527-07-1 / 葡萄糖酸鈉的應用和制備方法

【背景及概述】^[1][2]

葡萄糖酸鈉是葡萄糖的深加工產品，也是制備葡萄糖酸內酯、葡萄糖酸鹽 如鋅、銅、亞鐵鹽等的基礎原料，其廣泛應用于在食品、建筑、醫藥、水質處理、電鍍、顯影等行業，尤其是在食品行業。隨著人們生活水平和保健意識的不斷提高，對食品營養和風味的要求也越來越高，食品工業正朝著飲食多樣化、食品綠色化、低鹽化的健康之路發展。葡萄糖酸鈉作為一種新型的功能呈味調料，能夠賦予食品酸味，改善食品呈味性，防止蛋白質變性，掩蓋不良苦味、澀味，代替食鹽制取低鈉、無鈉食品。而且其具有無毒、無潮解性、較好的穩定性和螯合性能、且原料來源廣泛的特點，備受人們關注，一些新的制備技術與應用層出不窮。在2012年，經我國衛生部門許可，列入了新型食品添加劑目錄。葡萄酸鈉由玉米粉等淀粉為原料，用葡萄糖酸發酵法制得，收率在90%以上，或由葡萄糖酸與碳 酸鈉或氫氧化鈉中和而得。葡萄糖氧化制備葡萄糖酸鈉的 4 種方法，目前在中國均有廣泛研究。在工業化生產上，生物發酵法和多相催化氧化法應用較多。其中多相催化氧化法具有工藝過程簡單，反應條件溫和，各種氣一液一固三相混合的反應器在常壓均可采用，反應溫度一般控制在60 ℃以下，反應時間短，轉化率高，三廢少且易處理的優點。

【理化性質及結構】^[1]

葡萄糖酸鈉又稱五羥基有機酸鈉，是一種白色結晶顆粒或粉末，相對分子質量為218.14，熔點約為206 ℃，10%的水溶液pH 6.2~7.8，易溶于水，微溶于醇，不溶于醚，有一定的咸味。

【應用】^[2][3][4]

1. 用于醫藥方面

鈉對維持細胞外滲透壓和容量，調節酸堿平衡，發揮神經肌 肉的正常功能具有重要的作用，可有效防止低鈉綜合癥的發生。

2. 水質穩定劑

具有優異的緩蝕阻垢作用被廣泛應用于水質穩定劑。具有明顯的協調效應，適用于鉬、硅、磷、鎢、亞硝酸鹽等各種配方；緩蝕率隨溫度升高而增加；阻垢能力強，對鈣、鎂、鐵鹽具有很強的絡合能力：作為循環、冷卻水緩蝕阻垢劑達到滅公害。

3. 用作鋼鐵表面清洗劑

鋼鐵表面如需要鍍鉑、鍍鉻、鍍錫、鍍鎳以適應特殊用途時，其鋼坯表面均需經過嚴格清洗，使鍍層物與鋼鐵表面牢固結合，清洗藥劑中添加葡萄糖酸鈉將會達到十分理想的效果。

4. 玻璃瓶專用清洗劑

用葡萄糖酸鈉為主要配方的玻璃瓶專業清洗劑可改善去垢力不強、易堵塞洗瓶機的噴嘴及管路；對瓶貼及瓶頸鐵銹去染力不理想；洗后微量殘留物對食用安全性不理想如磷酸鹽殘留；洗滌水排放成公害，不符合國家規定之標準。

5. 建筑業

作為減水劑、緩凝劑：水泥中添加此外還可用于電鍍、 膠卷制造等許多工業領域。

6. 食品工業方面的應用

1）葡萄糖酸鈉能夠代替食鹽：相關研究表明鈉的攝入量過大，會誘發高血壓的產生。低鈉鹽食品成為當今食品工業中研究的熱點。葡萄糖酸鈉的鹽味質與食鹽接近，而鈉分子量僅占10.5%，與食鹽相比，前者鈉量僅為后者的1/4。而且與其他低鈉鹽相比，葡萄糖酸鈉具有無刺激性、無苦澀味、鹽辛味等優點，成為了食鹽的最佳取代品。目前被廣泛應用于無鹽醬油，面包等食品領域。味噌研究所研究使用葡萄糖酸鈉代替食鹽進行味噌發酵，能使發酵正常，又能達到制減鹽或無鹽味噌。用葡萄糖酸鈉代替部分食鹽制取低鈉面包，結果表明：隨著葡萄糖酸鈉添加量的比例增加，含糖面包發酵的時間降低，發酵圖案呈逐漸相似。在白面包中，由葡萄糖酸鈉完全替代氯化鈉，即不會引起面包體積的差別，又不會影響其整體風味及保質期限。

