JP2686959B2 - 蔗糖脂肪酸エステル生成反応混合物中の揮発分の除去法 - Google Patents

蔗糖脂肪酸エステル生成反応混合物中の揮発分の除去法

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Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は、溶媒法にて合成された粗製の蔗糖脂肪酸エ
ステルの精製に際して、蔗糖脂肪酸エステルを含む反応
混合物中の揮発分(反応溶媒)を溶媒を用いないで工業
的に除去する方法に関する。
【従来の技術】
今日、有用なイオン性界面活性として広く利用されて
いる蔗糖脂肪酸エステル(以下“SE"と略記することが
ある)は、現在(a)蔗糖を水の存在下に脂肪酸石鹸と
共に溶媒混合物とし、触媒の存在下に高級脂肪酸メチル
エステルと反応させる方法(水媒法:特公昭昭51−1448
5)及び(b)蔗糖と高級脂肪酸メチルエステルをジメ
チルホルムアミドやジメチルスルホキシドなどの溶媒を
用いて反応させる方法(溶媒法:特公昭35−13102)の
いずれかにより合成されている。 これら両方法の中、前者の(a)法では溶媒の問題は
起こらないが、食添用として要求される高純度のSE製造
の場合(b)法では、反応混合物中に残留している揮発
分、つまり残存反応溶媒の除去が問題である。近来、こ
の揮発分(以下、“反応溶媒”と呼ぶ)の規制が厳しく
なり、例えば米国FDAの規制によると、SE中の残存反応
溶媒(ジメチルスルホキシド)は2ppm以下とされている
(Fed.Regist.,51(214),40160−1)。 従来から、ジメチルスルホキシドやジメチルホルムア
ミド等の反応溶媒を、反応混合物(SE、石鹸、脂肪酸、
未反応脂肪酸メチルエステル、未反応の糖及び触媒等の
混合物)から除去するには煩雑な操作を必要としてい
た。 例えば、代表的な特開昭51−29417によれば、水と
“精製溶媒”(反応溶媒と区別するために、特にそう呼
ぶ)の混合溶液が軽液層(上層)と重液層(下層)に分
相する性質が利用される。 即ち、一般に重液層(下層)には水が多く含まれてい
るので、親水性の未反応糖、触媒由来の塩などがこの重
液層(下層)に溶解している。一方軽液層(上層)は、
精製溶媒が多く含まれているので、SE、脂肪酸、未反応
脂肪酸メチルエステル等の極性の小さいものは、この軽
液層に溶解してくる。 ところが、ジメチルスルホキシドなど反応溶媒は、下
層の重液層にも溶解するが、都合の悪いことに上層の軽
液層にも溶解するので、この方法で反応溶媒を完全分離
するのは不可能である。従って、微量の反応溶媒を除去
するだけの目的で、非常に多量の精製溶媒が必要であっ
た。しかるに精製溶媒の多用は、以下の難点を生じ、こ
れは、小規模な場合はともかく、工業的規模でのSE製造
に当る工場に於ては、溶媒取扱いに困る不利、不便は目
に余るものであった。 爆発、火災の危険性。 上のに備えた電気装置の防爆化。 上のに備えた製造装置の密閉化。 上のに備えた建物全体の耐火構造化。 上の、、による固定費の上昇。 溶媒の損耗による原価の上昇。 製品蔗糖脂肪酸エステル中に残留する残留溶媒の負
効果。 従業員の健康上への悪影響、ひいてはこれによる工
数の増大と原価の上昇。 このような事情から、SE精製時における精製溶媒の使
用を不必要化する精製技術の開発は、当業界における切
実な要望であった。
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、粗製SEの精製に際し、精製用有機溶媒の使
用を無くすことによって、溶媒の使用に起因する全ての
問題を解決するのを目的とする。
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するため、本発明に係る蔗糖脂肪酸
エステル生成反応混合物中の揮発分の除去法は、未反応
の糖、未反応の脂肪酸メチルエステル、触媒、石鹸、脂
肪酸及び揮発分(残留する反応溶媒)を含む蔗糖脂肪酸
エステル生成反応混合物に酸を加えて中性領域のpHに調
整後、水、中性塩及び蔗糖を加え、加熱して揮発分(残
留する反応溶媒)を水相側に移行させると共に、蔗糖脂
