JP4255764B2

JP4255764B2 - ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルの製法

Info

Publication number: JP4255764B2
Application number: JP2003191251A
Authority: JP
Inventors: 俊伯田中; 薫大前; 賢治舛井
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2003-07-03
Filing date: 2003-07-03
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2023-07-03
Also published as: JP2005023227A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風味の改善されたポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルの製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
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）が指定される予定である。
【０００４】
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。
【０００５】
また、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製造方法についてもこれまで報告されていない。
【０００６】
【特許文献１】
特開平４−１０８７８１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、風味に優れたポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルを、従来に比べ特別な設備や工程を設けることなく、高収率かつ低コストで製造できる製造法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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して得られる反応粗製物を、脱色処理及び／又は中和処理した後、反応粗製物１００重量部に対して水蒸気を６〜２０重量部吹き込んで水蒸気処理を行うか、又は水を６〜２０重量部添加して蒸留処理を行う、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルの製法を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
ソルビタン脂肪酸エステルの原料の脂肪酸は、炭素数６〜２２、特に８〜１８の飽和又は不飽和の直鎖脂肪酸、これらを主成分とする混合脂肪酸、あるいは炭素数８〜３６の分岐鎖脂肪酸が好ましい。具体的には、例えば、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、ヤシ脂肪酸、牛脂脂肪酸、２−エチルヘキサン酸、イソステアリン酸等が挙げられ、特に好ましくは、ラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸である。
【００１２】
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。
【００１３】
本発明において、ソルビタン脂肪酸エステルへエチレンオキサイドを付加する前、即ちソルビトール及び／又はソルビタンと脂肪酸との反応後に、有機カルボン酸を添加することにより乳化性能を改善することもできる。
【００１４】
本発明に用いられる有機カルボン酸としては、ギ酸、酢酸、カプロン酸、乳酸等の短鎖脂肪族モノカルボン酸、アクリル酸、リノール酸、エルカ酸、リシノール酸、ドコサヘキサエン酸等の不飽和カルボン酸、シュウ酸、コハク酸、リンゴ酸、アジピン酸、クエン酸等の多価カルボン酸、安息香酸、サリチル酸等の芳香族モノカルボン酸、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸等の芳香族多価カルボン酸等が挙げられる。これらの中では、安定な乳化性能を得る観点から、ソルビタン脂肪酸エステルの製造原料として用いた、脂肪酸、即ち炭素数６〜２２、特に８〜１８の飽和又は不飽和の直鎖脂肪酸、これらを主成分とする混合脂肪酸、あるいは炭素数８〜３６の分岐鎖脂肪酸が好ましい。
【００１５】
有機カルボン酸の添加量は、ソルビタン脂肪酸エステルに対し、０．５〜１０重量％が好ましく、１〜７重量％が更に好ましい。
【００１６】
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い。また、本発明では、ソルビタン脂肪酸エステルとして市販品を用いることもできる。具体的には例えば、エマゾールＳ−１０Ｖ、エマゾールＯ−１０Ｖ、エマゾールＬ−１０（Ｆ）、エマゾールＳ−３０Ｖ（いずれも花王（株）製）等が挙げられる。
【００１７】
