趙洪娥，崔 勵(lì)

(大連工業(yè)大學(xué)化工與材料學(xué)院，遼寧 大連 116034)

蔗糖酯(Sucrose ester，SE)是蔗糖脂肪酸酯(Sucrose fatty acid ester)的簡(jiǎn)稱，按照歐共體標(biāo)準(zhǔn)EWG-Nr.E473和美國(guó)FDA-CFR No.172 859食品條例，它是由蔗糖與正羧酸反應(yīng)生成的一大類有機(jī)化合物的總稱，屬多元醇型非離子表面活性劑[1]。蔗糖酯按蔗糖中羥基與脂肪酸酯化度的不同可分為單酯、雙酯、多酯，是以蔗糖分子中的游離羥基為親水基團(tuán)、天然油脂中的脂肪酸為憎水基團(tuán)的一種安全、無(wú)毒、無(wú)刺激、無(wú)污染、穩(wěn)定性好、可完全生物降解的非離子型表面活性劑，廣泛應(yīng)用于食品、化妝品、洗滌劑、醫(yī)藥、紡織、農(nóng)牧等行業(yè)[2～6]，具有巨大的市場(chǎng)應(yīng)用潛力。

1 蔗糖酯的性質(zhì)

蔗糖酯外觀白色或米黃色，多呈粉末狀、塊狀或蠟狀固體，也有的呈黃褐色的膏狀液體；口感微甜或稍苦，無(wú)味； 在120℃以下穩(wěn)定，加熱到145℃以上分解；熔點(diǎn)較低，但粘度大；易吸潮，易溶于乙醇、丁酮、丙酮和其它有機(jī)溶劑；在弱酸弱堿性條件下穩(wěn)定，反之則易水解[7]。與其它的非離子型表面活性劑相比，蔗糖酯有三大優(yōu)點(diǎn)：(1)蔗糖酯可食用，對(duì)人體無(wú)害且無(wú)刺激性；(2)蔗糖酯本身及其水解產(chǎn)物可以作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被人體吸收；(3)由于蔗糖含有多個(gè)羥基，可以通過(guò)控制其酯化度來(lái)獲得不同HLB值的蔗糖酯，因此，這類酯具有廣泛的HLB值：1～16[8]。

2 蔗糖酯的生物法(酶法)合成

蔗糖酯的合成方法有化學(xué)法和生物法。其中生物法也稱酶法，與化學(xué)法相比，具有催化活性高、反應(yīng)條件溫和、選擇性強(qiáng)、產(chǎn)物分離簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，為蔗糖酯的合成開辟了一條新途徑。生物法合成的蔗糖酯不僅具有乳化、潤(rùn)濕和增溶等表面活性，而且具有增強(qiáng)免疫、抗腫瘤的性能[6]。

生物法合成蔗糖酯的關(guān)鍵在于酶和反應(yīng)介質(zhì)的選擇。

2.1 酶的選擇

酶促合成蔗糖酯反應(yīng)中酶的選擇至關(guān)重要，為了找到合適的酶，不僅要了解酶的結(jié)構(gòu)特征、催化機(jī)制，而且要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)[9]。研究發(fā)現(xiàn)：蛋白酶、脂肪酶、 抗體酶均能用來(lái)合成蔗糖酯。酶催化劑選擇性高，通過(guò)不同酶催化得到的區(qū)域選擇性產(chǎn)物具有特殊的用途。不同酶的區(qū)域選擇性不同，歸納起來(lái)有如下特征：(1)來(lái)自枯草桿菌的蛋白酶的區(qū)域選擇性體現(xiàn)在蔗糖的1′-OH，另外還有其它幾種蛋白酶表現(xiàn)2-OH的選擇性，但蛋白酶通常不接受長(zhǎng)鏈(>C12)脂肪酸作為酰基供體，因此限制了蛋白酶在表面活性劑制備方面的適用性；(2)與蛋白酶相比較，脂肪酶可催化寬范圍的蔗糖酯的合成，其?；话惆l(fā)生在6-OH；(3)最近研究發(fā)現(xiàn)抗體酶也能催化合成蔗糖酯。這不僅增加了合成蔗糖酯的酶的種類，而且由抗體酶可得到更純的6-O-蔗糖單酯。

