JP5089899B2

JP5089899B2 - ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物

Info

Publication number: JP5089899B2
Application number: JP2006080507A
Authority: JP
Inventors: 俊伯田中; 豊美小池; 薫大前
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2026-03-23
Also published as: JP2007254584A

Description

本発明は、高品質なポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物及びその製造法に関する。

ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルは、ソルビトール及び／又はその無水物と脂肪酸との部分エステルの混合物であるソルビタン脂肪酸エステル（モノエステル、トリエステル）にエチレンオキサイドを付加させたもので、非イオン界面活性剤として有用であり、化粧品、洗浄剤等に広く使用されている。

また、２００３年には新規指定の食品添加物として、ポリソルベート２０（ポリオキシエチレン（２０）ソルビタンモノラウリン酸エステル）、ポリソルベート６０（ポリオキシエチレン（２０）ソルビタンモノステアリン酸エステル）、ポリソルベート６５（ポリオキシエチレン（２０）ソルビタントリステアリン酸エステル）、ポリソルベート８０（ポリオキシエチレン（２０）ソルビタンモノオレイン酸エステル）が指定されている。

品質の良好なポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルの製造法としては、例えば特許文献１に、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルに対して、特定のリン酸化合物を添加することにより、加熱着色が改良されることが記載されている。しかし、これら従来の製造法で得られるポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルは、風味が悪く、食品添加物としては不十分である。

また、特許文献２にはポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルの風味を改善する方法が開示されている。

ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルを食品添加物として用いる場合には様々な規格を満たす必要があり、また、外観が透明で低温安定性に優れるものが要望されている。しかし、かかるポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルについてはこれまで報告されていない。
特開平４−１０８７８１号公報特開２００５−２３２２７号公報

本発明の課題は、外観が透明で低温安定性に優れ、更に食品添加物として用いることができる程に高品質なポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物及びその製造法を提供することにある。

本発明は、ソルビタン脂肪酸エステルにエチレンオキサイドを付加させて得られるポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物であって、該ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物中の脂肪酸組成が、パルミチン酸量４５〜７５重量％、ステアリン酸量１５〜４５重量％であり、且つ、該組成物中の水分量が１重量％以下、２０℃のｐＨが４．５〜６．０であるポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物、並びにその製造法を提供する。

本発明により、外観が透明で低温安定性に優れた高品質なポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物を提供することができ、特に食品添加物として有用なポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物を提供することができる。

本発明におけるポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物中の脂肪酸組成は、全脂肪酸中のパルミチン酸量が４５〜７５重量％、ステアリン酸量が１５〜４５重量％である。食品添加物として用いる場合には、全脂肪酸中のパルミチン酸量は６０〜６９重量％が好ましく、６０〜６８重量％がより好ましい。また、ステアリン酸量は３１〜４０重量％が好ましく、３２〜４０重量％がより好ましい。脂肪酸組成は上記パルミチン酸やステアリン酸以外にもミリスチン酸等のその他の高級脂肪酸が多少含まれていても構わない。具体的には１０重量％以内、より好ましくは５重量％以内である。

尚、本発明において、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物の脂肪酸組成は、以下の方法で分析することができる。

５０mlサンプル管にポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物を０．２ｇ計り取る。１／２Ｎ水酸化カリウム水溶液を５ml加え、１００℃、１時間の条件で鹸化分解を行う。その後、水５mlを加え、pH１になるまで２Ｎ塩酸水溶液を加える。ジエチルエーテル１０mlで抽出を３回行い、抽出されたジエチルエーテル層を水洗する。その後ジエチルエーテルを留去した後、ガスクロマトグラフィーにて脂肪酸組成を分析する。

本発明のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物の製造原料であるソルビタン脂肪酸エステルは、ソルビトール及び／又はソルビタンと、脂肪酸とを、窒素ガス気流下、通常１６０〜２８０℃の温度で、生成水を留去させながら反応させることにより合成することができる。より具体的には、特開２００２−２８４７７３号に記載の方法等が利用できる。

原料脂肪酸としては、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物の脂肪酸組成と同様の組成を有するものを用いることが好ましい。また、原料脂肪酸の鹸化価は、２０９〜２１４が好ましく、食品添加物として用いる場合は２１０〜２１２が更に好ましい。

ソルビトールはエステル化反応時にソルビトール自身の分子内脱水反応が起こり、水１分子の脱水でソルビタンに、水２分子の脱水でソルバイドになる。従って、本発明で対象となるポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物は、ソルビトールエステル、ソルビタンエステル、ソルバイドエステルの混合物にエチレンオキサイドを付加反応させたものである。

ソルビタン脂肪酸エステルを得る際の脂肪酸の使用量は、ソルビトール及び／又はソルビタンに対してモル比で、脂肪酸：ソルビトール及び／又はソルビタン＝（０．５〜５）：１が好ましく、（０．８〜３．５）：１が特に好ましい。

