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葡萄糖酸钠的应用和制备方法

发布日期:2018/10/16 13:42:57

【背景及概述】[1][2]

葡萄糖酸钠是葡萄糖的深加工产品,也是制备葡萄糖酸内酯、葡萄糖酸盐 如锌、铜、亚铁盐等的基础原料,其广泛应用于在食品、建筑、医药、水质处理、电镀、显影等行业,尤其是在食品行业。随着人们生活水平和保健意识的不断提高,对食品营养和风味的要求也越来越高,食品工业正朝着饮食多样化、食品绿色化、低盐化的健康之路发展。葡萄糖酸钠作为一种新型的功能呈味调料,能够赋予食品酸味,改善食品呈味性,防止蛋白质变性,掩盖不良苦味、涩味,代替食盐制取低钠、无钠食品。而且其具有无毒、无潮解性、较好的稳定性和螯合性能、且原料来源广泛的特点,备受人们关注,一些新的制备技术与应用层出不穷。在2012年,经我国卫生部门许可,列入了新型食品添加剂目录。葡萄酸钠由玉米粉等淀粉为原料,用葡萄糖酸发酵法制得,收率在90%以上,或由葡萄糖酸与碳 酸钠或氢氧化钠中和而得。葡萄糖氧化制备葡萄糖酸钠的 4 种方法,目前在中国均有广泛研究。在工业化生产上,生物发酵法和多相催化氧化法应用较多。其中多相催化氧化法具有工艺过程简单,反应条件温和,各种气一液一固三相混合的反应器在常压均可采用,反应温度一般控制在60 ℃以下,反应时间短,转化率高,三废少且易处理的优点。

【理化性质及结构】[1]

葡萄糖酸钠又称五羟基有机酸钠,是一种白色结晶颗粒或粉末,相对分子质量为218.14,熔点约为206 ℃,10%的水溶液pH 6.2~7.8,易溶于水,微溶于醇,不溶于醚,有一定的咸味。

【应用】[2][3][4]

1. 用于医药方面

钠对维持细胞外渗透压和容量,调节酸碱平衡,发挥神经肌 肉的正常功能具有重要的作用,可有效防止低钠综合症的发生。

2. 水质稳定剂

具有优异的缓蚀阻垢作用被广泛应用于水质稳定剂。具有明显的协调效应,适用于钼、硅、磷、钨、亚硝酸盐等各种配方;缓蚀率随温度升高而增加;阻垢能力强,对钙、镁、铁盐具有很强的络合能力:作为循环、冷却水缓蚀阻垢剂达到灭公害。

3. 用作钢铁表面清洗剂

钢铁表面如需要镀铂、镀铬、镀锡、镀镍以适应特殊用途时,其钢坯表面均需经过严格清洗,使镀层物与钢铁表面牢固结合,清洗药剂中添加葡萄糖酸钠将会达到十分理想的效果。

4. 玻璃瓶专用清洗剂

用葡萄糖酸钠为主要配方的玻璃瓶专业清洗剂可改善去垢力不强、易堵塞洗瓶机的喷嘴及管路;对瓶贴及瓶颈铁锈去染力不理想;洗后微量残留物对食用安全性不理想如磷酸盐残留;洗涤水排放成公害,不符合国家规定之标准。

5. 建筑业

作为减水剂、缓凝剂:水泥中添加此外还可用于电镀、 胶卷制造等许多工业领域。

6. 食品工业方面的应用

1)葡萄糖酸钠能够代替食盐:相关研究表明钠的摄入量过大,会诱发高血压的产生。低钠盐食品成为当今食品工业中研究的热点。葡萄糖酸钠的盐味质与食盐接近,而钠分子量仅占10.5%,与食盐相比,前者钠量仅为后者的1/4。而且与其他低钠盐相比,葡萄糖酸钠具有无刺激性、无苦涩味、盐辛味等优点,成为了食盐的最佳取代品。目前被广泛应用于无盐酱油,面包等食品领域。味噌研究所研究使用葡萄糖酸钠代替食盐进行味噌发酵,能使发酵正常,又能达到制减盐或无盐味噌。用葡萄糖酸钠代替部分食盐制取低钠面包,结果表明:随着葡萄糖酸钠添加量的比例增加,含糖面包发酵的时间降低,发酵图案呈逐渐相似。在白面包中,由葡萄糖酸钠完全替代氯化钠,即不会引起面包体积的差别,又不会影响其整体风味及保质期限。

2)葡萄糖酸钠能够改善食品风味:在食品行业中,风味是衡量食品感官机能的最重要指标。目前,风味物质的生产应用,已成为广大食品研究人员和生产者关注的热点。近年研究发现:葡萄糖酸钠具有掩盖食品苦味,屏蔽异味,改善呈味等功效,对食品风味的改善具有显著的效果。

