糖蜜制備環(huán)保手洗型餐具洗滌劑的研究

張雪春， 王振興，*， 闞 歡， 劉 凡， 陳倩雯， 鄭為完

(1.西南林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，云南昆明 650224;2.南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室，江西南昌 330047)

糖蜜制備環(huán)保手洗型餐具洗滌劑的研究

張雪春1，2， 王振興1，2，*， 闞 歡1， 劉 凡2， 陳倩雯2， 鄭為完2

(1.西南林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，云南昆明 650224;2.南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室，江西南昌 330047)

以甘蔗糖蜜為原料，利用糖蜜中的糖類與辛烯基琥珀酸酐反應(yīng)制備辛烯基琥珀酸糖酯，對其性質(zhì)進行研究，并以辛烯基琥珀酸糖酯為主要活性成分復(fù)配手洗型餐具洗滌劑，對該餐具洗滌劑的性質(zhì)和去污力進行研究.結(jié)果表明，實驗制備的辛烯基琥珀酸糖酯穩(wěn)定性良好，具有較好的起泡性和起泡穩(wěn)定性.以辛烯基琥珀酸糖酯為主要成分制備的手洗型餐具洗滌劑具有適宜的黏度，良好的起泡性和去污力，符合國標(biāo)中餐具洗滌劑的要求.

甘蔗糖蜜;綠色環(huán)保;餐具洗滌劑;去污力

*王振興，男，研究實習(xí)員，碩士，主要從事農(nóng)林產(chǎn)品資源開發(fā)與利用方面的研究.通訊作者.

隨著人們的環(huán)境保護意識日益提高和對健康生活的追求，餐具洗滌劑的綠色無毒、可降解性成為其發(fā)展的主要方向［1］，新型環(huán)保表面活性劑的開發(fā)步入新的階段，人們把研究重點逐漸放在淀粉等資源豐富、無毒無刺激性、生物降解性好的原料上.辛烯基琥珀酸糖酯(octenyl succinic anhydride modified sugars，OSAS)是以糖類(單糖、低聚糖、多糖或淀粉等)為原料，經(jīng)辛烯基琥珀酸酐酯化、中和后得到的產(chǎn)品［2－5］.由于辛烯基琥珀酸糖酯具有糖類多羥基的親水性，以及辛烯基琥珀酸長碳鏈基團的親油性，因此辛烯基琥珀酸糖酯具有表面活性的兩親分子結(jié)構(gòu);此外，辛烯基琥珀酸糖酯對人體無毒無刺激性，具有良好的生物降解性，其中辛烯基琥珀酸淀粉酯是FDA允許的食品添加劑.因此，辛烯基琥珀酸糖酯可作為主要活性成分，開發(fā)為綠色環(huán)保、手洗型餐具洗滌劑.

甘蔗糖蜜是西南地區(qū)甘蔗制糖的主要廢棄物，一般含糖量為50%左右，前期主要用作飼料或發(fā)酵得到較低級產(chǎn)品，利用率較低，因此，近年來對甘蔗糖蜜的深度開發(fā)成了研究熱點［6－7］.孫月娥、朱振元等［8－9］研究表明，脂肪酸糖酯是綠色、安全、可生物降解的表面活性劑，具乳化、去污、起泡等性能，可應(yīng)用于日化、食品等行業(yè);周小娟等［2］研究表明辛烯基琥珀酸蔗糖酯具有良好的溶解性和乳化性，可作為乳化劑應(yīng)用于水包油乳狀液中.本研究以甘蔗糖蜜為原料，通過酯化反應(yīng)制備辛烯基琥珀酸糖酯，考察其親水親油平衡值、起泡性等性質(zhì);并以辛烯基琥珀酸糖酯為主要活性成分，復(fù)配為手洗型餐具洗滌劑，考察其性質(zhì)和去污能力.通過本研究開發(fā)新型手洗餐具洗滌劑，可減少餐具洗滌劑中表面活性劑的使用，為甘蔗糖蜜等農(nóng)產(chǎn)品廢棄物的高值化利用及綠色環(huán)保型餐具洗滌劑的開發(fā)提供一些借鑒.

