CN107400069B - 一种月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐的制备方法,属于食品添加剂制备技术领域。所述制备方法包括:按照精氨酸乙酯二盐酸盐与月桂酰氯的加料摩尔比≥2:1,往精氨酸乙酯溶液中滴加月桂酰氯进行反应;反应结束后,加入乙酸乙酯萃取,分离油相和水相;油相经饱和氯化钠水溶液洗涤、溶剂蒸发得到所述月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐;水相中补加前次反应所消耗量相当的精氨酸乙酯二盐酸盐,并滴加等摩尔量的月桂酰氯继续反应,并完成后处理,此后可重复该步骤进行多次反应。通过在初始步骤中使用过量精氨酸乙酯二盐酸盐,再重复利用含精氨酸乙酯二盐酸盐的水相,使得每次反应保持该原料过量,既可提高月桂酰氯转化率,又能获得高纯度产物。
Description
技术领域
本发明涉及食品添加剂制备技术领域,具体涉及一种月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐的制备方法。
背景技术
月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐(LAE)是由天然物质L-精氨酸及月桂酸衍生而来的,是一种阳离子表面活性剂。LAE通过改变生物体细胞膜的通透性而起作用,对细菌、酵母、霉菌都具有显著的抑制作用,是一种广谱抗菌剂。相关毒理学试验表明,LAE在人体内可通过生物化学代谢途径,被分解为日常饮食普遍存在的化合物,安全性极高,于2005年被美国食品药品监督管理局(FDA)列为一般公认安全(GRAS)的食品添加剂。在食品方面,LAE可用于果蔬、饮料、沙拉、芝士、米面食品、调味品、即食食品、鱼类和肉类制品等的防腐保鲜。在日化用品方面,LAE可用于口腔护理方面的漱口水、牙膏等,以及洗手液和保湿霜等。
随着食品添加剂往安全、绿色、高效的方向发展,可应用于食品和日化用品的LAE具有巨大的潜在需求。因此,提供一种原料易得,工艺简单,副产物少,产率高的月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐的制备方法,具有重大意义。
如专利文献US 20100152480 A1公开了月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐的制备方法,将L-精氨酸乙酯二盐酸盐溶于蒸馏水中获得pH为2.4的澄清溶液,将溶液的温度降低至5-10℃得到冷却溶液,通过氢氧化钠水溶液调节溶液的pH至7-7.9,然后滴加月桂酰氯和氢氧化钠水溶液,在5-10℃条件下反应3小时,获得悬浊液,真空抽滤悬浊液,收集沉淀,蒸馏水洗涤产物,再在35-40℃的真空烘箱内干燥3-4小时制得月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐。在提纯过程中使用蒸馏水洗涤产物,产物纯度最高达98%,但摩尔产率仅为64%。
专利文献WO 2013098659 A1公开了月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐的制备方法,将精氨酸乙酯二盐酸盐加入到5%-10%氯化钠水溶液中,分批加入温和的碱(如碳酸氢钠),使精氨酸乙酯二盐酸盐转化为精氨酸乙酯,再在室温下滴加月桂酰氯,2小时内加完,接着将反应混合物温度升至35℃继续搅拌反应1小时。将反应混合物搅拌冷却至5-10℃,用10%盐酸调节pH至3,并在该温度下结晶、过滤、干燥,得到92.8%产率的高纯度产物。但是经本课题组反复试验,最高纯度仅能达到87%。
专利文献CN 105061266 A公开了月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐的制备方法,反应分为两步进行,以精氨酸盐酸盐和乙醇为原料制备得到精氨酸乙酯盐酸盐,再以精氨酸乙酯盐酸盐为原料与月桂酰氯反应得到LAE。该方法工艺流程复杂,反应时间长,产率不高(85%)。
