单甘酯

白色或淡黄色蜡状固体

单甘 的全称为单脂肪酸 丙三醇 酯(或甘油单 脂肪酸甲酯 ),英文名为Monoglycerides(MG),按照主要组成脂肪酸的名称又可以将单甘酯分为 单硬脂酸甘油酯 ( 美国护肤甘油 monostearate)、单 月桂酸甘油酯 (Glycerol monolaurate)、 单油酸甘油酯 (Glycerol monooleate)等,其中产量最大、应用最多的是单硬脂酸甘油酯。单甘酯一般可为油状、脂状或蜡状,色泽为淡黄或象牙色,油脂味或无味,这与脂肪 基团 的大小及饱和程度有关,具有优良的感官特性,单甘酯不溶于水和 丙三醇 ,但能在水中形成稳定的水合分散体,其HLB值为2~3。通过改变组成单甘酯的脂肪酸碳链的长度和饱和性,可以调整其HLB值。与油脂相似,单甘酯以多种晶型或变晶型存在。

单甘酯具有良好的表面活性,可以作为 乳化剂 应用于食品、化妆品、医药等领域。近来的研究发现,某些单甘酯表现出一定的抗菌特性,这使得单甘酯研究和开发具有重要的应用价值。例如月桂酸单甘酯,具有广谱抗菌性,而且安全性高、性能稳定,同时表面活性也较强,目前已经在美国、 德国 、 日本 实现工业化生产,并作为食品 防腐剂 投放市场。

单甘酯除具有典型的表面活性作用外,在食品中还具有许多其他功能。这些表面活性作用和在食品中的特殊作用相结合,是单甘酯应用于面 食品加工 的基础。在此基础上,单甘酯不仅能提高食品质量,延长食品贮藏期,改善食品的感官 性状 ,而且还可以防止食品变质,便于食品加工和保鲜,有助于新型食品的开发。

产品性质

单 丙三醇 脂肪酸甲酯 又称单甘酯,是一分子甘油和一分子脂肪酸酯化而成。

分子结构

在常温下,单甘酯是白色或淡黄色的固体,略带苦味,不溶于水,溶于 三氯甲烷 、 乙酸乙酯 、 乙醇 、苯及多种氯化烃等有机 溶剂 中。

单甘酯分子中有两个 亲水性 的 羟基 (OH)和一个亲油性的 烃基 (R).从而使得它具有优良的乳化性能.它属于非离子型 表面活性剂 。HLB值在3~5之间,具有消泡性、亲油性,是w/ O型 乳化剂 。

近年来市售的单甘酯多为未经 蒸馏 的 初级产品 。它实际上是单甘酯、双甘酯和少量三甘酯的 混合物 。由于双甘酯分子中只有一个羟基,亲水性太弱,乳化能力低,而三甘酯即油脂根本无乳化能力,所以产品中真正起乳化作用的是 丙三醇 一酸酯。因这种产品中单甘酯含量相对较低(50%以下),故其应用范围受到很大限制。相比之下,经蒸馏的高纯单甘酯(含量超过90%)性能较佳,能满足各种不同要求。随着蒸馏技术的不断进步,这种单甘酯的产量将会逐年提高。

应用范围

单甘酯是一种非离子型的 表面活性剂 ,具有乳化、润滑、松软及润湿等优良性能,且无毒,广泛应用于 食品加工 和化妆品的 乳化剂 。

1.可用于食品及医药 杀菌剂 ,其抗菌活性强,抗菌谱广,能用于肉制品、 乳制品 、啤酒、 酱油 等的防腐,也可用于橘、桃、荔枝等水果的保鲜。 丙三醇 单月桂酸酯可与淀粉和 蛋白质 形成 配位化合物 而降低抗菌效果,对革兰氏阴性菌几乎无效,而与其他杀菌剂如 山梨酸钾 等复配效果很好,故多用于复合配方中

2.可作乳化剂、助乳化剂、 稳定剂 和保鲜剂等。用于食品加工中作面包软化剂, 豆制品 的消泡,在乳制品、 特种油脂 、 糕点 中作 乳化剂 和稳定剂,一般用量0.3%~0.5%;作酱油、豆乳和 乳酸饮料 的 消泡剂 时用量0.1%;还用于配制化妆品膏、霜及乳液,在医药工业中作 栓剂 基剂和药物载体等。

3.可作 乳化剂 、助乳化剂、稳定剂和保鲜剂等。用于工业丝油剂的乳化剂和纺织品的 润滑剂 ;在塑料薄膜中用作流滴剂和 防雾剂 ;在塑料加工中作润滑剂和 抗静电剂 ;在医药工业中作栓剂基剂和药物载体等。还用于配制化妆品膏、霜及乳液。 乳制品 、 人造奶油 、 糕点 中参考用量0.3%~0.5%; 酱油 、豆乳和 乳酸饮料 的消泡剂用量0.1%

