单甘酯

非离子型表面活性剂

单甘酯即单脂肪酸甘油酯(monoacylglyceride，MAC)，是一类重要的非离子型表面活性剂。它含有一个亲油的长链烷基和两个亲水的羟基，因而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，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。

性质

单甘油脂肪酸酯又称单甘酯，是一分子甘油和一分子脂肪酸酯化而成，其分子结构式如下：

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，溶于氯仿、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甘油一酸酯。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。

单甘酯的应用

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、应用于食品，单甘酯被认为是最安全的食品添加剂。

2、应用于护肤脂、冷霜、乳剂、发乳等化妆品和医药药膏的乳化剂，纤维整理剂，聚乙烯、聚丙烯、泡沫聚苯乙烯等的抗静电剂等。

3、甘油单月桂酸酯与山梨酸复配可用于肉制品、乳制品和啤酒中的防腐剂、水果保鲜剂等。

4、甘油单油酸酯用于精密机件防锈润滑剂、食品添加剂等。高纯单甘酯可用于PVC塑料加工中作内润滑剂。

基本方法

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、脂肪酸和甘油等为原料，利用生物催化剂脂肪酶，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，脂肪酸抑制酰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、甘油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 molTAG(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%，游离甘油为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，再经高分子蒸馏，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，可与醋酸、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、单甘酯的二乙酰基酸酯

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，防止烙烤时麸质和淀粉糊发粘。

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。

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