1 材料與方法

1.1 主要原料及儀器

甘蔗糖蜜(已脫色)，由廣西明陽糖廠提供，含蔗糖32.67%，還原糖18.94%［10］，經(jīng)實驗室脫色后備用;辛烯基琥珀酸酐，分析純，武漢鑫華遠生物科技有限公司;氫氧化鈉、無水乙醇，分析純，天津市大茂化學(xué)試劑有限公司.

GKC型可控硅恒溫水浴鍋，上海錦屏儀器儀表有限公司;ZK025B型真空干燥箱，上海試驗儀器廠;pHS－2C型精密酸度計，上海精密科學(xué)儀器有限公司;JB－3型定時恒溫磁力攪拌器，上海雷磁儀器廠;TENSOR 27型傅立葉紅外光譜儀，美國布魯克·道爾頓公司;LVT旋轉(zhuǎn)式黏度計，美國Brookfield公司.

1.2 實驗步驟

1.2.1 合成原理

在堿性條件加熱，糖蜜中的糖類(蔗糖、低聚糖、多糖等)上的羥基與辛烯基琥珀酸酐反應(yīng)，生成辛烯基琥珀酸糖酯(混合物).

1.2.2 辛烯基琥珀酸糖酯的制備

將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的甘蔗糖蜜調(diào)節(jié)pH值為8.0，于35℃水浴中分別緩慢加入糖蜜干基重量的3%，5%，7%和9%辛烯基琥珀酸酐(無水乙醇稀釋3倍)，期間采用3%的氫氧化鈉溶液維持反應(yīng)體系pH值為8.0，反應(yīng)6 h后，用3%的鹽酸將pH值調(diào)至6.5，得到4種辛烯基琥珀酸糖酯［11］.

1.2.3 傅立葉－紅外分析

將糖蜜和辛烯基琥珀酸糖酯干燥后，采用傅立葉變換紅外光譜儀記錄樣品KBr壓片的吸收峰，波數(shù)范圍為400～4 000 cm－1.

1.2.4 辛烯基琥珀酸糖酯的性質(zhì)測定

1.2.4.1 親水親油平衡值的測定

采用乳化法來測定辛烯基琥珀酸糖酯的親水親油平衡值(HLB值)［12－13］.將松節(jié)油和棉籽油按一定質(zhì)量比配制 HLB 值為 10，11，12，13，14，15，16 的標(biāo)準(zhǔn)油相，分別在15 g上述HLB值的油相中加入5 g辛烯基琥珀酸糖酯，再加80 g水?dāng)嚢璺稚⑹蛊淙榛^察并選出穩(wěn)定性最好的乳狀液，所對應(yīng)的油相HLB值即為辛烯基琥珀酸糖酯的HLB值.

1.2.4.2 辛烯基琥珀酸糖酯起泡性和穩(wěn)定性測定

辛烯基琥珀酸糖酯的起泡性測定參考ASTM D1173－2007表面活性劑起泡性實驗方法［14］略作修改.配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的辛烯基琥珀酸糖酯溶液，于49℃水浴中陳化30 min后，移取辛烯基琥珀酸糖酯溶液10 mL于量筒，并置于49℃水浴中，再準(zhǔn)確移取50 mL辛烯基琥珀酸糖酯溶液，立即于90 cm處注入量筒中，待溶液全部注入量筒后，記錄下0 min和5 min時的泡沫體積.分別測定實驗室制備的4種辛烯基琥珀酸糖酯的起泡性.

1.2.4.3 辛烯基琥珀酸糖酯物理穩(wěn)定性的測定

對辛烯基琥珀酸糖酯的低溫穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性進行測試.取實驗室制備的4種辛烯基琥珀酸糖酯，分別于－3～－10℃冰箱和(40±1)℃的恒溫箱內(nèi)放置24 h，取出后觀察.