4.用于日用 化学 制品。HLB>3.7是 W/ O型 乳状液的 乳化剂 ,是膏霜类产品的理想原料,也用于制药,是配制中性药膏的原料。

生产方法

单甘酯的工业化生产主要采用 化学 法。化学法合成单甘酯通常产率低、能耗高、产品色泽深而且有异味。为了获得较高质量和产量的单甘酯,近年来,人们开始探索以脂肪酶为 催化剂 ,在较低温度下合成单甘酯的新途径。酶法合成单甘酯具有许多优点,如反应条件温和、能耗低和产品纯度高,国内外已经对其进行了大量的相关研究,但是仍然存在单甘酯产率较低,合成所用设备结构、 溶剂 系统以及操作过程过于复杂等不足之处,多数研究还处于实验阶段,没有实现商业化生产。

国内外的研究者以天然油脂、 脂肪酸 和 丙三醇 等为原料,利用 多酚氧化酶 脂肪酶,在有或无有机溶剂体系中,通过油脂 水解 或 醇解 、脂肪酸与甘油酯化和甘油解等多种反应途径合成单甘酯。脂肪酶在有机相中合成单甘酯的途径主要有如下几种。

1、水解法指天然油脂或三甘酯通过水解作用生成单甘酯的过程。水解法最主要的问题是单甘酯产率较低,原因是每产生lmol单甘酯则生成2mol脂肪酸,脂肪酸抑制 基转移从而阻止水解反应继续进行。

2、酯化或转酯反应指 甘油 与 脂肪酸 或 脂肪酸甲酯 通过酯化或转酯反应产生单甘酯的过程。酯化或转酯反应的关键是控制初步酯化产品单甘酯不被进一步酯化成双酯或三酯,所以生成的单甘酯应及时从反应体系中分离出去,以提高单甘酯产率。

3、 丙三醇 解法指以天然油脂或三甘酯和甘油为 底物 合成单甘酯的过程。甘油解反应具有最高理论产率,因为每1 mol TAG(三甘酯)消耗2mol甘油,同时能够产生3moI单甘酯。 

系列产品

单甘酯作为在食品和其他行业广泛使用的添加剂,市场已开发出系列产品.主要有普通单甘酯,高纯( 蒸馏 )单甘酯和单甘酯的 衍生物 产品等,现介绍如下:

(一)普通单甘酯

普通单甘酯即由酯化法或醇解法得到的未经蒸馏或提纯处理的单甘酯 初级产品 ,它是单甘酯和双甘酯及其它组份的 混合物 ,其中单甘酯含量一般为35~40%,双甘酯约为35~45%,酯约为10~15%,游离 丙三醇 为1~7%。由于单干酯的实际含量较低,故只能作为一般工业用。

(二)高纯单甘酯

作为工业用的普通单甘酯,一般含量为35~40%,最高不会超过60%。为提高单甘酯的用途,需对普通单甘酯进行提纯处理,提纯的方法是除去 催化剂 和甘油,再经 有机高分子化合物 蒸馏 ,最后得到单甘酯含量在90%以上的高纯单甘酯。

除去催化剂的方法是将反应产物冷却到125℃左右,加入一定量的磷酸,以中和催化剂。

脱 甘油 时,一般在 薄膜蒸发器 中进行,先在残压0.13~0.25kPa(1~2mmHg),温度140℃下,从 混合物 中分离气态产物、水和部分甘汕(脱气),然后在高真空(靠多级蒸汽 真空泵 建立)下蒸馏出甘油, 游离脂肪酸 和部分短碳链单甘酯。此时设备的操作条件为:残压0.013~0.039kPa(0.1~0.3mmHg),温度160℃左右。

经初步分离 蒸馏 后的产品含60%左右的单甘酯,要得到90%以上的单甘酯,还要用薄膜蒸发器在三级分子蒸馏装置上制备,设备中的温度范围为205~210℃,残压0.0013~0.0039kPa(0.01~0.03mmHg)。

(三)单甘油酯的 衍生物

纯度较高的单甘油酯,可与 食用醋酸 、 DL-乳酸 、 柠檬酸 、 酒石酸 等 有机酸 再进行酯化,形成多种单甘油脂的衔生物,成为多种特殊用途的 乳化剂 。

1、单甘酯的二 乙酰 酸酯

单甘酯的二乙酰基酸酯为黄色片状固体或 棕色 的软膏,主要用作面包工业的 改性剂 。把它加入面包中,能促进油脂的 均匀分布 ,防止烙烤时 质和淀粉糊发粘。

2、单甘酯的乳酸酯

单甘酯和乳酸酯主要用于 果葡糖浆 和面包工业中。

3、单甘油酯的 聚氧乙烯醚

单甘油酯 聚氧乙烯醚 的分散性、乳化力、起泡力和渗透力均很好,可用作油膏和乳状液的乳化剂和 稳定剂 ,也可作香料、色素、药品的加 溶剂 。它可由单甘油酯与 环氧乙烷 反应制得。

4、单甘酯的 水合物

这种产品是 蒸馏 单甘酯在水中的乳状液,在外部形态上它是一种具有弱醋酸味的白色柔软物,它主要用于面包和 通心粉 制品的生产。单甘酯的 水化物 与面粉中的淀粉能生成一种复杂的化合物,从而阻止面包变硬。

参考资料

  1. 单硬脂酸甘油酯|Glyceryl monostearate|31566-31-1|参数 物竞数据库 2021-12-22