2）葡萄糖酸鈉能夠改善食品風味：在食品行業中，風味是衡量食品感官機能的最重要指標。目前，風味物質的生產應用，已成為廣大食品研究人員和生產者關注的熱點。近年研究發現：葡萄糖酸鈉具有掩蓋食品苦味，屏蔽異味，改善呈味等功效，對食品風味的改善具有顯著的效果。

3）葡萄糖酸鈉能夠增強食品的營養特性：隨著人們生活水平和保健意識的不斷提高，對食品營養和風味要求也逐漸提升。葡萄糖酸鈉作為一種多功能食品添加劑，不但可以改善食品的風味，還可以增強食品的營養特性。如通過對奶酪硬化現象的深入研究，發現葡萄糖酸鈉能夠與奶酪中鈣離子和乳酸根離子形成可溶性復合物，從而增加乳酸鈣的溶解度，不但有效的防止奶酪硬化，也保證奶酪的營養品質。

【制備】^[2]

1. 生物發酵法

該方法包括真菌發酵和細菌發酵，另外還有固定細胞發酵工藝，其中較普遍采的是黑曲霉菌發酵制葡萄糖酸鈉工藝。該方法是在 240- 300 g/ L 的葡萄糖溶液中加入一定量的營養物質，滅菌，冷卻至適宜溫度，接種體積分數為 10％ 的黑曲霉種子液，開動攪拌，通氣流，溫度在32-34 ℃。發酵過程中滴加消泡劑，以消除發酵過程中所產生的泡沫。整個發酵過程約需20 h，當殘糖降至 l g/L 時可以認為發酵結束。茵體與發酵液分離后，發酵液經真濃縮、結晶可得葡萄糖酸鈉晶體，或經噴霧干燥后制得葡萄糖酸鈉粉狀產品 嘲。該方法具有發酵速度快、發酵過程易于控制、產品易提取等特點，但同時也有一定缺陷，如產品色澤不易控制、無菌化要求程度高等

2. 均相化學氧化法

結晶葡萄糖加水溶解后加入催化劑，控制一定的溫度，滴加次氯酸鈉溶液，同時滴加離子膜液堿來控制反應體系的pH 值，使平衡向生成葡萄糖酸鈉的方向移動。通過測定殘糖量來確定反應終點，然后過濾，將反應液濃縮，利用氯化鈉溶解度比葡萄糖酸鈉溶解度低的特性，濃縮后先析出氯化鈉，后析出葡萄糖酸鈉來進行提純，可得葡萄糖酸鈉含量在 95％ (質量分數) 以上的產品。采用次氯酸鈉氧化法生產葡萄糖酸鈉具有轉化率高、工藝過程簡單、成本低的優點，但是其中間步驟多，副產物多，產物難于分離，因此在應用上受到了限制。

3. 電解氧化法

該方法是在電解槽中加入一定濃度的葡萄糖溶液 ，再加入適宜的電解質 ，在一定溫度、一定電流密度下恒電流電解。其工業參數的確定因加入 電解質的不同而異。例如，以溴化鈉為電解質時，葡萄糖濃度為23.5％(質量分數) 溫度控制在 40℃，電流密度為 l A · dm^-2，電解質濃度為296(質量分數) ，電解過程中碳酸鈉可一次性加入。電解結束后電解液經濃縮、結晶，可得葡萄糖酸鈉晶體。電解氧化法雖然克服了生物發酵法和均相化學氧化法的某些缺點，但在工業生產中能耗大，不易控制。

4. 多相催化氧化法

配制一定量的葡萄糖溶液加入于四口燒瓶中，稱取適量催化劑加入到此燒瓶中，恒溫。向溶液中通入空氣，并不斷滴加一定濃度的Na0H 溶液來維持一定的pH 值。反應后的溶液經冷卻、抽濾(催化劑回收) ，濾液減壓蒸餾濃縮、結晶，風干后得到葡萄糖酸鈉晶體。該法工藝簡單，反應平穩，易于控制，反應條件溫和，其葡萄糖轉化率在 95％左右。缺點是所用催化劑在循環使用一定次數后，催化效率下降，使葡萄糖轉化率降低，反應時間延長甚至基本無催化活性，催化劑必須報廢更新，相應提高了單位產品催化劑耗量，也使葡萄糖酸鈉產品生產成本較高。由此可見，催化劑性能的好壞是使用此法的關鍵。

【主要參考資料】

[1] 化學物質辭典

[2] 梁潔, 王沖, 劉紅梅, & 楊文玲. (2007). 葡萄糖酸鈉的制備方法.河北化工,30(1), 12-14.

[3] 王沖, 劉紅梅, 楊文玲, 裴雙秀, & 杜亞威. (2007). 葡萄糖酸鈉的制備及發展趨勢.河北工業科技,24(2), 122-124.

[4] 董貞, 張百勝, 典姣姣, & 惠明. (2014). 食品級葡萄糖酸鈉制備及應用的研究進展.食品工業,35(9), 242-245.