1.2.5 手洗型餐具洗滌劑的配制及性質(zhì)測定

以實驗室制備的辛烯基琥珀酸糖酯為主要成分，復(fù)配手洗型餐具洗滌劑.經(jīng)參閱文獻［15－17］和前期實驗篩選得到3個配方如表1.篩選其中去污力最強的配方，并對該配方制備的手洗型餐具洗滌劑的外觀和性質(zhì)進行測定.

表1 手洗型餐具洗滌劑的配方Tab.1 Formulas of hand washing tableware detergent%

2 結(jié)果與討論

2.1 辛烯基琥珀酸糖酯的紅外光譜表征

糖蜜、辛烯基琥珀酸糖酯的傅立葉紅外光譜分別如圖1和圖2.由圖1、圖2可知，相比糖蜜，辛烯基琥珀酸糖酯在1 570 cm－1附近出現(xiàn)了一個新的特征峰，這是由酯類物質(zhì)的RCOO－不對稱伸縮振動產(chǎn)生的［11］，表明辛烯基琥珀酸糖酯相比糖蜜引入新官能團RCOO－，發(fā)生了酯化反應(yīng).此外，除1 570 cm－1外，辛烯基琥珀酸糖酯與糖蜜的紅外吸收光譜基本相同，表明除酯化外，變性處理未引入其他物質(zhì).

2.2 辛烯基琥珀酸糖酯的HLB值的分析

經(jīng)測定，實驗室制備的4種辛烯基琥珀酸糖酯的HLB值為12～14，其中酸酐加入量為糖蜜干基質(zhì)量7%的辛烯基琥珀酸糖酯的HLB值為14.根據(jù)HLB值與表面活性劑性質(zhì)的相關(guān)性，可判斷糖蜜制備的辛烯基琥珀酸糖酯具有乳化、增溶和去污作用，可作為餐具洗滌劑的主要活性成分.

圖1 糖蜜的紅外光譜Fig.1 FT－IR spectrogram of cane molasses

圖2 辛烯基琥珀酸糖酯的紅外光譜Fig.2 FT－IR spectrogram of OSAS

2.3 辛烯基琥珀酸糖酯的起泡性和穩(wěn)定性分析

實驗室制備的辛烯基琥珀酸糖酯的起泡性如圖3.由圖3可知，當(dāng)辛烯基琥珀酸酐加入量為糖蜜干基質(zhì)量7%時，所制備的辛烯基琥珀酸糖酯的起泡性和起泡穩(wěn)定性相對最好.起泡性是餐具洗滌劑的特征之一，一般選擇起泡性和起泡穩(wěn)定性較好的表面活性劑作為制備洗滌劑的原料，因此選擇酸酐加入量為7%的辛烯基琥珀酸糖酯作為餐具洗滌劑的主要活性成分.

圖3 辛烯基琥珀酸糖酯的起泡性和起泡穩(wěn)定性Fig.3 Foamability and foaming stability of OSAS

2.4 辛烯基琥珀酸糖酯的物理穩(wěn)定性分析

辛烯基琥珀酸酸糖酯的高溫和低溫物理穩(wěn)定性情況如表2.辛烯基琥珀酸糖酯經(jīng)－3～－10℃保存24 h及(40±1)℃保存24 h后，未出現(xiàn)沉淀、褪色、分層或結(jié)晶現(xiàn)象.說明辛烯基琥珀酸糖酯對低溫和高溫穩(wěn)定性良好，用于制備手洗型餐具洗滌劑時，不會因為溫度的波動而引起性質(zhì)的改變.