Pedersen等[10]以蔗糖和乙烯基月桂酸酯為原料，用從BacilluspseudofirmusAL-89中提取的堿性蛋白酶為催化劑在有機(jī)溶劑中合成蔗糖月桂酸單酯，該酯化反應(yīng)主要發(fā)生在2-O位置。Raku等[11]用枯草芽孢桿菌蛋白酶作催化劑在二甲基甲酰胺中催化10-十一烯碳酸與蔗糖合成1′-十一烯碳酸蔗糖酯。Sarney等[12]用Chromobacteriumviscosum脂肪酶在有機(jī)溶劑存在或無(wú)溶劑情況下催化蔗糖乙縮醛與脂肪酸合成蔗糖單酯，具有良好的結(jié)構(gòu)選擇性，避免了以往化學(xué)法產(chǎn)生多種異構(gòu)體雜質(zhì)的情形。生物法催化蔗糖酯所用的酶見表1。

表1 生物法催化蔗糖酯所用的酶

2.2 反應(yīng)介質(zhì)的影響

由于能溶解蔗糖等物質(zhì)的極性溶劑對(duì)催化劑酶的活性有抑制作用[19]，因此，尋求兼顧底物溶解度和酶活性的溶劑充當(dāng)反應(yīng)介質(zhì)是生物法合成蔗糖酯的核心問(wèn)題之一。

溶劑效應(yīng)在非水相酶促反應(yīng)中是一個(gè)關(guān)鍵因素，有機(jī)溶劑中的酶活性與溶劑的疏水性有關(guān)。對(duì)于一些能耐受極性溶劑的蛋白酶，溶劑大多選擇DMF、DMSO等單一極性試劑[10，20]。而對(duì)于脂肪酶，單一極性溶劑或非極性溶劑很難兼顧酶活性和底物溶解度。在弱極性溶劑中加入少許極性溶劑能提高底物溶解度，同時(shí)酶活性也降低不大，因此使用混合溶劑成為趨勢(shì)，如叔丁醇/吡啶、DMF/吡啶、DMF/DMSO體系[10，21]等。Pedersen等[14]報(bào)道了堿性蛋白酶AL-89在V(DMSO)∶V(DMF)=1∶1混合溶劑中催化酯交換反應(yīng)，產(chǎn)物為2-O-?；崽酋ズ?′-O-酰基蔗糖酯；而在DMF或吡啶單一溶劑中，?；恢脙H為蔗糖伯羥基。Ferrer 等[17]研究發(fā)現(xiàn)，在叔戊醇/DMSO 的混合體系中，少量的DMSO 可以增加蔗糖的溶解性，使得酰化過(guò)程能夠進(jìn)行，同時(shí)反應(yīng)媒介大部分是叔戊醇(大多數(shù)脂肪酶在其中很穩(wěn)定)，生物催化劑的失活大大降低。Lkeda等[22]利用苯基硼酸增溶法在叔丁醇中以脂肪酶Pseudomonassp.Lipoprotein催化合成了多種具有聚合能力的乙烯基丙烯酸蔗糖酯，其中乙烯基丙烯酸蔗糖酯24 h時(shí)的產(chǎn)率為31%；而相同條件下，未加苯基硼酸的空白實(shí)驗(yàn)中未見產(chǎn)物。

3 蔗糖酯的提取

無(wú)論化學(xué)法還是生物法生產(chǎn)的蔗糖酯中均殘留大量的雜質(zhì)，必須經(jīng)過(guò)精制，這就要求建立一套適合于蔗糖酯分離提純的方法。

蔗糖酯傳統(tǒng)的分離工藝主要有沉淀法、含水溶劑萃取法、 共沉淀法以及這些分離方法的聯(lián)用。近年來(lái)，生物法的應(yīng)用使得產(chǎn)品的純度有了較大的提高，雜質(zhì)含量相對(duì)降低，但由于醫(yī)用等行業(yè)對(duì)蔗糖酯純度要求的提高，使得傳統(tǒng)分離工藝結(jié)合先進(jìn)工藝進(jìn)行精制成為趨勢(shì)。目前常用的先進(jìn)技術(shù)有分子蒸餾法、氣液界面吸附分離法、薄層色譜法、高效液相色譜法、離子交換法等。

3.1 分子蒸餾法[23]