我们通过研究发现,在水相体系中反应,不管用氢氧化钠水溶液还是用碳酸氢钠水溶液调节pH值,都不会引起精氨酸乙酯的水解。该反应中存在的主要问题是:月桂酰氯与水反应生成副产物月桂酸,这不仅影响反应产率,而且还会影响产物的纯度以及增加纯化难度。月桂酰氯与水的副反应,已有专利都通过调节反应体系的pH值和温度加以抑制,但是,如果反应体系中的精氨酸乙酯二盐酸盐的浓度过低,该副反应就突显出来了。因此,如何克服副反应的发生是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐的制备方法,克服现有技术中原料转化不完全、用料污染大、反应效率低或产物纯度不高等问题。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐的制备方法,包括:
(1)将精氨酸乙酯二盐酸盐溶于水中,滴加氢氧化钠水溶液,调节pH值至7.1~7.5,制得精氨酸乙酯溶液,按照精氨酸乙酯二盐酸盐与月桂酰氯的加料摩尔比≥2:1,往精氨酸乙酯溶液中滴加月桂酰氯进行反应,反应过程中滴加氢氧化钠水溶液控制pH值在7.1~7.5,控制温度在10~20℃;
(2)反应结束后,加入盐酸调节pH至3.0~4.0,再加入乙酸乙酯萃取,分离得油相和水相;
(3)油相经洗涤、除溶剂,得到所述月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐;
(4)水相中补加精氨酸乙酯二盐酸盐,用量与前次反应所消耗的量相当,并滴加与之等摩尔量的月桂酰氯,反应条件同步骤(1);
(5)按步骤(2)-(3)处理;
(6)重复步骤(4)-(5)2~3次;
(7)当萃取后的水相有氯化钠析出时,过滤除去氯化钠,继续按照步骤(6)操作;
(8)重复步骤(7)若干次。
本发明通过在反应的初始阶段,加入过量的精氨酸乙酯二盐酸盐,反应过程中始终保持精氨酸乙酯过量,以抑制月桂酰氯与水发生副反应,有利于月桂酰氯充分转化;另一方面能够降低产物LAE在水相中的溶解度,方便后续乙酸乙酯萃取产物LAE。
作为优选,步骤(1)中,精氨酸乙酯二盐酸盐与月桂酰氯的摩尔比为2~2.5:1。本发明研究证明,相比于等摩尔比添加,上述比例添加可使LAE的产率(以月桂酰氯计)从90%提高到96%以上,纯度达到99%。
作为优选,步骤(1)中,精氨酸乙酯二盐酸盐溶于水后形成浓度为0.2~0.5mol/L的水溶液。
在第一次的反应结束后,分离的水相中含有未反应的精氨酸乙酯二盐酸盐,本发明重复利用该水相,加入等摩尔的精氨酸乙酯二盐酸盐与月桂酰氯,使得该次反应中精氨酸乙酯二盐酸盐仍旧过量,有助于产物LAE的生成。如此循环操作,不仅节省水的用量,而且显著提高了月桂酰氯转化率。
反应过程中控制温度为10-20℃。反应温度不宜过高,否则月桂酰氯会加速水解,反应转化率下降。作为优选,反应温度为20℃。
反应过程中,溶液体系的酸碱度始终控制在7.1~7.5,pH对反应转化率影响很大。pH小于7.0,精氨酸乙酯二盐酸盐被中和生成精氨酸乙酯的量不足,反应活性低;pH大于7.5,反应液碱性过强,加速月桂酰氯水解。两种情况都会使反应转化率下降。本发明采用氢氧化钠水溶液进行酸碱度调节。作为优选,所述的氢氧化钠水溶液的质量百分比浓度为10~30%。
反应时间为60~180min。在本发明的制备条件下,缩短反应时间的同时保持高产率和高纯度,可提高生产效率。作为优选,反应温度为10℃时,反应时间为180min;反应温度为20℃时,反应时间为90min。
一次反应结束,利用乙酸乙酯进行产物LAE的萃取,作为优选,反应混合物中加入乙酸乙酯后,升温至30~45℃,搅拌30min,静置分层后分离油相和水相。
