蔗糖酯

蔗糖脂肪酸脂是蔗糖与各种脂基结合而成的一大类有机化合物的总称，简称为蔗糖酯（SE）。蔗糖酯为白色到黄色的粉末或无色到微簧色的粘稠液体，无味或稍有特殊气味，易溶于乙醇、丙酮，单酯可溶于热水，二酯和三酯难溶于水。蔗糖酯是一种性能优良的非离子表面活性剂，其蔗糖部分为亲水基，长链脂肪酸部分为亲油基。单酯含量越多，则越有亲水性；而二酯和三酯越多，则越有亲油性。

蔗糖酯在体内可被消化为蔗糖和脂肪酸，易于人体吸收。蔗糖酯对皮肤刺激性小、无毒，易被生物降解，在食品中使用没有限制。同时，由于蔗糖酯的原料蔗糖和脂肪酸是可再生资源，因此其应用前景十分广阔。

在食品行业，FAO和WHO已批准蔗糖酯为食品添加剂。由于蔗糖酯有较宽的HLB（亲水亲油平衡值），因此在食品中作乳化剂。同时还可作食品的结晶调节剂、粘度调节剂、润滑光泽剂、润湿分散剂、淀粉与蛋白质改良剂、水果促鲜剂、杀菌剂、食品香精比重调节剂等。在日用化学行业，蔗糖酯是优良的非离子表面活性剂。首先可做为用于制造蔬菜、水果、餐具及食品机械的洗涤剂、洗涤快干处理剂、防锈剂等。其次由于蔗糖酯对皮肤及毛发温和而无刺激，可制作洗发香波、护发剂、乳化胭脂等化妆品及化妆品用蜡。在牙膏中用作发泡剂、洁净剂、甜味剂与防蚀剂等。在医药行业中，蔗糖酯可作增溶剂、分散剂和渗透剂、乳化剂，还可作药片的包复剂、崩解剂、润滑光泽剂，以及内服药与外用药的助剂。蔗糖酯在工业发酵、农药、合成树脂、制糖、纺织助剂、油田等方面都有重要的用途。

1 蔗糖酯的合成技术

（1）蔗糖酯合成的原理

目前工业上应用较多的是蔗糖与脂肪酸酯的酯交换反应制得的。蔗糖是含有8个自由羟基的双糖，在催化剂存在和减压、加热的条件下，能与脂肪酸酯进行酯交换反应。酯交换的先决条件是在反应中生成的酯至少有一种酯的沸点比另一种酯低得多，因而能不断蒸发出沸点较低的酯而获得另一种酯。酯交换反应是可逆反应，通常也不涉及到很大的能量变化，平衡常数与温度的关系很小。

（2）蔗糖酯的合成技术

①溶剂法

常用的溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、吡啶、酰基吗啉等。

将蔗糖溶于所选定的溶剂中，再加入脂肪酸酯，以碳酸钾为催化剂，加热并减压，进行酯交换反应，蒸馏除去副产甲醇即可。根据反应物料配比的不同，可得到以单酯为主或以二酯为主的蔗糖酯。为减少副反应，必须保证反应处于无水状态。使用上述有毒溶剂最终产物免不了有残留，这使产品的使用范围大受限制。随后有人提出用水代替有机溶剂，将蔗糖溶于水，在高温下将水蒸发，使糖与脂肪酸酯反应，但该方法的产率也不高。

②微乳化法

将蔗糖，脂肪酸钠（乳化剂）和脂肪酸甲酯溶于丙二醇中，升温至100℃左右，使成为微乳化液，然后加入碱性催化剂，升温至150～170℃，减压至800Pa，短时间即可完成反应。

这种方法蔗糖用量少，溶剂可回收，产物中少量残余溶剂不妨碍于食品中应用。产物精制简单，但蔗糖有焦化现象，产品易着色。同时溶剂等因素使蔗糖酯的生成成本较高。

③其他方法

a.将丙二醇酯同脂肪酸钠在150～190℃下加热熔融，然后将催化剂和蔗糖加入，减压至13.33～133.3Pa，并于上述温度下搅拌反应即可。为防止产品着色，可通惰性气体保护。本法可连续，也可间歇。

b.Feuge等将蔗糖、脂肪酸钠和脂肪酸酯投入带搅拌的反应器中，并通惰性气体保护，然后将反应物料加热至170～185℃，使混合物溶解成熔融状态，于133.3～13333Pa下反应20～30min，加入酸以中和催化剂，冷却分离即可。本法时间短，反应快。但高温下蔗糖不稳定，极易结块焦化，反应一般在2～20分钟内就不得不停止了。虽然该方法后来由日本的木南谦一等做了改进，并达到了50%的产率，但产品的成本还是较高。