表2 辛烯基琥珀酸糖酯的高溫和低溫物理穩(wěn)定性Tab.2 Physical stability of OSAS at elevated and decreased temperature

2.5手洗型餐具洗滌劑配方的篩選

以辛烯基琥珀酸糖酯為主要成分，按國標(biāo)GB9985—2000附錄B中的去油率法［18］測定3個不同配方制備的洗滌劑去油率如圖4.由圖4可知，配方二制備的餐具洗滌劑去污力最好，因此確定手洗型餐具洗滌劑的配方為:直鏈烷基苯磺酸鈉20%、辛烯基琥珀酸糖酯20%、乙醇5%、羧甲基纖維素鈉1.2%、水53.8%，并對該配方制備的餐具洗滌劑的黏度、起泡性和去污力進行測定.

圖4 不同配方制備餐具洗滌劑的去污力Fig.4 Detergency of hand washing tableware detergents prepared by different formulas

2.5.1 手洗型餐具洗滌劑的黏度分析

實驗室制備的手洗型餐具洗滌劑與兩種市售餐具洗滌劑的黏度如圖5.由圖5可知，所制備的手洗型餐具洗滌劑的黏度介于兩種市售洗滌劑之間，符合大眾對餐具洗滌劑消費的習(xí)慣.

圖5 手洗型餐具洗滌劑的黏度Fig.5 Viscosity of hand washing tableware detergents

2.5.2 手洗型餐具洗滌劑的起泡性和穩(wěn)定性的分析

實驗室制備的手洗型餐具洗滌劑的起泡性如圖6.由圖6，所制備的手洗型餐具洗滌劑的起泡性與市售餐具洗滌劑相當(dāng)，適于家庭餐具的手工清洗.

圖6 手洗型餐具洗滌劑的起泡性和起泡穩(wěn)定性Fig.6 Foamability and foaming stability of hand washing tableware detergents

2.5.3 手洗型餐具洗滌劑的去污力分析

去污力是餐具洗滌劑的主要技術(shù)指標(biāo)，實驗室制備的手洗型餐具洗滌劑的去污力如圖7.由圖7可知，實驗室制備的餐具洗滌劑的去污力為76.3%，高于標(biāo)準(zhǔn)洗滌劑和市售洗滌劑，符合國家手洗餐具用洗滌劑對去污力的規(guī)定［18］，可用于家庭餐具的手工清洗.

圖7 手洗型餐具洗滌劑的去污力Fig.7 Detergency of hand washing tableware detergents

3 結(jié)論

由糖蜜制備的辛烯基琥珀酸糖酯具有較好的起泡性和起泡穩(wěn)定性，其HLB為12～14，具有乳化、增溶和去污作用，在一定的高溫和低溫環(huán)境下較穩(wěn)定.辛烯基琥珀酸糖酯作為主要活性成分制備手洗型餐具洗滌劑時，具有適宜的黏度，較好的起泡性和去污能力.本研究可為綠色環(huán)保型手洗餐具洗滌劑的開發(fā)提供一定的理論依據(jù)，并為甘蔗糖蜜等農(nóng)產(chǎn)品廢棄物的高值化利用提供一條新思路.

［1］王澤云，陳海蘭.我國洗滌用綠色表面活性劑最新進展［J］. 日用化學(xué)品科學(xué)，2011，34(7):21－23.

［2］周小娟，鄭為完，楊靜，等.辛烯基琥珀酸蔗糖酯的制備、鑒定及其在微膠囊中的應(yīng)用［J］.食品科學(xué)，2009，30(16):146－148.

［3］Sarkar S，Singhal R S.Esterification of guar gum hydrolysate and gum Arabic with n－octenyl succinic anhydride and oleic acid and its evaluation as wall material in microencapsulation［J］.Carbohydrate Polymers，2011，86(4):1723－1731.

［4］Morrosa J，Leveckeb B，Rosa I M.Hydrophobically modified inulin from alkenyl succinic anhydride in aqueous media［J］.Carbohydrate Polymers，2011，84(3):1110－1116.

［5］Sweedman M C，Tizzotti M J，Sch?fer C，et al.Structure and physicochemical properties of octenyl succinic anhydride modified starches:A review［J］.Carbohydrate Polymers，2013，92(1):905－920.

