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【背景及概述】[1][2][3]
葡萄糖酸鈉又稱五羥基有機(jī)酸鈉，是一種白色結(jié)晶顆粒或粉末，相對分子質(zhì)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。其廣泛應(yīng)用于在食品、建筑、醫(yī)藥、水質(zhì)處理、電鍍、顯影等行業(yè)，尤其是在食品行業(yè)。隨著人們生活水平和保健意識的不斷提高，對食品營養(yǎng)和風(fēng)味的要求也越來越高，食品工業(yè)正朝著飲食多樣化、食品綠色化、低化的健康之路發(fā)展。
葡萄糖酸鈉作為一種新型的功能呈味調(diào)料，能夠賦予食品酸味，改善食品呈味性，防止蛋白質(zhì)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(wěn)定性和螯合性能、且原料來源廣泛的特點，備受人們關(guān)注，一些新的制備技術(shù)與應(yīng)用層出不窮。在2012年，經(jīng)我國衛(wèi)生部門許可，列入了新型食品添加劑目錄。葡萄糖酸鈉的生產(chǎn)和應(yīng)用已有將近三十年的時間。特別是近年來，隨著葡萄糖酸鈉在建筑行業(yè)緩凝劑、減水劑等新領(lǐng)域的應(yīng)用，其市場需求量呈現(xiàn)快速增長的趨勢。其中發(fā)酵法生產(chǎn)葡萄糖酸鈉憑借其技術(shù)成熟、工藝條件溫和、技術(shù)路線簡潔、產(chǎn)品成本低的優(yōu)勢，在葡萄糖酸鈉行業(yè)中已占據(jù)主導(dǎo)地位。中國作為全球最重要的葡萄糖酸鈉生產(chǎn)國和出口國。預(yù)計在未來一段時間內(nèi)，葡萄糖酸鈉的生產(chǎn)和應(yīng)用將持續(xù)穩(wěn)定增長。
【理化性質(zhì)】[3]
葡萄糖酸鈉又稱D-葡萄糖酸鈉，化學(xué)名稱為五羥基己酸鈉，分子式為C6H11NaO7，相對分子質(zhì)量為218.14，熔點為206～209℃，為白色結(jié)晶顆粒或粉末，極易溶于水，略溶于乙醇，不溶于乙醚，無毒，熱穩(wěn)定性好，無潮解性。
【應(yīng)用】[2][3]
1.用于醫(yī)藥方面
鈉對維持細(xì)胞外滲透壓和容量，調(diào)節(jié)酸堿平衡，發(fā)揮神經(jīng)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(fā)生。
2.穩(wěn)定劑
具有優(yōu)異的緩蝕阻垢作用，被廣泛應(yīng)用于水質(zhì)穩(wěn)定劑。具有明顯的協(xié)調(diào)效應(yīng)，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(luò)合能力；作為循環(huán)、冷卻水緩蝕阻垢劑達(dá)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(yīng)特殊用途時，其鋼坯表面均
需經(jīng)過嚴(yán)格清洗，使鍍層物與鋼鐵表面牢固結(jié)合，清洗藥劑中添加葡萄糖酸鈉將會達(dá)到十分理想的效果。
4.作玻璃瓶專用清洗劑
用葡萄糖酸鈉為主要配方的玻璃瓶專業(yè)清洗劑可改善去垢力不強、易堵塞
洗瓶機(jī)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(guī)定之標(biāo)準(zhǔn)）。
5.建筑業(yè)
作為減水劑、緩凝劑：水泥中添加一定數(shù)量的葡萄糖酸鈉后，可增加混凝土的可塑性和強度，且有阻滯作用，即推遲混凝土的最初與最終凝固時間。
6. 用于食品：
1）葡萄糖酸鈉能夠代替食鹽：相關(guān)研究表明鈉的攝入量過大，會誘發(fā)高血壓的產(chǎn)生。低鈉鹽食品成為當(dāng)今食品工業(yè)中研究的熱點。葡萄糖酸鈉的鹽味質(zhì)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(yōu)點，成為了食鹽的最佳取代品。目前被廣泛應(yīng)用于無鹽醬油，面包等食品領(lǐng)域。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(fēng)味及保質(zhì)期限。
2）葡萄糖酸鈉能夠改善食品風(fēng)味：在食品行業(yè)中，風(fēng)味是衡量食品感官機(jī)能的最重要指標(biāo)。目前，風(fēng)味物質(zhì)的生產(chǎn)應(yīng)用，已成為廣大食品研究人員和生產(chǎn)者關(guān)注的熱點。近年研究發(fā)現(xiàn)：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(fēng)味的改善具有顯著的效果。通過在低脂奶酪中添加葡萄糖酸鈉，從而消除了低脂奶酪原有的苦味、澀味，改善了整體的口感。通過對比葡萄糖酸鈉和石膏做凝固劑制作內(nèi)酯豆腐的風(fēng)味，發(fā)現(xiàn)用葡萄糖酸鈉點出的豆腐更加細(xì)嫩，味道和營養(yǎng)價值也更高。