肪酸エステル、未反応の脂肪酸メチルエステル、石鹸及
び脂肪酸を含む沈殿を析出させ、これを水相から分別す
ることを特徴とする。 (発明の経過) 精製溶媒を用いずに反応混合物中のSEを沈殿させて未
反応糖などの親水性物質から分離する方法自体は公知で
あって、例えば代表的なものとして、 (1)酸性水溶液によるSEの沈殿方法(英国特許809,81
5(1959) (2)一般の中性塩水溶液によるSEの沈澱法(特公昭42
−8850) などが知られている。 しかし方法(1)のように例えば塩酸水溶液を反応混
合物中に加えると、成る程SEは直ちに沈澱するが、未反
応の蔗糖は容易にグルコースと果糖とに分解、転化し、
たとえ低温(0〜5℃)で行っても分解を避けることが
できない。このため未反応糖の回収、再利用が困難とな
る。 また、方法(2)のように、食塩や芒硝などの中性塩
の水溶液を反応混合物中に加えてもSEは直ちに沈澱す
る。この場合、未反応糖の分解は起こらないが、SE中の
有用な成分であるモノエステルが水層側に溶解してしま
うため、大きなロスを生じるのみでなく、特に、高HLB
のSEを得たいとき妨げとなる。 そこで本発明者は、(イ)水層側に溶解するSE量を最
少限に押えるのみならず、可能ならば該量を零として全
量のSEを沈澱させること、(ロ)未反応糖の分解を避け
ること、及び(ハ)残留する反応溶媒を水層外に溶解さ
せることにより、SEから分離することの3点を目標に、
多くの塩析実験を行なった結果、蔗糖と中性塩の2物質
の水溶液を反応混合物中に溶解させたとき、適当なpH、
温度、中性塩の濃度、蔗糖の濃度及び水量の組合せの下
で、SEの略々全量が沈澱するのみならず、意外なこと
に、水相には未反応の糖以外に反応溶媒が溶解するに至
るという都合の良い現象を見出した。本発明は、以上の
新規知見を基礎とするものである。以下、発明の詳細に
付き記述する。 (SE反応混合物) 上記溶媒法によるSEの合成においては、通常、蔗糖と
脂肪酸メチルエステルとの混合物に対し数倍量の反応溶
媒、例えばジメチルスルホキシドを添加溶解させ、炭酸
カリウム等のアルカリ性触媒の存在下に真空20〜30Tor
r.近辺で数時間80〜90℃に保持する。これにより、、反
応率90%以上(脂肪酸メチルエステル基準)でSE反応混
合物が得られる。次いで、本反応混合物中のアルカリ性
触媒の活性を消失させるため、これに中和当量の乳酸、
酢酸等の有機酸又は塩酸、硫酸等の鉱酸を添加する。こ
の中和によって触媒、例えば炭酸カリウムは、乳酸カリ
ウム等の対応する酸のカリウム塩に変化する。 最後に、反応溶媒、例えばジメチルスルホキシドを真
空下に留去すると、大略下記組成のSE反応混合物とな
る。 蔗糖脂肪酸エステル=15〜92% 未反応糖=1.0〜80% 未反応脂肪酸メチルエステル=0.5〜10% K2CO3の中性塩=0.05〜7% 石鹸=1.0〜10% 脂肪酸=0.5〜10% 揮発分(残留する反応溶媒)=5.0〜30% このとき、SEのエステル分布はモノエステル10〜75%
(ジエステル以上が90〜25%)である。本発明は、脂肪
酸メチルエステル、石鹸、脂肪酸の夫々が、主として共
通の飽和脂肪酸根を持ち、かつ、その炭素数が16〜22で
ある場合に好適である。 (加水) 本発明では、先ず上記反応混合物に水を添加すると共
に、そのpHが6.2〜8.2の範囲内にないときは、該範囲内
に、好ましくはpH7.5に調整する。添加さるべき水の量
は、好ましくは重量比として、水:反応混合物=5:1〜4
0:1(重量比)、更に望ましくは、水:反応混合物=5:1
〜20:1に相当する量である。加水量が上の範囲から外れ
た場合、例えば水:反応混合物の量比が5以下の場合
は、加水後の水溶液の粘度が過大となり、以後の操作が
実質的に困難となる。 逆に、水:反応混合物の量比が40以上となる程の過剰
の水をえた場合は、粘度が低下して事後の操作も容易と
なり、かつ目的とする反応溶媒の除去も良好に行なわれ
るが、未反応糖等を回収するための脱水に多大のエネル
ギーコストを必要とするようになるので好ましくない。 既述の通り、対象水溶液のpH値は、6.2〜8.2の中性領
域内に維持されるのが好ましい。pH値が8.2を越えると