分子蒸餾是一種在高真空度下進(jìn)行液液分離操作的連續(xù)蒸餾過(guò)程，廣泛應(yīng)用于石油化工、食品、醫(yī)藥等工業(yè)。分子蒸餾的分離作用是利用液體分子受熱時(shí)會(huì)從液面溢出，不同種類分子溢出后的運(yùn)動(dòng)平均自由程度不同而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。 待分離組分在遠(yuǎn)低于常壓沸點(diǎn)的溫度下?lián)]發(fā)，特別適合于分離高沸點(diǎn)、高粘度、熱敏性的天然產(chǎn)物，比常規(guī)蒸餾分離程度更高。

蔗糖多酯是蔗糖分子中有6個(gè)以上的羥基發(fā)生酯化反應(yīng)時(shí)生成的一類化合物，它可以作為脂肪替代品，以降低食品中脂肪的含量。蔗糖多酯粗產(chǎn)物中含有脂肪酸鉀皂、未反應(yīng)的脂肪酸甲酯、游離脂肪酸及色素等雜質(zhì)。采取分子蒸餾法在較低的溫度(此溫度下蔗糖多酯是穩(wěn)定的)分離提純蔗糖多酯，游離脂肪酸及其低碳醇酯降至1%以下，得到光澤透明、淡黃色油狀的蔗糖多酯純品。

3.2 氣液界面吸附分離法

氣液界面吸附分離法是利用不同物質(zhì)的疏水性不同，在其混合物的水溶液的氣液界面的吸附性不同，從而達(dá)到分離目的。蔗糖酯產(chǎn)品一般由單酯、雙酯、多酯及部分雜質(zhì)組成，分離過(guò)程中，其中疏水性強(qiáng)的組分優(yōu)先在氣液界面吸附，這樣經(jīng)過(guò)一個(gè)長(zhǎng)的分離柱就可以得到相對(duì)較純的目標(biāo)產(chǎn)物。

3.3 薄層色譜法

薄層色譜法是色譜中應(yīng)用最普遍的方法之一。蔗糖酯合成產(chǎn)物中含有不同鏈長(zhǎng)脂肪酸的蔗糖單酯、 雙酯及多酯。這些化合物在薄層層析板上展開顯色后，由于極性不同而顯示的斑點(diǎn)的值不同，達(dá)到分離純化。薄層色譜法雖然能較好地分離單酯、雙酯和多酯，卻不能有效地分離這些酯的異構(gòu)體。

3.4 高效液相色譜(HPLC)法[24]

HPLC 是一種蔗糖酯的快速定量方法，同時(shí)也是一種分離提純高純度蔗糖酯的方法。高效液相色譜結(jié)合蒸發(fā)光檢測(cè)器，采用溶劑梯度洗脫，在蔗糖酯異構(gòu)體分離上得到了很好的應(yīng)用。Moh等[25]采用反相高效液相色譜柱進(jìn)行雙重梯度洗脫，分別以75% 甲醇-25%水混合液、95%甲醇-5%水混合液進(jìn)行洗脫，可以將不同長(zhǎng)度?；?C16和C18)的單酯和雙酯完全分開。

3.5 離子交換法

采用離子交換法分離提純蔗糖酯，工藝簡(jiǎn)便、分離效果好，回收率高，且離子交換樹脂可再生使用，洗脫液可蒸餾回收，是蔗糖酯分離提純的新方向。

3.6 其它方法

膜分離技術(shù)和二氧化碳超臨界流體萃取技術(shù)等在蔗糖酯的提純分離上也有應(yīng)用。膜分離技術(shù)簡(jiǎn)單、節(jié)能、高效、無(wú)二次污染。二氧化碳超臨界流體萃取技術(shù)在國(guó)外已有應(yīng)用，分離原理是：二氧化碳的超臨界流體萃取甘油脂肪酸等油脂物質(zhì)，在萃取物中得到蔗糖酯。

4 展望

目前，我國(guó)的蔗糖酯產(chǎn)量很低，蔗糖多酯的生產(chǎn)剛剛處于起步階段，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足未來(lái)市場(chǎng)的發(fā)展需要，而其生產(chǎn)原料蔗糖和脂肪酸兩種資源十分豐富，尤其是國(guó)內(nèi)蔗糖嚴(yán)重供過(guò)于求，亟待開發(fā)下游產(chǎn)品。因此，今后蔗糖酯工業(yè)的發(fā)展關(guān)鍵是采用先進(jìn)的合成工藝，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，促進(jìn)我國(guó)食品和日化工業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整。

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