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、１〜５０が好ましく、特に食品添加物として用いる場合は３〜３０が更に好ましく、１５〜２５が特に好ましく、２０が最も好ましい。
【００１８】
ソルビタン脂肪酸エステルへのエチレンオキサイド付加反応は、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。
【００１９】
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。
【００２０】
本発明では、エチレンオキサイド付加反応後に得られる反応粗製物に対し、まず脱色処理及び／又は中和処理を行う。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。本発明では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５〜８となるように添加することが好ましい。
【００２１】
本発明では、反応粗製物を脱色処理及び／又は中和処理後、水蒸気を吹き込んで水蒸気処理を行うか、又は水を添加して蒸留処理を行うが、泡立ちや効率面から、水蒸気処理が好ましい。
【００２２】
本発明の水蒸気処理とは、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ことを意味する。
【００２３】
また、本発明の蒸留処理とは、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ことを意味する。
【００２４】
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、好ましくは８〜１２重量部である。水蒸気又は水の量が６重量部以上の場合、風味改善の効果が大きく、２０重量部以下で、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させる水蒸気又は水の量としては十分であり、また処理工程に長時間を要さず経済的である。
【００２５】
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。
【００２６】
本発明においては、水蒸気処理又は蒸留処理の後、濁り成分を溶解させたり外観を良好なものにするため、必要であれば水あるいはエタノール等の溶剤を添加してもよい。また、保存時の劣化を抑制するために、ＢＨＴやハイドロキノン等の酸化防止剤を添加してもよい。
【００２７】
【実施例】
例中の「％」は、特記しない限り「重量％」である。
【００２８】
実施例１
ソルビタンモノステアリン酸エステル（エマゾールＳ−１０Ｖ、花王（株）製）５００．０ｇと４８％水酸化ナトリウム０．５ｇをオートクレーブにとり、１１０℃、２．７ｋＰａ（２０Ｔｏｒｒ）で脱水した後、１５５℃でエチレンオキサイド９９７ｇを０．４ＭＰａで圧入しながら付加反応を行った。
【００２９】
反応終了後、同一温度で熟成を行った後、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３．８ｇを加えて１時間処理した。水蒸気処理は、１１５℃、６ｋＰａの条件で水蒸気１５４ｇ（反応粗製物１００重量部に対して１０重量部）を吹き込んで行った。最後に製品中の水分量が２．７％となるように水を加えて、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（以下ポリソルベート６０という）を含む製品を得た。
【００３０】
比較例１
実施例１において、水蒸気処理の水蒸気量を７７ｇ（反応粗製物１００重量部に対して５重量部）とした以外は実施例１と同様の操作を行い、ポリソルベート６０を含む製品を得た。
【００３１】
実施例２〜４
実施例１において、後処理に用いる３５％過酸化水素水溶液のかわりにリン酸、クエン酸又は乳酸を加えて５％水溶液のｐＨが５〜８となるように調整した以外は、実施例１と同様の操作を行い、ポリソルベート６０を含む製品を得た。
【００３２】
比較例２〜４
比較例１において、後処理に用いる３５％過酸化水素水溶液のかわりにリン酸、クエン酸又は乳酸を加えて５％水溶液のｐＨが５〜８となるように調整した以外は、比較例１と同様の操作を行い、ポリソルベート６０を含む製品を得た。
【００３３】
実施例５
ソルビタンモノオレイン酸エステル（エマゾールＯ−１０Ｖ、花王（株）製）５００．０ｇと４８％水酸化ナトリウム０．４ｇをオートクレーブにとり、１１０℃、２．７ｋＰａ（２０Ｔｏｒｒ）で脱水した後、１５５℃でエチレンオキサイド１０１１ｇを０．４ＭＰａで圧入しながら付加反応を行った。
【００３４】
反応終了後、同一温度で熟成を行った後、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２．７ｇを加えて１時間処理した。水蒸気処理は、１１５℃、６ｋＰａの条件で水蒸気１５５ｇ（反応粗製物１００重量部に対して１０重量部）を吹き込んで行った。最後に製品中の水分量が２．７％となるように水を加えて、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（以下ポリソルベート８０という）を含む製品を得た。
【００３５】
比較例５
実施例５において、水蒸気処理の水蒸気量を７８ｇ（反応粗製物１００重量部に対して５重量部）とした以外は実施例１と同様の操作を行い、ポリソルベート８０を含む製品を得た。