アルカリによる定量的なSEの分解が懸念され、また6.2
未満でも、例えば90℃以上の高温に晒されれば酸分解を
起こす危険がある。 (中性塩及び蔗糖の添加) 次に、以上の如く加水(及びpH調整)されたSE反応混
合物の水溶液に中性塩及び蔗糖を加える。この際、添加
さるべき中性塩としては、食塩、芒硝、乳酸カリウム又
は酢酸カリウムが好ましいが、水溶性で、かつ無害のも
のであれば、別段例示のもののみに限る訳ではない。よ
り重要なことは、この場合添加すべき中性塩の量が、好
ましくは先ず下式(3)を満たしていることである。 ここで、 合計塩量=加えるべき中性塩量+ 触媒から形成される塩 …… 合計糖量=加えるべき蔗糖+ 当初から存在した未反応糖 …… を意味する。 次に、加えるべき蔗糖量は下式を満たすように定め
られるのがよい。 以上に加えて、上記式及び式に従って添加さるべ
き合計塩量:合計糖量の比率も0.4〜0.6、さらに望まし
くは0.5、即ち下式を満足しているのが好ましい。 本発明者らは、前記反応混合物に、上記式、式及
び式を全部満たすように中性塩及び蔗糖を加えた水溶
液(SEの沈澱を含む)を50℃〜80℃まで加熱、昇温させ
ると、系内に存在するSEが実質的に水相側に溶解せず
に、略々全量沈澱側に移行し、他方揮発分(残留する反
応溶媒)は水相内に留まることを見出した。この現象
は、SE反応混合物中に含まれる揮発分の量が5〜30%と
いった大幅の変動を示す場合でも認められる特異なもの
であって、これにより、精製用溶媒を用いないで、SEの
損失を招くことなしに揮発分を除去するという目的が達
成される。 以上の現象をより詳しく図示したのが添付第1図であ
る。即ち、本図は、 水相側に溶解しているSEの重量=Y[g] 沈澱しているSEの重量=X[g] 全SE(X+Y)[g]に対して、水相側に溶解している
SEの重量割合=φ[%] としたとき、以下の実験条件で示される条件の下で、下
式で定義されるφの値がどのように変化するかを、三
角座標で示したものである。 〔実験条件〕 温度:80℃,pH:7.5 水:反応混合物=7.4:1(重量比) *[反応混合物の組成] 蔗糖脂肪酸エステル**=29% 未反応糖=35% 未反応脂肪酸メチルエステル=2% 触媒由来の塩=1% 石鹸=3% 脂肪酸=1% 揮発分(残留する反応溶媒)=29%** [蔗糖脂肪酸エステルの組成] モノエステル=73%、ジエステル以上=27% なお、ここに合計塩は式(2)により、また合計糖は
式(3)により夫々定義された量であって、 水+合計塩+合計糖=100として表示してある。 本図中の斜線の部分が、発明者の見出した式、式
及び式を同時に満たす発明の好適な実施領域である。
そしてこの斜線領域内に入るように中性塩及び蔗糖の溶
解量を決めることによって、実質的にφ=0、即ち近似
的に全部のSEを沈澱化すると同時に、水相側に、残留揮
発分を溶解させることができる。
【作用】
未反応の糖、未反応の脂肪酸メチルエステル、触媒、
石鹸、脂肪酸及び揮発分(残留する反応溶媒)を含む蔗
糖脂肪酸エステル生成反応混合物に酸を加えて中性領域
のpHに調整し水、中性塩及び蔗糖を加えて加熱すると、
蔗糖脂肪酸エステル、未反応の脂肪酸メチルエステル、
石鹸及び脂肪酸が沈殿すると共に、揮発分(残留する反
応溶媒)が水相側に移行するので、全く有機溶媒を使用
せずに残留揮発分を除去することができる。特に、式
〜の条件を満足させるように操作することによって、
SEの損失が実質的に絶無の状態で残留溶媒を除去するこ
とができる。
【実施例】
以下、実施例により発明実施の態様を説明するが、例
示は単に説明用のものであって、発明の技術的範囲を限
定するためのものではない。 実施例1 下表−Aの組成で表わされる溶媒法SE反応混合物から
常法通り溶媒を留去した残渣を乳酸で中和して得た乾燥
物100gに、水2,000gを加えて撹拌、溶解させた後、この
水溶液に蔗糖62.5g及び50%乳酸カリウム97.6gを加え
て、75℃まで加熱、昇温させ、沈澱したケーキを濾別
し、真空下に80℃で乾燥させた。得られた固形物の組成
は下表−Bの通りであった。 また、ケーキから濾別された濾液中のSE量をゲル濾過
