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| 單甘酯 |
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中文名;單甘酯 英文名;Monostearin 別稱;二羥基丙基十八烷酸酯 化學式;C21H42O4 分子量;358.56 熔點;56~58℃ 沸點;476.9 °C at 760 mmHg 水溶性;不溶於水 密度;0.97 |
單甘酯即單脂肪酸甘油酯(monoacylglyceride，MAC)，是一類重要的非離子型表面活性劑 。它含有一個親油的長鏈烷基和兩個親水的羥基，因而具有良好的表面活性，可以作為乳化劑應用於食品、化妝品、醫藥等領域。近來的研究發現，某些單甘酯表現出一定的抗菌特性，這使得單甘酯研究和開發具有重要的應用價值。例如月桂酸單甘酯，具有廣譜抗菌性，而且安全性高、性能穩定，同時表面活性也較強，已經在美國、德國、日本實現工業化生產，並作為食品防腐劑投放市場。[1]
性質
單甘油脂肪酸酯又稱單甘酯，是一分子甘油和一分子脂肪酸酯化而成，其分子結構式如下：
在常溫下，單甘酯是白色或淡黃色的固體，略帶苦味，不溶於水，溶於氯仿、乙酸乙酯、乙醇、苯及多種氯化烴等有機溶劑中。
單甘酯分子中有兩個親水性的羥基(OH)和一個親油性的烴基(R)．從而使得它具有優良的乳化性能．它屬於非離子型表面活性劑。HLB值在3～5之間，具有消泡性、親油性，是w/o型乳化劑。
近年來市售的單甘酯多為未經蒸餾的初級產品。它實際上是單甘酯、雙甘酯和少量三甘酯的混合物。由於雙甘酯分子中只有一個羥基，親水性太弱，乳化能力低，而三甘酯即油脂根本無乳化能力，所以產品中真正起乳化作用的是甘油一酸酯。因這種產品中單甘酯含量相對較低(50%以下)，故其應用範圍受到很大限制。相比之下，經蒸餾的高純單甘酯(含量超過90%)性能較佳，能滿足各種不同要求。隨着蒸餾技術的不斷進步，這種單甘酯的產量將會逐年提高。
單甘酯的應用
單甘酯是一種非離子型的表面活性劑，具有乳化、潤滑、鬆軟及潤濕等優良性能，且無毒，廣泛應用於食品加工和化妝品的乳化劑。
1、應用於食品，單甘酯被認為是最安全的食品添加劑。
2、應用於護膚脂、冷霜、乳劑、髮乳等化妝品和醫藥藥膏的乳化劑，纖維整理劑，聚乙烯、聚丙烯、泡沫聚苯乙烯等的抗靜電劑等。
3、甘油單月桂酸酯與山梨酸復配可用於肉製品、乳製品和啤酒中的防腐劑、水果保鮮劑等。
4、甘油單油酸酯用於精密機件防鏽潤滑劑、食品添加劑等。高純單甘酯可用於PVC塑料加工中作內潤滑劑。
基本方法
單甘酯的工業化生產主要採用化學法。化學法合成單甘酯通常產率低、能耗高、產品色澤深而且有異味。為了獲得較高質量和產量的單甘酯，近年來，人們開始探索以脂肪酶為催化劑，在較低溫度下合成單甘酯的新途徑。酶法合成單甘酯具有許多優點，如反應條件溫和、能耗低和產品純度高，國內外已經對其進行了大量的相關研究，但是仍然存在單甘酯產率較低，合成所用設備結構、溶劑系統以及操作過程過於複雜等不足之處，多數研究還處於實驗階段，沒有實現商業化生產。