ソルビトール及び／又はソルビタンと脂肪酸との反応で得られるソルビタン脂肪酸エステルは、ソルビトール及び／又はソルビタンと脂肪酸との部分エステルの混合物であるが、これらの中で本発明に用いるソルビタン脂肪酸エステルは、平均エステル化度においてモノエステル又はトリエステルが好ましく、モノエステルがより好ましい。また、ソルビタン脂肪酸エステルの鹸化価は、１４５〜１５６が好ましく、１４６〜１５３が更に好ましい。

本発明のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物は、ソルビタン脂肪酸エステルにエチレンオキサイドを付加させることにより得られる。エチレンオキサイドの平均付加モル数は、１５〜３０が好ましく、特に食品添加物として用いる場合は２０〜２５が更に好ましく、２０〜２２が特に好ましい。

ソルビタン脂肪酸エステルへのエチレンオキサイドの付加反応は、従来から知られる触媒を使用することができ、特に限定されないが、例えば水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、ナトリウムメチラート等のアルカリ金属触媒、脂肪酸石鹸類等が使用される。エチレンオキサイド付加反応の反応温度は８０〜２００℃が好ましく、１４０〜１８０℃が更に好ましい。また、反応圧力は０．１〜０．８ＭＰａが好ましく、０．１〜０．６ＭＰａが更に好ましい。

本発明のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物は、外観が透明で優れた低温安定性を得る観点から、水分量が１重量％以下で、２０℃のｐＨが４．５〜６．０である。食品添加物として用いる場合は、水分量は０．５重量％以下が好ましく、２０℃のｐＨは５．０〜６．０が好ましい。

尚、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物の水分量は、ＪＩＳＫ００６８の方法に準じて測定し、ｐＨは、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物を５重量％水溶液に希釈して２０℃の条件下、ガラス電極（東亜電波製）で測定する。

本発明のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物は、上記のようなソルビタン脂肪酸エステルにエチレンオキサイドを付加して得られる反応粗製物を、脱色処理、中和処理、水蒸気処理、蒸留処理及び水分調整から選ばれる少なくとも１種の処理を行なうことにより得ることができる。特に脱色処理及び／又は中和処理後に、必要により水蒸気処理を行うか又は蒸留処理を行い、更に水分を調整して、水分量が１重量％以下、２０℃のｐＨが４．５〜６．０のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物を得ることが好ましい。

脱色処理は、一般に過酸化水素等の脱色剤を用いて行う。脱色剤の添加量は、３５％過酸化水素水の場合、反応粗製物１００重量部に対し、０．０１〜１．０重量部が好ましく、０．０５〜０．５重量部が更に好ましい。脱色処理の温度は、７０〜１００℃が好ましく、処理時間は０．５〜２時間が好ましい。この脱色処理では同時に反応粗製物が中和される。

この脱色処理の代わりに、あるいは脱色処理と併用して、中和処理を行うこともできる。中和処理に用いられる中和剤は特に限定されないが、例えばリン酸、硫酸等の鉱酸、あるいは酢酸、乳酸、クエン酸等の有機酸を使用することができ、これら２種以上を混合あるいは併用してもよい。中和剤は、反応粗製物のｐＨが４．５〜６．０となるように添加することが好ましい。

水蒸気処理は、ソルビタン脂肪酸エステルにエチレンオキサイドを付加して得られる反応粗製物に、水蒸気を流通等で接触させることにより該反応粗製物中の不純物等を水蒸気と共に系外へ除去する処理である。

また蒸留処理は、ソルビタン脂肪酸エステルにエチレンオキサイドを付加して得られる反応粗製物に、水を添加して該反応粗製物中の不純物等を水と共に蒸留により系外へ除去する処理である。

水蒸気処理又は蒸留処理で使用する水蒸気又は水の量は、反応粗製物１００重量部に対して６〜２０重量部が好ましく、８〜１２重量部がより好ましい。水蒸気処理又は蒸留処理の温度は、処理を効率良く行い、工業的に設備にかかる負荷を小さくする観点から、６０〜２００℃が好ましく、８０〜１６０℃が更に好ましい。水蒸気処理は常圧又は減圧下で行うことができるが、一般的には減圧下で行う方が効率的であり、その場合の圧力は２７ｋＰａ以下が好ましく、７ｋＰａ以下が更に好ましい。また、蒸留処理は、減圧下で行い、圧力は２７ｋＰａ以下が好ましく、７ｋＰａ以下が更に好ましい。

水分調整は、水分量が１重量％以下となるように、減圧下で脱水することが好ましい。この場合の温度は110〜130℃が好ましく、115〜120℃が更に好ましい。また、圧力は2.7ｋＰａ以下が好ましく、1.3ｋＰａ以下が更に好ましい。