c.Parker等提出了由脂肪酸三甘油酯直接同蔗糖反应和到蔗糖酯的方法。在碳酸钾存在下于110～140℃的温度、常压下等摩尔量颗粒状蔗糖直接与脂肪酸三甘油酯进行反应，无需任何溶剂，反应物中蔗糖酯的含量可达40%，Parker还指出，表面活性剂存在有助于反应进行。该合成方法成本较低，操作简单，为蔗糖酯的大规模生产迈出了重要的一步。但该方法在合成技术上还是存在问题，如在高温下，甘油酯的粘度下降，使得颗粒状的蔗糖悬浮困难，尽管有搅拌存在，蔗糖还是发生结块及焦化，并且随时间增加，焦化加深。

d.Harry等提出了一个改进方法，即在上述方法的基础上，加入表面活性剂脂肪酸皂，可大大加速反应进行，皂体促进了细颗粒状蔗糖在甘油酯中的分散悬浮，增加了反应物的接触，缩短了反应时间，同时糖的焦化也有好转，这使蔗糖酯的合成工艺达到了一个新阶段。

e.国内丁令娴等在此基础上提出了合成蔗糖酯的新工艺。

由于蔗糖与脂肪酸酯的物理性质有很大的差异，如在相同溶剂中的溶解度、熔点及比重等差异，这些差异使得这两个反应物不能均匀地混合，导致非均相反应的发生，这是反应动力学上一个不利因素，直接影响到反应物的转化率。况县蔗糖在略高于100℃就易焦糊。

该合成技术主要使酯交换反应这一多相反应过程的动力学存在下加入适量乳化剂——脂肪酸皂，使体系成为微乳状液，这种微乳状液的液珠直径非常小，达微米级，成为透明的或接近于透明的热力学稳定体系，在这种近似真溶液的体系中，酯交换反应犹如均相反应，反应的动力学条件大大改善，在催化剂的作用下，生成的醇不断蒸发排出反应区域，使平衡不断地向生成蔗糖酯的方向移动。

为了获得较高的收率以得到预定的单酯比率，应严格控制反应条件，如脂肪酸酯与蔗糖的配比、催化剂和脂肪酸皂的用量、反应温度和时间等。

酯交换反应所得的蔗糖酯含有反应物质和其他杂质，必须进行提纯。用有机物（酯类、醇类、醚类、酮类）进行溶解洗涤，多余的脂肪酸酯、蔗糖、催化剂、脂肪酸皂和其他杂质即溶解除去，从而得到含有一定比例单酯、双酯和三酯的蔗糖酯。

在合成过程中，有些原料末参与反应，反应中还有副产品甘油产生，原来合成脂肪酸酯的醇类在酯交换反应时又重新游离出来，因此回收这些物质不仅可以大大减少污染，而且有利于提高原料的利用率，降低成本。

同时，生产过程排放的废水中含有大量的有机物，COD和BOD很高，排放前要进行综合处理。经过处理的废水，有机物含量、悬浮物、pH值等均达到排放标准，不会造成污染。

2 蔗糖酯的生产及市场前景

目前世界上生产蔗糖酯的国家主要有美国、英国、日本、法国、意大利等，它已成为国际上耗用量较大的一种食品添加剂。其中日本年产量居世界首位，用量也较大，仅日本菱糖公司的年产量就达6000吨。

80年代起，国内有不少单位开始研制蔗糖酯。1990年国内的生产量已达到2000吨。近年来，蔗糖酯的生产应用发展很快，特别是食品工业用作乳化剂方面，已成为仅次于单甘油酯、失水山梨醇酯和丙二醇酯的第四大品种。

国内蔗糖酯的生产厂家有30多家，年生产能力达1万吨左右。由于生产工艺等方面的原因，国央蔗糖酯生产成本高、产品质量与日本产品相比仍有较大的差距，在某些领域内的推广应用还比较困难。

从目前国内的几个应用领域来看，蔗糖酯的市场潜力巨大。首先在食品领域，我国食品工业的年总产值占国民总产值的15%以上，成为国内居机电、纺织之后的第3位产业，并一直保持较快的发展速度。

而蔗糖酯作为食品工业中乳化剂的一大品种，每年的产量已有80%消费在食品加工业中，尽管如此，其消费量还远未饱和。随着人民生活水平的不断提高，对食品品质的要求也越来越高，这必将促使食品工业中传统食品加工方式的改变、新工艺的应用、新产品的开发引进、生产规模的扩大，而这些都会使新型无毒食品添加剂糖酯的消费量随之相应地增加。其次在化妆品领域，目前国内化妆品消费市场已进入一个新的发展高潮，特别是洗发护肤类化妆品，正面临概述增长阶段，产品不断升级与更新，存在着巨大的消费潜力以待开发，这也使蔗糖酯的需求量逐渐增加。此外，在其他一些正在开发的应用领域内，蔗糖酯用于农作物的生长调节也有良好的增产效果。预计今后几年，蔗糖酯在国内的需求量将保持稳定增长的趋势，年增长率7%～10%。

目前国内蔗糖酯无论产量及生产工艺都远远不能满足国内市场日益增加的需求，开发应用蔗糖酯已成为当前一个值得关注的精细化工项目。今后蔗糖酯产业发展的关键是采用先进的生产工艺、降低生产成本，提高产品质量、进一步拓展其应用领域。