3）葡萄糖酸鈉能夠增強食品的營養(yǎng)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(yǎng)和風(fēng)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(fēng)味，還可以增強食品的營養(yǎng)特性。如通過對奶
酪硬化現(xiàn)象的深入研究，發(fā)現(xiàn)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(fù)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(yǎng)品質(zhì)。
此外還可用于電鍍、膠卷制造等許多工業(yè)領(lǐng)域，應(yīng)用前景十分廣闊。
【制備】[3]
目前葡萄糖酸鈉的生產(chǎn)方法主要有生物發(fā)酵法、均相化學(xué)氧化法、電解氧化法、多相催化氧化法。
1.生物發(fā)酵法
該方法包括真菌發(fā)酵和細(xì)菌發(fā)酵，另外還有固定細(xì)胞發(fā)酵工藝，其中較普遍采用的是黑曲霉菌發(fā)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(yǎng)物質(zhì)，滅菌，冷卻至適宜溫度，接種體積分?jǐn)?shù)為10%的黑曲霉種子液，開動攪拌，通氣流，調(diào)整發(fā)酵液pH值維持在6.0-6.5，溫度保持在32-34 ℃。發(fā)酵過程中滴加消泡劑，以消除發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的泡沫。整個發(fā)酵過程約需20 h，當(dāng)殘?zhí)墙抵? g/L 時可以認(rèn)為發(fā)酵結(jié)束。菌體與發(fā)酵液分離后，發(fā)酵液經(jīng)真空濃縮、結(jié)晶可得葡萄糖酸鈉晶體，或經(jīng)噴霧干燥后制得葡萄糖酸鈉粉狀產(chǎn)品。該方法具有發(fā)酵速度快、發(fā)酵過程易于控制、產(chǎn)品易提取等特點，但同時也有一定缺陷，如產(chǎn)品色澤不易控制、無菌化要求程度高等。
2.均相化學(xué)氧化法
結(jié)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(yīng)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?zhí)橇縼泶_定反應(yīng)終點，然后過濾，將反應(yīng)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(jìn)行提純，可得葡萄糖酸鈉含量在95%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))以上的產(chǎn)品。
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，再加入適宜的電解質(zhì)，在一定溫度、一定電流密度下恒電流電解。其工業(yè)參數(shù)的確定因加入電解質(zhì)的不同而異。例如，以溴化鈉為電解質(zhì)時，葡萄糖濃度為23.5（% 質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 溫度控制在40 ℃，電流密度為1 A·dm-2，電解質(zhì)濃度為2（% 質(zhì)量分?jǐn)?shù)），電解過程中碳酸鈉可一次性加入。電解結(jié)束后電解液經(jīng)濃縮、結(jié)晶，可得葡萄糖酸鈉晶體電解氧化法雖然克服了生物發(fā)酵法和均相化學(xué)氧化法的某些缺點，但在工業(yè)生產(chǎn)中能耗大，不易控制，因此工業(yè)化生產(chǎn)中很少采用。
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NaOH 溶液來維持一定的pH 值。反應(yīng)后的溶液經(jīng)冷卻、抽濾（ 催化劑回收），濾液減壓蒸餾濃縮、結(jié)晶，風(fēng)干后得到葡萄糖酸鈉晶體。該法工藝簡單，反應(yīng)平穩(wěn)，易于控制，反應(yīng)條件溫和，其葡萄糖轉(zhuǎn)化率在95%左右。缺點是所用催化劑在循環(huán)使用一定次數(shù)后，催化效率下降，使葡萄糖轉(zhuǎn)化率降低，反應(yīng)時間延長甚至基本無催化活性，催化劑必須報廢更新，相應(yīng)提高了單位產(chǎn)品催化劑耗量，也使葡萄糖酸鈉產(chǎn)品生產(chǎn)成本較高。由此可見，催化劑性能的好壞是使用此法的關(guān)鍵。催化氧化法還是目前國內(nèi)葡萄糖酸鈉生產(chǎn)的主要方法，其產(chǎn)量占到80%以上。
【主要參考資料】
[1] 韓延雷, 范宜曉, 趙晨, & 張立鶴. (2013). 中國葡萄糖酸鈉行業(yè)市場及發(fā)展.山東食品發(fā)酵, (3), 36-39.
[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] 董貞, 張百勝, 典姣姣, & 惠明. (2014). 食品級葡萄糖酸鈉制備及應(yīng)用的研究進(jìn)展.食品工業(yè),35(9), 242-245.