【００３６】
実施例６〜８
実施例５において、後処理に用いる３５％過酸化水素水溶液のかわりに、リン酸、クエン酸又は乳酸を加えて５％水溶液のｐＨが５〜８となるように調整した以外は、実施例５と同様の操作を行い、ポリソルベート８０を含む製品を得た。
【００３７】
比較例６〜８
比較例５において、後処理に用いる３５％過酸化水素水溶液のかわりに、リン酸、クエン酸又は乳酸を加えて５％水溶液のｐＨが５〜８となるように調整した以外は、比較例５と同様の操作を行い、ポリソルベート８０を含む製品を得た。
【００３８】
実施例９
ソルビタンモノラウリン酸エステル（エマゾールＬ−１０（Ｆ）、花王（株）製）５００．０ｇと４８％水酸化ナトリウム０．７ｇをオートクレーブにとり、１１０℃、２．７ｋＰａ（２０Ｔｏｒｒ）で脱水した後、１５５℃でエチレンオキサイド１２７６ｇを０．４ＭＰａで圧入しながら付加反応を行った。
【００３９】
反応終了後、同一温度で熟成を行った後、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３．８ｇを加えて１時間処理した。水蒸気処理は、１１５℃、６ｋＰａの条件で水蒸気１８２ｇ（反応粗製物１００重量部に対して１０重量部）を吹き込んで行った。最後に製品中の水分量が２．７％となるように水を加えて、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（以下ポリソルベート２０という）を含む製品を得た。
【００４０】
比較例９
実施例９において、水蒸気処理の水蒸気量を９１ｇ（反応粗製物１００重量部に対して５重量部）とした以外は実施例９と同様の操作を行い、ポリソルベート２０を含む製品を得た。
【００４１】
実施例１０
ソルビタントリステアリン酸エステル（エマゾールＳ−３０Ｖ、花王（株）製）５００．０ｇと４８％水酸化ナトリウム３．３ｇをオートクレーブにとり、１１０℃、２．７ｋＰａ（２０Ｔｏｒｒ）で脱水した後、１５５℃でエチレンオキサイド４４０ｇを０．４ＭＰａで圧入しながら付加反応を行った。
【００４２】
反応終了後、同一温度で熟成を行った後、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１．４ｇを加えて１時間処理した。水蒸気処理は、１１５℃、６ｋＰａの条件で水蒸気９７ｇ（反応粗製物１００重量部に対して１０重量部）を吹き込んで行った。最後に製品中の水分量が２．７％となるように水を加えて、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（以下ポリソルベート６５という）を含む製品を得た。
【００４３】
比較例１０
実施例１０において、水蒸気処理の水蒸気量を４８ｇ（反応粗製物１００重量部に対して５重量部）とした以外は実施例１０と同様の操作を行い、ポリソルベート６５を含む製品を得た。
【００４４】
実施例１１
実施例１において、水蒸気処理の条件が、１２５℃、６ｋＰａとした以外は、実施例１と同様の操作を行い、ポリソルベート６０を含む製品を得た。
【００４５】
実施例１２
実施例１において、水蒸気処理の条件を、１１５℃、４ｋＰａとした以外は、実施例１と同様の操作を行い、ポリソルベート６０を含む製品を得た。
【００４６】
実施例１〜１２及び比較例１〜１０で得られた製品について、以下の方法で風味を評価した。結果を表１に示す。
【００４７】
＜風味の評価方法＞
パネラー３人が、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルの０．５％水溶液３ｍＬを口に含み、約１０秒間味わった時に口内で感じた苦味やえぐみで風味を評価した。風味の評価は下記基準の点数で表すこととし、風味を悪化させる苦味やえぐみの強度を各サンプル（同じ化合物同士）で相対的に評価した。すなわち、点数が小さくなるほど風味が改善されていることを示している。なお、評価結果はパネラー３人（ｎ＝３）の平均値を使用した。
【００４８】
評価基準
風味の評価基準は、市販のポリソルベート６０（花王（株）製、レオドールＴＷ−Ｓ１２０Ｖ）を０点、試験中、最も風味が悪いサンプルを５点とし、相対的な点数付けを行った。尚、市販品より風味が良いものはマイナス点とした。
【００４９】
【表１】

【００５０】
【発明の効果】
本発明の製造法により、従来に比べ特別な設備や工程を設けることなく、風味が改善されたポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルを得ることができる。

Claims

ソルビタン脂肪酸エステル（脂肪酸は炭素数６〜２２の飽和又は不飽和の直鎖脂肪酸）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、過酸化水素による脱色処理及び／又は鉱酸あるいは有機酸による中和処理を行った後、６０〜２００℃の温度で、反応粗製物１００重量部に対して水蒸気を６〜２０重量部吹き込んで常圧又は減圧下で水蒸気処理を行うか、又は水を６〜２０重量部添加して減圧下で蒸留処理を行う、エチレンオキサイドの平均付加モル数が１〜５０のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルの製法。
水蒸気処理又は蒸留処理を、２７ｋＰａ以下の減圧下で行う、請求項１記載の製法。