作为优选,利用饱和氯化钠水溶液洗涤油相。饱和氯化钠水溶液有两个作用,一是洗去乙酸乙酯中的水溶性杂质,二是降低LAE在水中的溶解度,使LAE进入乙酸乙酯层,将乙酸乙酯蒸发,即可得到高产率的产物。
作为优选,采用减压蒸发法除去溶剂。
在制备过程中,水相重复利用2~3次之后,水相中会有氯化钠析出,本发明采用过滤的方式将氯化钠除去,再加入精氨酸乙酯二盐酸盐与月桂酰氯进行反应。
之后的每次重复反应前,先除去水相中的氯化钠,再添加原料进行反应,分离获得产物LAE。
按照本发明的制备方法,水相可以无限次重复利用。
本发明具备的有益效果:
(1)本发明通过在初始步骤中添加过量的精氨酸乙酯二盐酸盐,保证月桂酰氯充分转化,同时降低产物月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐在水相中的溶解度,方便后续的萃取。分离后获得的水相中含有未反应精氨酸乙酯二盐酸盐,本发明循环使用未反应的精氨酸乙酯二盐酸盐,使反应体系中该底物保持足够高的浓度,以抑制月桂酰氯与水反应生成月桂酸,提高月桂酰氯的转化率,减少产物中杂质月桂酸的含量。
(2)本发明控制反应体系的酸碱度在7.1-7.5,减少杂质的产生,每次反应结束,用乙酸乙酯萃取LAE,后续蒸干乙酸乙酯即可获得纯度较高的LAE产品,无需重结晶纯化等步骤,减少产物在提取和转移过程中的损失。
(3)本发明以水作为反应介质,并可重复使用,工序流程简单,精氨酸乙酯二盐酸盐和月桂酰氯转化率好,产品纯度高,操作安全,排污少,适合工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明,但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例,并非全部。基于实施方式中的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例,都属于本发明的保护范围。
实施例1
1、将精氨酸乙酯二盐酸盐(990.6g,3.6mol)加入到9L去离子水中,搅拌使其完全溶解。调节温度为20℃,滴加预先配好的20%氢氧化钠水溶液,调节pH至7.1-7.5。滴加月桂酰氯(393.8g,1.8mol,426.6mL),反应时间90min。
反应结束后,加入盐酸调节pH至4.0,再加入乙酸乙酯萃取,升温至35℃,搅拌30min,分液收集乙酸乙酯层和水层。乙酸乙酯层用饱和氯化钠水溶液洗涤后,旋转减压蒸发除去乙酸乙酯,得到产物。
产率(按月桂酰氯计,下同)98.8%,纯度99.5%。
2、取水层加入精氨酸乙酯二盐酸盐(495.3g,1.8mol),调节温度为20℃,滴加预先配好的20%氢氧化钠水溶液,调节pH为7.1-7.5。滴加月桂酰氯(393.8g,1.8mol,426.6mL),反应时间90min。
反应结束后,加入盐酸调节pH至4.0,加入乙酸乙酯萃取,升温至35℃,搅拌30min,分液收集乙酸乙酯层和水层。乙酸乙酯层的后处理步骤同步骤1。
产率96.8%,纯度99.0%。
3、取水层加入精氨酸乙酯二盐酸盐(495.3g,1.8mol),调节温度为20℃,滴加预先配好的20%氢氧化钠水溶液,调节pH为7.1-7.5。滴加月桂酰氯(393.8g,1.8mol,426.6mL),反应时间90min。
反应结束后,加入盐酸调节pH至4.0,加入乙酸乙酯萃取,升温至35℃,搅拌30min,分液收集乙酸乙酯层和水层。乙酸乙酯层的后处理步骤同步骤1。
产率97.1%,纯度99.2%。
4、反应三次后,水层有氯化钠析出,过滤除去氯化钠,加入精氨酸乙酯二盐酸盐(495.3g,1.8mol),调节温度为20℃,滴加预先配好的20%氢氧化钠水溶液,调节pH为7.1-7.5。滴加月桂酰氯(393.8g,1.8mol,426.6mL),反应时间90min。
反应结束后,加入盐酸调节pH至4.0,加入乙酸乙酯萃取,升温至35℃,搅拌30min,分液收集乙酸乙酯层和水层。乙酸乙酯层的后处理步骤同步骤1。
