• 《食品安全導刊》刊號:CN11-5478/R 國際:ISSN1674-0270

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    左旋薄荷酰胺的提純工藝研究

    2021-10-14 14:12:33 來源: 食品安全導刊

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    左旋薄荷酰胺的提純工藝研究
    趙軍俠,李鵬毅
    (河南華龍香料有限公司,河南濮陽 457000)
    摘 要:本文采用混合溶劑為結晶溶劑提純左旋薄荷酰胺,結果表明,混合溶劑(石油醚+丙酮)與涼味劑WS-3粗料比以(0.1∶0.9):1比例結晶,與采用單一丙酮結晶相比,結晶效率提高10%~15%,降低能耗。
    關鍵詞:左旋薄荷酰胺;結晶;提純
    涼味劑WS-3的合成是以天然薄荷醇為原料,經過氯化、格式化、酰氯化和酰胺化反應而得到的,由于原料天然薄荷醇是一種天然萜類化合物,有3個手性中心,8個光學異構體,只有左旋天然薄荷醇才是目標產品[1]。在其合成過程中分別得到不同的手性產品,其中左旋體占83%左右,即終產品,右旋體占10%左右,其他雜質累計7%。研究表明涼味劑WS-3只有左旋體涼味才純正,右旋雜質口感帶有強烈辛辣的木訥涼感,薄荷酰胺的產品品質除與含量有關外,與其1-位手性碳光學純度有密切關系,這就使得雖然涼味劑WS-3發明已有30多年歷史,但是生產廠家仍然較少[2]。涼味劑左旋薄荷酰胺結構式如圖1,右旋薄荷酰胺結構式如
    圖2[3]。
     
       
    采用粗蒸餾,獲得86%~92%的粗品WS-3,后經過丙酮與石油醚(規格:60~90)按比例混合液一次結晶將含量提至>99%,二次結晶將含量提至99.5%,達到成品檢測標準。相對于傳統方法來說,該方法縮短了生產周期,提高生產效率,且蒸餾操作也更簡便,簡化了生產工藝條件,簡化了生產過程質量控制的分析檢測頻次,并且目標產品香氣無需再次返工處理,可達到合格品標準。該方法利用復配溶劑丙酮和石油醚,結晶提純左旋薄荷酰胺,丙酮與石油醚對左旋薄荷酰胺的溶解性不同,且石油醚對右旋的溶解性較差,但可提高結晶收率,采用最佳的復配比,可以達到最優生產效率[4]。
    1 材料與方法
    1.1 材料與試劑
    蒸餾釜1臺、高效羅茨泵1套、結晶釜2臺、過濾器1套、離心機1臺、薄荷酰胺反應粗料若干、丙酮、石油醚(60-90)、DB-5(5%苯基)甲基聚硅氧烷、制冷設備1套、化料釜1臺。
    1.2 色譜條件
    使用安捷倫6820氣相色譜儀;毛細管柱,30 m×0.25 mm×
    0.25 μm。載氣:高純氮;柱流量:1 mL/min;氫氣:
    35 mL/min;空氣300 mL/min;進樣口:250 ℃;柱溫:
    140 ℃,保持2 min,以10 ℃/min 的升溫速率升至280 ℃,保持5 min;檢測器溫度:300 ℃;進樣量:0.2 μL。
    1.3 實驗方法
    1.3.1 蒸餾過程
    在精餾塔中加入基于天然薄荷醇為原料合成的涼味劑WS-3混合物1 100 kg,在120~160 ℃條件下進行精餾,得到質量百分比含量為86%~92%的涼味劑WS-3精蒸餾成品625 kg;精餾塔配備有40~60 Pa的高真空系統、帶有自動控溫的恒溫冷卻系統以及回流結構,冷凝器控溫80~110 ℃,左旋薄荷酰胺熔點90~97 ℃,冷凝器伴熱防結塊;溶劑回收后,粗品經色譜分析得右旋薄荷酰胺純度7.3%;左旋薄荷酰胺純度86.6%,該步驟粗蒸餾主要是去除溶劑甲苯。
    1.3.2 一次結晶
    將步驟1.3.1得到的涼味劑WS-3精蒸餾成品625 kg加入至反應釜中,然后加入涼味劑WS-3精蒸餾成品1.5倍量的丙酮937 kg和涼味劑WS-3精蒸餾成品0.2倍量的石油醚(規格:60~90)125 kg,于45~60 ℃條件下攪拌完全溶解,然后經過經膜過濾設備熱過濾得濾液,將濾液加入至結晶罐內,控制結晶罐內的轉速在20~80 r/min,同時控制夾套冷凍水閥門使得結晶溫度控制在-20~50 ℃內,結晶時間為8~12 h。
    1.3.3 一次離心
    步驟1.3.2進行完畢后,打開自動卸料離心機,并打開結晶罐的下口,放料到離心機內,開始甩干,直至無明顯液體流出為止,甩干時間35~90 min,得到一次甩干晶體;甩干模式分別采用低速、中速和高速分3個頻次離心,直至結晶體中的母液甩干為止,得一次結晶成品450 kg;左旋薄荷酰胺含量98.6%,提純分離效果較好,但依然沒有達到國標要求的含量標準。
    1.3.4 二次結晶
    將步驟1.3.3得到的甩干晶體薄荷酰胺456 kg薄荷酰胺加入至反應釜中,然后加入一次甩干晶體1倍量的丙酮
    450 kg和一次甩干晶體0.1倍量的石油醚(規格:60~90)45 kg,控溫50 ℃攪拌完全溶解,然后經過經膜過濾設備熱過濾得濾液,將濾液加入至另一結晶罐內,控制另一結晶罐內的轉速在40 r/min,同時控制另一結晶罐夾套冷凍水閥門,以每小時降溫5 ℃的速度,使得結晶溫度控制在-10 ℃內,結晶時間為8 h。
    1.3.5 二次離心
    步驟1.3.4進行完畢后,打開自動卸料離心機,并打開另一結晶罐的下口,放料到離心機內,開始甩干,直至無明顯液體流出為止,甩干時間45 min,得到二次甩干晶體;甩干模式分別采用依次低速、中速和高速分3個頻次離心,直至結晶體中的母液甩干為止,得左旋薄荷酰胺成品373 kg。
    1.3.6 烘干
    將步驟1.3.5得到的甩干左旋薄荷酰胺晶體373 kg置于沸騰干燥器內,常溫干燥1 h,然后設定好自動控溫系統,進風溫度設定為(60±1)℃,風速設定為(35±5)Hz,待沸騰干燥器內的料液溫度達到38~52 ℃,取樣測定薄荷酰胺含量>99.5%,干燥結束,得到左旋薄荷酰胺產品342 kg。從烘干成品左旋薄荷酰胺的分析譜圖結果可以看出右旋薄荷酰胺已經去除,含量99.9%,成品左旋薄荷酰胺符合國標GB 29981—2013要求。
    2  結果與分析
    表1考察了一次結晶、表2考察了二次結晶的結晶效果,同時也測試了結晶過程中石油醚配比不同對右旋去除的影響,結果表明,一次、二次結晶效果沒有太大明顯變化,其直接變化為石油醚的添加量和右旋的去除效果,當石油醚量逐漸增多時,結晶效率呈現先升高后降低的趨勢,隨著石油醚的添加量增多,右旋去除效果反而降低,不利于產品的提純,經試驗分析,最佳石油醚的添加量為10%最好,可提高結晶效率,同時左旋薄荷酰胺也可達到質量標準[5]。