［6］Zhang Dan，F(xiàn)eng Xiaohai，Zhou Zhe，et al.Economical production of poly(γ－glutamic acid)using untreated cane molasses and monosodium glutamate waste liquor byBacillus subtilisNX－2［J］.Bioresource Technology，2012，114(6):583－588.

［7］李永成，鐘秋平.甘蔗糖蜜預(yù)處理對產(chǎn)L－蘋果酸的影響與培養(yǎng)基 N源添加［J］.食品工業(yè)科技，2011，32(1):178－180.

［8］孫月娥，王衛(wèi)東.脂肪酸糖酯類表面活性劑的合成及應(yīng)用［J］. 化學(xué)通報，2010(4):302－307.

［9］朱振元，李盛峰.糖酯合成及其應(yīng)用的研究進展［J］.天津科技大學(xué)學(xué)報，2011，26(3):74－78.

［10］李志春.利用甘蔗糖蜜生產(chǎn)飼料維生素B12的研究［D］. 南寧:廣西大學(xué)，2009.

［11］張雪春，鄭為完，孔令偉，等.辛烯基琥珀酸直鏈淀粉酯的性質(zhì)及應(yīng)用研究［J］.食品工業(yè)科技，2011，32(5):81－83.

［12］周家華，崔英德.表面活性劑HLB值的分析測定與計算I.HLB值的分析測定［J］.精細(xì)石油化工，2001(2):11－14.

［13］徐永建，付旭東.木質(zhì)素兩性表面活性劑的合成及表面物化性能［J］. 精細(xì)化工，2010，27(8):765－769.

［14］ASTM Committee D12.ASTM D1173－2007 Standard Test Method for Foaming Properties of Surface－Active Agents［S］.Philadelphia:Annual Book of ASTM Standards，2007.

［15］衷平海.表面活性劑原理與應(yīng)用配方［M］.南昌:江西科學(xué)技術(shù)出版社，2005:17－19.

［16］熊遠欽.精細(xì)化學(xué)品配方設(shè)計［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2011:187－189.

［17］鄧舜揚.精細(xì)化工配方集錦第二集［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003:310－351.

［18］中國日用化學(xué)工業(yè)研究所.GB9985—2000手洗餐具用洗滌劑［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

Studies on Preparation of Green Hand Washing Tableware Detergent by Cane Molasses

ZHANG Xue－chun1，2， WANG Zhen－xing1，2，*， KAN Huan1， LIU Fan2， CHEN Qian－wen2， ZHENG Wei－wan2
(1.College of Forestry，Southwest Forestry University，Kunming650224，China;2.State Key Laboratory of Food Science and Technology，Nanchang University，Nanchang330047，China)

Octenyl succinic anhydride modified sugars(OSAS)was prepared by cane molasses sugars and octenyl succinic anhydride and the properties of OSAS were studied.Then the green hand washing tableware detergent was prepared by OSAS，and the properties and detergency of tableware detergent were studied.The results showed that the green hand washing tableware detergent prepared by OSAS had appropriate viscosity，good foamability，stability，and detergency，which meet the requirements of the national standard of tableware detergent.

cane molasses;green;tableware detergent;detergency

TS209;TQ423.2

A

2095－6002(2013)06－0063－04

張雪春，王振興，闞歡，等.糖蜜制備環(huán)保手洗型餐具洗滌劑的研究.食品科學(xué)技術(shù)學(xué)報，2013，31(6):63－66.

ZHANG Xue－chun，WANG Zhen－xing，KAN Huan，et al.Studies on Preparation of Green Hand Washing Tableware Detergent by Cane Molasses.Journal of Food Science and Technology，2013，31(6):66 －66.

2013－04－24

江西省研究生創(chuàng)新基金(YC09A033).

張雪春，女，講師，博士，主要從事林產(chǎn)品加工方面的研究;

(責(zé)任編輯:葉紅波)