例中の「％」は、特記しない限り「重量％」である。

実施例１
パルミチン酸／ステアリン酸＝６３％／３７％（鹸化価＝２１０．６）に調整した脂肪酸５４１．３ｇ、７０％ソルビト−ル水溶液（JIS品）４４２．０ｇ、４８％水酸化ナトリウム４．２ｇ、７５％リン酸１．６ｇを温度計、攪拌器、窒素管、留出/減圧管を装着した２Ｌ四つ口フラスコにとり、窒素ガスにより反応系内を十分に窒素置換し、空気を追い出した後、加熱し２４５℃の温度で精製水を留去させながら５時間エステル化反応を行い、濾過により触媒を除去した。生成物の鹸化価は１４９．８ｍｇＫＯＨ/ｇであった。この方法で得られたソルビタン脂肪酸エステル４８０．８ｇと４８％水酸化カリウム０．４７ｇをオートクレ−ブ（容量５リットル）にとり、１１０℃、２．７ｋＰａ（２０torr）で１時間脱水した後、１５５℃でエチレンオキサイド９９１ｇを０．４ＭＰａで圧入しながら２．５時間で付加反応を行った。

反応終了後、同一温度で１時間熟成を行った後、９０℃まで冷却した。後処理として、得られた反応粗製物に３５％過酸化水素水溶液２．８６ｇを加えて１時間処理した。その後９０℃、２．７ｋＰａ（２０torr）で０．５時間脱水し、８８％乳酸０．４８ｇで０．５時間かけて中和し、水分０．１％、ｐＨ（２０℃）５．２のポリオキシエチレン（ＥＯ平均付加モル数＝２２）ソルビタン脂肪酸エステル組成物を得た。

実施例２
実施例１において、乳酸中和後に水を７．０ｇ添加する以外の条件は同じにして、エチレンオキサイドの付加反応を行った。
その結果、水分０．５％、ｐＨ（２０℃）５．２のポリオキシエチレン（ＥＯ平均付加モル数＝２２）ソルビタン脂肪酸エステル組成物を得た。

実施例３
実施例１において、８８％乳酸０.４４ｇを用いて中和した以外は、実施例１と同様にして、水分０．１％、ｐＨ（２０℃）５．９のポリオキシエチレン（ＥＯ平均付加モル数＝２２）ソルビタン脂肪酸エステル組成物を得た。

比較例１
実施例１において、原料脂肪酸組成がパルミチン酸／ステアリン酸＝５０％／５０％（鹸化価＝２０７．８）であるソルビタン脂肪酸エステル（エマゾ−ルＳ-10Ｖ花王製鹸化価＝150.9）を４８４．４ｇ用いる以外は、実施例１と同様にして、水分０．１％、ｐＨ（２０℃）５．５のポリオキシエチレン（ＥＯ平均付加モル数＝２２）ソルビタン脂肪酸エステル組成物を得た。

比較例２
実施例１において、乳酸中和後に水を３８．５ｇ添加する以外は、実施例１と同様にして、水分２．７％、ｐＨ（２０℃）５．５のポリオキシエチレン（ＥＯ平均付加モル数＝２２）ソルビタン脂肪酸エステル組成物を得た。

比較例３
実施例１において、８８％乳酸０.３８ｇを用いて中和した以外は、実施例１と同様にして、水分０．１％、ｐＨ（２０℃）６．３のポリオキシエチレン（ＥＯ平均付加モル数＝２２）ソルビタン脂肪酸エステル組成物を得た。

実施例１〜３及び比較例１〜３で得られたポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物について、前記の方法で脂肪酸組成を分析し、また、下記方法で外観及び流動性を評価した。結果を表１に示す。

＜外観の評価法＞
外観はＵＶ-1600（島津製）10ｍｍセルにて常温で透過率を測定し、下記基準で評価した。

透過率９５％以上：○
透過率９５％未満８０％以上（薄い白濁）：△
透過率８０％未満（白濁）：×
＜流動性の評価法＞
ガラス容器に対象物をとり、２２℃の恒温水槽に入れ２時間後に容器を傾けることにより、下記基準で評価した。

すばやく流動する：○
飴状で流動しにくい：△
かろうじて流動するか若しくは流動しない：×

Claims

ソルビタン脂肪酸エステルにエチレンオキサイドを付加させて得られるポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物であって、該ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物中の脂肪酸組成が、パルミチン酸量４５〜７５重量％、ステアリン酸量１５〜４５重量％であり、且つ、該組成物中の水分量が１重量％以下、２０℃のｐＨが４．５〜６．０であるポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物。
ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物中の脂肪酸組成が、パルミチン酸量６０〜６９重量％、ステアリン酸量３１〜４０重量％である請求項１記載ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物。
組成物中の水分量が０．５重量％以下、２０℃のｐＨが５．０〜６．０である請求項１又は２記載のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物。
ソルビタン脂肪酸エステルの鹸化価が１４５〜１５６である請求項１〜３いずれかに記載のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物。
エチレンオキサイドの平均付加モル数が１５〜３０である請求項１〜４いずれかに記載のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物。
原料脂肪酸中のパルミチン酸含有量が４５〜７５重量％、ステアリン酸含有量が１５〜４５重量％であるソルビタン脂肪酸エステルに、エチレンオキサイドを付加させて得られる反応粗製物に対し、脱色処理、中和処理、水蒸気処理、蒸留処理及び水分調整から選ばれる少なくとも１種の処理を行なう、請求項１〜５いずれかに記載のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル組成物の製造法。