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防霉防腐剂双乙酸钠的合成研究黄毅萍 陈广美(安徽大学化学系,合肥230039)双乙酸钠(SDA)为白色结晶粉末,略带酸味。化学式为CH3COOH#CH3COONa#XH2O,易溶于水,在150e以上分解。参照FA0/WHO(1977)标准,其质量标准为:游离酸39.0~41.0%,乙酸钠58.0-60.0%,水分不大于2%,PH:4.5~5.0(10%水溶液),As含量不大于3mg/kg,重金属(以Pb计)含量不大于10mg/kg。双乙酸钠具有高效防霉、防腐、保鲜、增加营养价值等功效,主要作为防霉剂、酸味剂、改良剂应用于食品及饲料工业中。目前国内外常用的食品、饲料的防霉剂主要是有机酸及其盐类,如丙酸、丙酸钙、山梨酸及其钾盐、脱氢醋酸以及富马酸二甲酯等。然而它们在实际使用时都存在一些不足之处。丙酸及其盐类有刺激气味,且国内目前生产厂家少,价格一直较高;山梨酸防霉防腐作用强,然而略带有刺激性臭味;富马酸二甲酯类防霉剂有微毒,能够引起皮肤过敏;脱氢醋酸略带弱酸味,生产成本低,是一种理想的防霉防腐剂,与山梨酸相似,脱氢醋酸在水中溶解性差,必须在特定的溶剂中使用,限制了它的应用范围。相比较而言,双乙酸钠具有成本低、性质稳定,使用条件宽、防霉防腐作用显著等优点。对于我国这样一个粮食大国,畜牧业发展迅速,为了防止谷物、豆类食品、饲料等在存放过程中霉变而造成品质下降和浪费,研究和开发双乙酸钠类防霉剂有着十分重要的意义。近年来国内外对双乙酸钠作为食品、饲料防霉防腐剂的研制有些报道,国内目前也有中试生产。双乙酸钠合成方法较多,可以水为溶剂由乙酸酐与碳酸钠或乙酸钠反应,以甲醇或乙醇为溶剂由乙酸钠与乙酸或乙酐反应而制得。综合考虑反应速度、原料成本、设备投资各项因素,经过实验比较和筛选,本文选择了以醋酸和工业烧碱为原料进行实验室研究。l SDA合成实验在三口烧瓶中加入l摩尔经粉碎的固体碱,搅拌下加入一定量的水或乙醇水溶液,在水浴加热并搅拌下滴加醋酸,体系升温至反应温度,待固体完全溶解后恒温至反应结束,停止加热。在搅拌下于一定的温度冷却结晶,经过滤及真空干燥,得成品双乙酸钠。2 实验结果与讨论2.1以水为溶剂,乙酸与氢氧化钠反应从实验过程中可发现,对反应过程的操作及产品质量影响较大的因素有:酸碱加入量比、水的加入量和反应温度。(1)水的加入量在乙酸、氢氧化钠加入量比确定、反应温度和时间不变的情况下,改变水的加入量,所得结果列于表l。从实验过程可以发现,水的加醋酸,固体碱逐渐形成团状,整个反应过程中该固体物料无法完全溶解,此时反应在局部进行,出现局部过热,造成较多水和酸挥发,反应一段时间后系统无法搅拌,产品收率偏低,游离酸含量远低于质量标准。当水用量超过8g以后,反应过程搅拌容易,但产物中水含量较高,使产品分离困难,产率下降,因此水用量以5g为宜。(2)酸碱加入量之比 理论上,乙酸与氢氧化钠用量之摩尔比为21。但在实际过程中并非如此,其结果如表2所示。由表可见,当乙酸过量达10%以上,产品中的游离酸含量才达到要求,同时产率也相对较高。这说明必须在过量乙酸存在下,产物中的乙酸与乙酸钠的结合才稳定。但乙酸含量继续增大,产品中的酸含量也增大直至超过41%,从产品质量的角度来说是不合适的。(3)反应温度的影响从反应结果来看,在较高温度下(如90e),反应所需的时间少。但反应过程较难控制,因为在此温度下水会挥发,同时产物也部分熔化。在冷却结晶时,由于水量较少,产物容易结块反而使其中所含水分难以干燥除去,产品质量难保证;当温度较低(75e),反应时间较长仍无法得到较高产率的产品,产物中游离酸含量也较低,较适宜的反应温度约为80e,相应的反应时间为120min。2.2以乙醇为溶剂,乙酸与氢氧化钠反应尽管以水为溶剂,从上述讨论可知能得到较高的产率,但反应过程的操作都不是很容易,产品容易结块,因此实验改用乙醇水溶液作溶剂。通过多次实验,确定酸碱用量比仍为2.21,反应温度以78e为佳,反应时间2hr。但乙醇的浓度及乙醇对氢氧化钠用量比对产品都有影响。表4列出了这方面的研究结果。无水乙醇作为溶剂时,反应物无法溶解。随着乙醇水溶液中乙醇浓度的降低,反应物的溶解情况逐步好转。当乙醇浓度低于50%以后,产品中水含量增加迅速,从而产品的质量不能保证。其结果如表4所示。而乙醇浓度确定为62%,乙醇对氢氧化钠用量比超过31后,增加乙醇的用量对产率及产品质量都无明显的影响。值得说明的是,以乙醇水溶液为溶剂,结晶后的母液可循环使用,单次产率可达87%,累积产率更可达93%以上。3 结论(1)由醋酸与氢氧化钠合成双乙酸钠,较佳的操作条件为:酸碱用量摩尔比为2.21,反应温度78)80e,反应