反丁烯二酸酸甘油甲酯的合成及其性质的研究

论文摘要

多功能化食品添加剂是食品添加剂发展的一个重要方向。a,β—不饱和羰基结构是防腐剂呈强抗菌活性的有效功能结构。反丁烯二酸二甲酯（DMF）即为一种含有该功能团的广谱、高效、低毒的防腐剂,但由于其致皮肤过敏性导致在食品工业中的应用受限。论文引入甘油基团,保留其防腐官能团,在增大分子量,消除升华特性的同时,增加两个羟基基团,增强其亲水性,合成新型多功能食品添加剂反丁烯二酸甘油甲酯（GMF）,并对其抑菌活性和乳化特性进行了研究。根据有机合成原则,分析了原料、催化剂等因素对GMF可能合成路径的影响,确定了以顺丁烯二酸酐为原料,并且采用“一锅法”完成三步反应的合成路线。在单因素试验基础上,得到合成GMF的优化条件为:顺丁烯二酸酐:甲醇=1:1,酯化温度60℃,酯化反应时间0.5h,搅拌速度600r/min,此时顺丁烯二酸单甲酯的产率最大;顺丁烯二酸酐:甘油=1:1,酯化催化剂对甲苯磺酸的用量为6%,酯化温度85℃,酯化反应时间3.5h;异构化催化剂SOCl2质量分数6%,异构化温度65℃,异构化反应时间2h,所得GMF酯化度（DE）为1.09,产率为78%。产品为白色颗粒固体,熔点约为110℃～130℃,常压下无升华性。其结构用红外光谱和液相色谱-质谱联用得到表征。抗菌特性研究表明:DE为1.09的GMF具有较广的抗菌谱系,对细菌、酵母和霉菌的生长具有较强的抑制能力,抑菌作用不受pH值的影响。在pH3～7的介质中,GMF具有接近于DMF的抑菌能力。环境温度在27℃～47℃变化时,对GMF的影响较小,但温度大于90℃时,GMF会发生聚合,导致抑菌效果下降。皮肤试验证明GMF不具有DMF对皮肤刺激、过敏的特性。乳化性能研究表明:DE为1.09的GMF是一种非离子型的W/O型的表面活性剂,其HLB值为9.1,pH值在7左右,pH随浓度变化不大。临界胶束浓度比分子蒸馏单甘酯和Span-80低,为0.6g/L;起泡性能比Span-80和分子蒸馏单甘酯好,而且泡沫也比它们的稳定。浓度为0.3%的表面活性剂溶液的表面张力为43.3mN/m。综合抗菌和乳化特性研究,说明GMF是一种具有一定乳化性的广谱、高效的新型食品防腐剂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 防腐剂在食品工业中的应用
• 1.1.1 防腐剂的分类
• 1.1.2 防腐剂的作用机理
• 1.2 含A,Β一不饱和羰基结构的防腐剂
• 1.2.1 高效食品防腐剂的分子结构
• 1.2.2 a,β一不饱和羰基结构的防腐剂的作用机理
• 1.3 具有乳化特性的防腐剂的研究现状
• 1.4 本课题研究的目的、意义和主要内容
• 1.4.1 本课题研究的目的、意义
• 1.4.2 本课题研究的主要内容
• 第二章 GMF 的合成工艺研究
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 试验试剂
• 2.1.2 实验设备
• 2.1.3 试验方法
• 2.2 反丁烯二酸甘油甲酯的合成
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 合成路线设计
• 2.3.2 酯化度与抑菌力的关系
• 2.3.2 顺丁烯二酸单甲酯的合成
• 2.3.3 顺丁烯二酸甘油甲酯的合成
• 2.3.4 GMF 的合成
• 2.3.5 反丁烯二酸甘油甲酯的物性及结构
• 2.4 本章小结
• 第三章 GMF 的抗菌特性研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 主要试剂和材料
• 3.1.2 实验设备
• 3.1.3 供试菌种
• 3.1.4 培养基
• 3.1.5 牛奶酸败混合微生物菌群的制备
• 3.1.6 食品防腐剂抑菌效果测定方法
• 3.1.7 生长抑制试验
• 3.1.8 最低抑菌浓度（MIC）的测定
• 3.1.9 皮肤过敏性试验
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 介质pH 对食品防腐剂抑菌效果的影响
• 3.2.2 热处理对GMF 抑菌活性的影响
• 3.2.3 对微生物的生长抑制作用
• 3.2.4 抑菌谱的研究
• 3.2.5 皮肤过敏性试验
• 3.3 本章小结
• 第四章 GMF 乳化特性研究
• 4.1 试验材料与方法
• 4.1.1 主要试剂
• 4.1.2 主要仪器设备
• 4.1.3 试验原理和方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 GMF 及其它乳化剂的HLB 值
• 4.2.2 乳化液类型鉴别
• 4.2.3 浓度对pH 值的影响
• 4.2.4 GMF 及其它乳化剂的表面张力和临界胶束浓度
• 4.2.5 GMF 及其它乳化剂乳化能力的比较
• 4.2.6 GMF 与其它乳化剂起泡性能比较
• 4.3 本章小结
• 结论
• 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文