クロマトグラフィー(出願会社刊《シュガーエステル物
語》63頁参照)で測定した結果、SEは全く検出されなか
ったの反し、反応溶媒として用いたジメチルスルホキシ
ドの95%が除去されていた。 実施例2 別表−Aの組成で表わされる溶媒法SE反応混合物から
常法通り反応溶媒を留去した後、乳酸で中和、乾燥させ
た固形物100gに、水2,000gを加え撹拌、溶解させた後、
この水溶液に蔗糖28.5g及び50%乳酸カリウム65.6gを加
え、75℃まで加熱、昇温させた。これに、以後実施例1
と同様の操作を加え、下表−C記載の組成の固形物を得
た。 一方、ケーキより濾別された濾液中に損失として含ま
れているSEの量をゲル濾過クロマトグラフィー(前出)
で定量したところ、SEの損失は0.02g(当初量の0.06
%)であったのに対し、反応溶媒であるジメチルスルホ
キシドの95%が水相中に溶去されていた。
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明は、粗製蔗糖脂肪酸エステ
ルの精製に当り、精製用有機溶媒の使用を全く使用せ
ず、しかも蔗糖脂肪酸エステルの損失なしに残留反応溶
媒を除去する技術を提供し得たことにより、有機溶媒の
使用に起因する全ての問題の解決を通じて関連産業に寄
与しうる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、水、合計糖及び合計塩の各量の変化と水相中
に溶存する蔗糖脂肪酸エステル量との関係を示す三角グ
ラフである。

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】未反応の糖、未反応の脂肪酸メチルエステ
    ル、触媒、石鹸、脂肪酸及び揮発分を含む蔗糖脂肪酸エ
    ステル生成反応混合物に酸を加えて中性領域のPHに調整
    し、水、中性塩及び蔗糖を加え、加熱して揮発分を水相
    側に移行させると共に、蔗糖脂肪酸エステル、未反応の
    脂肪酸メチルエステル、石鹸及び脂肪酸を含む沈殿を析
    出させ、これを水相から分別することを特徴とする蔗糖
    脂肪酸エステル生成反応混合物中の揮発分の除去法。
  2. 【請求項2】調整後のPHが6.2〜8.2である請求項1記載
    の方法。
  3. 【請求項3】水、中性塩及び蔗糖を加えた水溶液の加熱
    温度が50〜80℃である請求項1記載の方法。
  4. 【請求項4】加えるべき水と反応混合物の重量比が、 水:反応混合物=5:1〜40:1である請求項1記載の方
    法。
  5. 【請求項5】水、中性塩及び蔗糖を加えた水溶液中の
    塩、糖及び水の割合(重量比)が、 かつ、 かつ、 なる関係を有する請求項1記載の方法。
  6. 【請求項6】PHの調整に使用する酸類が、乳酸、酢酸、
    塩酸又は硫酸のいずれかである請求項1記載の方法。
  7. 【請求項7】反応混合物の組成が、 蔗糖脂肪酸エステル=15〜92% 未反応糖=1.0〜80% 未反応脂肪酸メチルエステル=0.5〜10% 触媒(K2CO3として)=0.05〜7% 石鹸=1.0〜10% 脂肪酸=0.5〜10% 揮発分(残留する反応溶媒)=5.0〜30% なる請求項1又は4記載の方法。
  8. 【請求項8】反応混合物中の脂肪酸メチルエステル、石
    鹸、脂肪酸の夫々に主として含まれる脂肪酸根が、共通
    の飽和脂肪酸根を持ち、かつその炭素数が、16〜22であ
    る請求項1,4又は7記載の方法。
  9. 【請求項9】反応混合物中の揮発分(残留する反応溶
    媒)が、ジメチルスルホキシド又はジメチルホルムアミ
    ドのいづれかである請求項1又は7記載の方法。
  10. 【請求項10】加えるべき中性塩が、食塩、芒硝、乳酸
    カリウム又は酢酸カリウムのいずれかである請求項1又
    は5記載の方法。
  11. 【請求項11】蔗糖脂肪酸エステルのエステル分布が、
    モノエステル含分として、10%〜75%(ジエステル以上
    が90%〜25%)である請求項1又は7記載の方法。
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