) 酯与l 一抗坏血 酸酯化时，可将合成时间缩短，同时减少了酸的用量。但是酯交换法在制备棕 榈酸酯时，反应过程复杂，分离过程条件烦琐，且l 一抗坏血酸棕榈酸酯总收率 低于直接酯化法的总收率，不具有工业化的优势。 1 4 2 2 棕榈酰氯法 该方法是将棕榈酰氯和l 一抗坏血酸溶于二甲基乙酰胺、二氯甲烷等溶剂中， 1 0 新壁抗氯化荆l - 抗坏i 豇酸橡t 醇的合成工艺研究 通入h c l 气体、在o 条件下合成l 一抗坏血酸棕榈酸酯。 蔡力创等。”研究发现酯化反应温度控制在0 ，l - 抗坏血酸与棕榈酰氯的 摩尔比为l ：1 3 5 ，氯化氢气体与l 一抗坏血酸摩尔比为1 ：1 时，当反应时间达 1 8 h 以上，反应已趋完成，收率可达8 0 9 6 以上。 王宏民等人。”的研究表明，将l 一抗坏血酸与棕榈酰氯的摩尔比降低为 1 ：1 1 ；0 下反应1 8 h ，l - 抗坏血酸棕榈酸酯的收率可达8 4 ，粗产品纯度达 到9 4 以上。 陆豫等人。2 1 先用棕榈酸6 4 9 与二氯亚砜反应制备棕榈酰氯，然后将棕榈酸 酰氯1 5 2 m l 滴入二甲基乙酰胺和二氯甲烷的混合溶剂中，在通氯化氢的条件下 与9 6 9 9l - 抗坏血酸在o c 反应1 8 h ，收率可达8 4 3 。 棕榈酰氯法避免了浓硫酸的使用，反应温度低，副产物少，产品收率高， 纯度好。但生产工艺复杂，o c 的低温条件不易达到，使用的棕榈酰氯性质活泼、 有毒、价格贵，对于工业生产来说条件比较苛刻，且该方法采用的l 一抗坏血酸 过量，其中过量的l 一抗坏血酸不能回收，造成浪费。 1 4 2 3 氢氟酸法 g r u e t s m a c h e r ”报道以等摩尔的棕榈酸和l 一抗坏血酸为原料，采用无水氢 氟酸作为溶剂和催化剂，先使l 一抗坏血酸、棕榈酸在氢氟酸中o c 搅拌，然后 减压条件下于2 2 2 3 反应1 2 h ，生成l 一抗坏血酸棕榈酸酯，其收率可达8 0 。 氢氟酸法不易引起副反应，产物较纯，且可避免对过量原料的回收操作， 但分离所需的溶剂量大，类型多，成本昂贵；氢氟酸具有强腐蚀性和强毒性， 对反应器、设备及操作条件都有很特殊的要求，不易于工业化生产，对环境的 污染又相当严重，所以此种方法已被淘汰，基本不再使用。 1 4 3 生物酶催化合成法 生物酶催化法利用脂肪酶，在有机溶剂中催化l 一抗坏血酸和棕榈酸或其衍 生物发生酯化或酯交换反应生成l 一抗坏血酸棕榈酸酯。 t u m e a u 等人。”以棕榈酸甲酯和l 一抗坏血酸为底物，以固定在大孑l 丙烯酸 树脂上的酶n o v o z y m e 4 3 5 为催化剂进行了研究。研究表明，在不同极性的溶 剂中，l 一抗坏血酸的转化率在一定l o g p 处有一极值，而且转化率随底物棕榈 四川大