     
    3 結論
    常規分離技術是通過高真空在精餾塔中加入基于天然薄荷醇為原料合成的涼味劑WS-3混合物,控制精餾溫度在120~160 ℃條件下進行精餾,調節蒸餾回流比為6∶1~10∶1,減壓精餾,分離出含量≥97%的左旋WS-3,再通過丙酮結晶出固體左旋WS-3,與此方法相比,減壓調節回流比精餾過程漫長,每批次精餾生產操作時間與該方法相比的粗蒸餾時間長近30 h,高溫長時間蒸餾,其能耗較大,并且在高溫150 ℃蒸餾過程中,產品出現分解、焦化,長時間高溫蒸餾,無形中增加了目標產品香氣的處理難度;采用粗蒸/閃蒸,減少蒸餾時間,減少了焦化、分解,閃蒸將左旋薄荷酰胺含量提高至90%,再按(0.1∶0.9)復配石油醚(60~90)與丙酮為結晶溶劑,與粗料左旋薄荷酰胺(1∶1)結晶,比單一采用丙酮結晶,提高了10%~15%的結晶效率,產品與最初采用單一溶劑結晶質量無較大差異,左旋薄荷酰胺滿足產品質量標準。
    參考文獻
    [1]陳衛華.鹽酸肼屈嗪、拉米夫定和左旋薄荷酰胺的合成[D].濟南:山東大學,2009.
    [2]陳為民,駱希明,高萍.高效清涼劑薄荷酰胺的合成[J].牙膏工業,2008(3):33-35.
    [3]葉潤華,楊曉麗,姜惠靈.工業碳酸鈉提純實驗[J].純堿工業,2021(1):10-12.
    [4]王建新,聶侃,羅玲玲.涼味劑左旋薄荷酰胺的合成[J].香料香精化妝品,2004(4):5-6.
    [5]蘇偉怡,劉星,郝琪,等.添加劑對氨基酸多晶型溶液結晶過程影響的研究進展[J/OL].化工進展:1-11[2021-06-09].https://doi.org/10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1787.
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