國內外的研究者以天然油脂、脂肪酸和甘油等為原料，利用生物催化劑脂肪酶，在有或無有機溶劑體系中，通過油脂水解或醇解、脂肪酸與甘油酯化和甘油解等多種反應途徑合成單甘酯。脂肪酶在有機相中合成單甘酯的途徑主要有如下幾種。
1、水解法指天然油脂或三甘酯通過水解作用生成單甘酯的過程。水解法最主要的問題是單甘酯產率較低，原因是每產生lmol單甘酯則生成2mol脂肪酸，脂肪酸抑制酰基轉移從而阻止水解反應繼續進行。
2、酯化或轉酯反應指甘油與脂肪酸或脂肪酸酯通過酯化或轉酯反應產生單甘酯的過程。酯化或轉酯反應的關鍵是控制初步酯化產品單甘酯不被進一步酯化成雙酯或三酯，所以生成的單甘酯應及時從反應體系中分離出去，以提高單甘酯產率。
3、甘油解法指以天然油脂或三甘酯和甘油為底物合成單甘酯的過程。甘油解反應具有最高理論產率，因為每1 molTAG(三甘酯)消耗2mol甘油，同時能夠產生3moI單甘酯。
系列產品
單甘酯作為在食品和其他行業廣泛使用的添加劑，市場已開發出系列產品．主要有普通單甘酯，高純(蒸餾)單甘酯和單甘酯的衍生物產品等，現介紹如下：
(一)普通單甘酯
普通單甘酯即由酯化法或醇解法得到的未經蒸餾或提純處理的單甘酯初級產品，它是單甘酯和雙甘酯及其它組份的混合物，其中單甘酯含量一般為35～40%，雙甘酯約為35～45%，酯約為10～15%，游離甘油為1～7%。由於單幹酯的實際含量較低，故只能作為一般工業用。
(二)高純單甘酯
作為工業用的普通單甘酯，一般含量為35~40%，最高不會超過60%。為提高單甘酯的用途，需對普通單甘酯進行提純處理，提純的方法是除去催化劑和甘油，再經高分子蒸餾，最後得到單甘酯含量在90%以上的高純單甘酯。
除去催化劑的方法是將反應產物冷卻到125℃左右，加入一定量的磷酸，以中和催化劑。
脫甘油時，一般在薄膜蒸發器中進行，先在殘壓0.13~0.25kPa(1~2mmHg)，溫度140℃下，從混合物中分離氣態產物、水和部分甘汕(脫氣)，然後在高真空(靠多級蒸汽真空泵建立)下蒸餾出甘油，游離脂肪酸和部分短碳鏈單甘酯。此時設備的操作條件為：殘壓0.013~0.039kPa(0.1~0.3mmHg)，溫度160℃左右。
經初步分離蒸餾後的產品含60%左右的單甘酯，要得到90%以上的單甘酯，還要用薄膜蒸發器在三級分子蒸餾裝置上製備，設備中的溫度範圍為205~210℃，殘壓0.0013~0.0039kPa(0.01~0.03mmHg)。
（三）單甘油酯的衍生物
純度較高的單甘油酯，可與醋酸、乳酸、檸檬酸、酒石酸等有機酸再進行酯化，形成多種單甘油脂的銜生物，成為多種特殊用途的乳化劑。
1、單甘酯的二乙酰基酸酯
單甘酯的二乙酰基酸酯為黃色片狀固體或棕色的軟膏，主要用作麵包工業的改性劑。把它加入麵包中，能促進油脂的均勻分布，防止烙烤時麩質和澱粉糊發粘。
2、單甘酯的乳酸酯
單甘酯和乳酸酯主要用於糖漿和麵包工業中。
3、單甘油酯的聚氧乙烯醚
單甘油酯聚氧乙烯醚的分散性、乳化力、起泡力和滲透力均很好，可用作油膏和乳狀液的乳化劑和穩定劑，也可作香料、色素、藥品的加溶劑。它可由單甘油酯與環氧乙烷反應製得。
4、單甘酯的水合物
這種產品是蒸餾單甘酯在水中的乳狀液，在外部形態上它是一種具有弱醋酸味的白色柔軟物，它主要用於麵包和通心粉製品的生產。單甘酯的水化物與麵粉中的澱粉能生成一種複雜的化合物，從而阻止麵包變硬。