3)葡萄糖酸钠能够增强食品的营养特性:随着人们生活水平和保健意识的不断提高,对食品营养和风味要求也逐渐提升。葡萄糖酸钠作为一种多功能食品添加剂,不但可以改善食品的风味,还可以增强食品的营养特性。如通过对奶酪硬化现象的深入研究,发现葡萄糖酸钠能够与奶酪中钙离子和乳酸根离子形成可溶性复合物,从而增加乳酸钙的溶解度,不但有效的防止奶酪硬化,也保证奶酪的营养品质。

【制备】[2]

1. 生物发酵法

该方法包括真菌发酵和细菌发酵,另外还有固定细胞发酵工艺,其中较普遍采的是黑曲霉菌发酵制葡萄糖酸钠工艺。该方法是在 240- 300 g/ L 的葡萄糖溶液中加入一定量的营养物质,灭菌,冷却至适宜温度,接种体积分数为 10% 的黑曲霉种子液,开动搅拌,通气流,温度在32-34 ℃。发酵过程中滴加消泡剂,以消除发酵过程中所产生的泡沫。整个发酵过程约需20 h,当残糖降至 l g/L 时可以认为发酵结束。茵体与发酵液分离后,发酵液经真浓缩、结晶可得葡萄糖酸钠晶体,或经喷雾干燥后制得葡萄糖酸钠粉状产品 嘲。该方法具有发酵速度快、发酵过程易于控制、产品易提取等特点,但同时也有一定缺陷,如产品色泽不易控制、无菌化要求程度高等

2. 均相化学氧化法

结晶葡萄糖加水溶解后加入催化剂,控制一定的温度,滴加次氯酸钠溶液,同时滴加离子膜液碱来控制反应体系的pH 值,使平衡向生成葡萄糖酸钠的方向移动。通过测定残糖量来确定反应终点,然后过滤,将反应液浓缩,利用氯化钠溶解度比葡萄糖酸钠溶解度低的特性,浓缩后先析出氯化钠,后析出葡萄糖酸钠来进行提纯,可得葡萄糖酸钠含量在 95% (质量分数) 以上的产品。采用次氯酸钠氧化法生产葡萄糖酸钠具有转化率高、工艺过程简单、成本低的优点,但是其中间步骤多,副产物多,产物难于分离,因此在应用上受到了限制。

3. 电解氧化法

该方法是在电解槽中加入一定浓度的葡萄糖溶液 ,再加入适宜的电解质 ,在一定温度、一定电流密度下恒电流电解。其工业参数的确定因加入 电解质的不同而异。例如,以溴化钠为电解质时,葡萄糖浓度为23.5%(质量分数) 温度控制在 40℃,电流密度为 l A · dm-2,电解质浓度为296(质量分数) ,电解过程中碳酸钠可一次性加入。电解结束后电解液经浓缩、结晶,可得葡萄糖酸钠晶体。电解氧化法虽然克服了生物发酵法和均相化学氧化法的某些缺点,但在工业生产中能耗大,不易控制。

4. 多相催化氧化法

配制一定量的葡萄糖溶液加入于四口烧瓶中,称取适量催化剂加入到此烧瓶中,恒温。向溶液中通入空气,并不断滴加一定浓度的Na0H 溶液来维持一定的pH 值。反应后的溶液经冷却、抽滤(催化剂回收) ,滤液减压蒸馏浓缩、结晶,风干后得到葡萄糖酸钠晶体。该法工艺简单,反应平稳,易于控制,反应条件温和,其葡萄糖转化率在 95%左右。缺点是所用催化剂在循环使用一定次数后,催化效率下降,使葡萄糖转化率降低,反应时间延长甚至基本无催化活性,催化剂必须报废更新,相应提高了单位产品催化剂耗量,也使葡萄糖酸钠产品生产成本较高。由此可见,催化剂性能的好坏是使用此法的关键。

【主要参考资料】

[1] 化学物质辞典

[2] 梁洁, 王冲, 刘红梅, & 杨文玲. (2007). 葡萄糖酸钠的制备方法. 河北化工, 30(1), 12-14.

[3] 王冲, 刘红梅, 杨文玲, 裴双秀, & 杜亚威. (2007). 葡萄糖酸钠的制备及发展趋势. 河北工業科技, 24(2), 122-124.

[4] 董贞, 张百胜, 典姣姣, & 惠明. (2014). 食品级葡萄糖酸钠制备及应用的研究进展. 食品工业, 35(9), 242-245.

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