产率97.3%,纯度99.1%。
5、过滤除去水层中的氯化钠,加入精氨酸乙酯二盐酸盐(495.3g,1.8mol),调节温度为20℃,滴加预先配好的20%氢氧化钠水溶液,调节pH为7.1-7.5。滴加月桂酰氯(393.8g,1.8mol,426.6mL),反应时间90min。
反应结束后,加入盐酸调节pH至4.0,加入乙酸乙酯萃取,升温至35℃,搅拌30min,分液收集乙酸乙酯层和水层。乙酸乙酯层的后处理步骤同步骤1。
产率97.9%,纯度99.3%。
6、过滤除去水层中的氯化钠,加入精氨酸乙酯二盐酸盐(495.3g,1.8mol),调节温度为10℃,滴加预先配好的20%氢氧化钠水溶液,调节pH为7.1-7.5。滴加月桂酰氯(393.8g,1.8mol,426.6mL),反应时间180min。
反应结束后,加入盐酸调节pH至4.0,加入乙酸乙酯萃取,升温至35℃,搅拌30min,分液收集乙酸乙酯层和水层。乙酸乙酯层的后处理步骤同步骤1。
产率96.2%,纯度99.1%。
此后过滤除去水层中的氯化钠,加入精氨酸乙酯二盐酸盐,重复上述反应,水层可循环利用。产率均在96%以上,纯度在99%以上。
对比例1
将精氨酸乙酯二盐酸盐(495.3g,1.8mol)加入到6L去离子水中,搅拌使其完全溶解。调节温度为20℃,滴加预先配好的20%氢氧化钠水溶液,调节pH为7.1-7.5。滴加月桂酰氯(393.8g,1.8mol,426.6mL),反应时间90min。
反应结束后,加入盐酸调节pH至4.0,加入乙酸乙酯萃取,升温至35℃,搅拌30min,分液收集乙酸乙酯层和水层。用饱和氯化钠水溶液洗涤乙酸乙酯层,将乙酸乙酯减压旋转蒸发,得到产物。
产率87.3%,纯度90.1%。
对比例2
参照专利文献WO 2013098659 A1的制备方法,将精氨酸乙酯二盐酸盐(275.3g,1.0mol)加入到750mL 5%的氯化钠水溶液中,分批加入碳酸氢钠(252g,3.0mol),搅拌2小时,至无气泡出现,再在室温下滴加月桂酰氯(218.8g,1.0mol),2小时内加完,接着将反应混合物温度升至35℃继续搅拌1小时。将反应混合物搅拌冷却至5-10℃后,用10%盐酸调节pH至3,加入乙酸乙酯萃取,升温至35℃,搅拌30min,分液收集乙酸乙酯层和水层。用饱和氯化钠水溶液洗涤乙酸乙酯层,将乙酸乙酯减压旋转蒸发,得到产物,产率85.8%,纯度87.1%。
Claims (1)
1.一种月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐的制备方法,包括:
(1)将精氨酸乙酯二盐酸盐溶于水中形成浓度为0.2~0.5mol/L的水溶液,滴加质量百分比浓度为10~30%的氢氧化钠水溶液,调节pH值至7.1~7.5,制得精氨酸乙酯溶液,按照精氨酸乙酯二盐酸盐与月桂酰氯的加料摩尔比为2~2.5:1,往精氨酸乙酯溶液中滴加月桂酰氯进行反应,反应过程中滴加质量百分比浓度为10~30%的氢氧化钠水溶液控制pH值在7.1~7.5,控制温度在20℃,反应时间为90min;
(2)反应结束后,加入盐酸调节pH至3.0~4.0,再加入乙酸乙酯升温至30~45℃,搅拌30min,静置分层后分离油相和水相;
(3)油相利用饱和氯化钠水溶液洗涤、采用减压蒸发法除去溶剂,得到所述月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐;
(4)水相中补加精氨酸乙酯二盐酸盐,用量与前次反应所消耗的量相当,并滴加与之等摩尔量的月桂酰氯,反应条件同步骤(1);
(5)按步骤(2)-(3)处理;
(6)重复步骤(4)-(5)2~3次;
(7)当萃取后的水相有氯化钠析出时,过滤除去氯化钠,继续按照步骤(6)操作;
(8)重复步骤(7)若干次。
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