[发明专利]由乙烯基脂肪酸酯制造糖酯

说明书

在先申请的参照引用

本申请是基于申请日为2006年1月6日的美国临时申请No.60/757097的非临时申请， 并要求享有该临时申请的优先权。

美国政府的支持

本发明得到了NA的支持。

技术领域

本发明涉及一种用于制造高效、高纯度的糖酯的工艺。

背景技术

大约从第二次世界大战结束开始，“天然”表面活性剂比如肥皂(脂肪酸的碱金属盐) 逐渐被石油衍生的“洗涤剂”代替。然而，这些材料中的大部分并不适用于食品和药品。在 对适用于食品和药品的表面活性剂的研究中，发现了糖类洗涤剂或糖类表面活性剂-即糖的脂 肪酸酯以及糖的衍生物。因为存在相对大量的天然糖以及可能存在的各种脂肪酸，故可以形 成非常多不同种类的糖类洗涤剂。

糖酯既可以根据糖的种类分类，也可以根据酯化糖的脂肪酸的链长分类。蔗糖、葡萄糖、 麦芽糖及其他的糖可与各种不同的脂肪酸发生反应，该脂肪酸包括硬脂酸(18个碳)、油酸 (18个碳)、棕榈酸(16个碳)、豆蔻酸(14个碳)和月桂酸(12个碳)。蔗糖酯是具有 许多用于食品工业所需性能的表面活性剂或乳化剂。这些性能包括出色地乳化油和水的能力、 抗菌性、使生面团和烘面包免受冰冻损伤、与淀粉形成复合物、以及甚至水果保鲜。用于这 些用途的糖酯的优点之一在于分子中的亲水性部分(糖)和分子中的亲脂性部分(脂肪酸) 较易改变，从而提供许多种类的各自性能略有不同的化合物。

最常见的糖类洗涤剂可能是基于蔗糖的那些糖类洗涤剂，蔗糖实际上是由一分子六碳醛 式糖的葡萄糖与一分子五碳酮式糖的果糖连接构成的二糖。当蔗糖和脂肪酸发生反应以形成 酯时，蔗糖分子上存在八个位置(构成该糖的每一组分上有四个)可供脂肪酸发生酯化反应。 典型地，可形成单酯、二酯和三酯，并且可能因为位阻而仅形成少量的高级酯。当与单一脂 肪酸比如月桂酸反应时，分析显示形成了许多不同的酯，典型地为2～4种不同的单酯以及高 达6～8种不同的二酯。如果脂肪酸混合物用作原材料，那么其产物更加复杂。易于发现，脂 肪酸的链长(以及饱和度)对制得的糖酯的性能具有明显的影响。长链脂肪酸可制得在室温 下为固体或半固体的酯。长链酯也更难溶于水。两亲型表面活性剂分子的亲水性主要归因于 糖部分，而两亲型表面活性剂分子的疏水性则归因于链越长其疏水性越强的脂肪酸部分。

美国食品与药物管理局(FDA)已对用于食品、药物和化妆品的糖类洗涤剂制定了标准。 食品添加剂的标准在21CFR 172.859：第95-96页中。制定的标准要求蔗糖酯中的组成必需 为：80wt％以上的由可食用的脂肪酸(动物脂肪和植物油)制得的单酯、二酯和三酯、和低 于5wt％的游离蔗糖。此外，仅“安全的”有机溶剂可用于酯的合成，并且这些溶剂的残留 量应被控制到符合标准。

作为这些标准的结果，可能仅有少数材料的商品糖能满足美国食品与药物管理局的要求。 糖酯的制造在日本已经超过了50年，因此，一些日本公司可制造出满足FDA标准的产品， 比如Mitsubishi-Kasai食品公司制造的Ryoto糖酯。

用于制造蔗糖酯的传统方法可用蔗糖硬脂酸酯的制造较好地说明。在早期工艺中，二甲 基甲酰胺(DMF)用作溶剂。首先制备脂肪酸甲酯，接着在存在催化剂比如碳酸钾的条件下， 使甲酯与DMF中的蔗糖在83～95℃下反应4～6个小时。使用的典型配方为30～127重量 份的蔗糖、30重量份的硬脂酸甲酯、2重量份的碳酸钾和300重量份的溶剂。这些方法实现 了60～75wt％的高产率。由于DMF是有毒的，故上述方法的主要问题是提纯反应混合物以 获得满足FDA标准的材料。此外，包含部分分解的糖和溶剂的反应产物具有较高的粘度。

为解决上述问题，人们试图进行各种改进。由于对使用DMF的担忧，Foster D.Snell提 出一种如美国专利No.3,480,616所公开的用二甲基亚砜(DMSO)代替DMF的新方法。美国 专利No.3,644,333是另一个例子，其中Osipow等试图通过使用乳液来避免使用有机溶剂。在 该工艺中，将蔗糖与硬脂酸甲酯和硬脂酸钠以及相当量的预先制得的蔗糖酯混合在一起。碳 酸钾用作催化剂，并且水用作溶剂。然而，其产率较低，约为30～35wt％。此外，该工艺产 生相当多的废品和次品，从而更难以从反应混合物中分出预期产品。