專利名稱：檸檬黃的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種食用色素的制備方法，具體地涉及檸檬黃的制備方法。
背景技術(shù)：
食品添加劑食用色素，可分為合成色素和天然色素兩大類。相對(duì)天然色素而言，合成色素具有色澤鮮艷、色調(diào)多、性能穩(wěn)定、著色力強(qiáng)、堅(jiān)牢度大、調(diào)色易、使用方便、成本低廉、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)。再加上各國經(jīng)幾百年的實(shí)踐，從最多時(shí)的一百多種到淘汰成三十幾種。食品添加劑食用色素被廣泛應(yīng)用于食品、藥品、化妝品、紙張、日用品、玩具、包裝新材料等領(lǐng)域，可以說，現(xiàn)在被各國允許使用的合成色素其安全性相當(dāng)可靠，在食品著色上，合成色素遠(yuǎn)比天然色素使用得多。隨著國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，食用合成色素的市場也隨之快速增長，從上世紀(jì)九十年代初的300噸到現(xiàn)在的3000噸。
食用檸檬黃，食用合成色素三原色之一，也是在世界上被允準(zhǔn)用于食品著色最廣泛的一個(gè)合成色素，約占全球合成色素總量的百分之三十。而在中國的食用合成色素3000噸年需求中，檸檬黃占1200噸，約占百分之四十強(qiáng)。
食用檸檬黃，又稱FD&C Yellow No.5，E102，C.I.19140，CAS號(hào)為1934-21-0，化學(xué)分子式C16H9N4Na3O9S2，亮橙黃色粉末或顆粒，偶氮型雜環(huán)結(jié)構(gòu)(見式1)， 式1檸檬黃合成途徑為兩種
一)苯肼對(duì)磺酸與雙羥基酒石酸縮合；二)對(duì)氨基苯磺酸重氮鹽與1-(4-磺酸苯基)-3-羧基-5-吡唑啉酮或其甲(乙)基酯偶合(或再水解脫去醇基)。
本公司最早采用酒石酸工藝，即第一種工藝，后自主開發(fā)了DMAS工藝，一直沿用至今。DMAS(2-乙?；《岫柞?工藝(屬于吡唑啉酮工藝)——系對(duì)氨基苯磺酸重氮鹽與DMAS(2-乙?；《岫柞?縮合生成吡唑啉酮甲酯，再與對(duì)氨基苯磺酸重氮鹽偶合、水解而得。
綜上所述，本領(lǐng)域缺乏一種反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高、產(chǎn)品純度高、有機(jī)雜質(zhì)含量低的檸檬黃制備方法。因此，本領(lǐng)域迫切需要開發(fā)一種反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高、產(chǎn)品純度高、有機(jī)雜質(zhì)含量低的檸檬黃制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高、產(chǎn)品純度高、有機(jī)雜質(zhì)含量低的檸檬黃制備方法。
在本發(fā)明的第一方面，提供了一種檸檬黃的制備方法，步驟包括(a)2-乙?；《岫谆ヅc摩爾比為1∶0.90-1.10的對(duì)氨基苯磺酸重氮鹽在以2-乙酰基丁二酸二甲基酯的物質(zhì)的量計(jì)摩爾比為0.05-0.5的相轉(zhuǎn)移催化劑和以2-乙?；《岫谆サ奈镔|(zhì)的量計(jì)摩爾比為1.5-2.5的縛酸劑存在下進(jìn)行縮合，得到縮合物，所述相轉(zhuǎn)移催化劑包括聚乙二醇、司班、吐溫、平平加0或其組合；(b)所述縮合物與以縮合物的物質(zhì)的量計(jì)摩爾比為0.90-1.10的對(duì)氨基苯磺酸重氮鹽偶合并水解，得到檸檬黃。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選例中，步驟(a)中所述相轉(zhuǎn)移催化劑為聚乙二醇400。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選例中，步驟(a)中所述縛酸劑選自磷酸氫二鈉、小蘇打。較佳地，所述縛酸劑為磷酸氫二鈉。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選例中，步驟(a)中所述對(duì)氨基苯磺酸重氮鹽由對(duì)氨基苯磺酸進(jìn)行重氮化反應(yīng)制得，所述相轉(zhuǎn)移催化劑在重氮化反應(yīng)的時(shí)候加入。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選例中，步驟(b)的對(duì)氨基苯磺酸重氮鹽在反應(yīng)前用pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH值為1.0-2.0。較佳地，所述pH調(diào)節(jié)劑為磷酸氫二鈉。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選例中，其特征在于，步驟(b)中還包括分離步驟，所述分離步驟包括粗分離和精制步驟，其中所述粗分離步驟采用重結(jié)晶法，所述精制步驟采用膜分離法。較佳地，所述膜分離法中采用截留分子量為350的管式納濾膜。


圖1為本發(fā)明的檸檬黃的制備方法的工藝流程圖，DMAS即2-乙?；《岫柞?，亞鈉即亞硝酸鈉，對(duì)酸即對(duì)氨基苯磺酸。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明人經(jīng)過廣泛而深入的研究，通過綜合運(yùn)用液相色譜分析、相轉(zhuǎn)移催化、膜分離、精細(xì)反應(yīng)控制等技術(shù)改進(jìn)生產(chǎn)工藝，形成高純度食用檸檬黃的新的生產(chǎn)方法。該生產(chǎn)方法包括DMAS(2-乙?；《岫谆?在相轉(zhuǎn)移催化劑和溫和縛酸劑的作用下與大約等摩爾數(shù)的對(duì)酸重氮鹽縮合，而后與第二份大約等摩爾數(shù)的對(duì)酸重氮鹽在pH6.5-8.0范圍偶合，再在PH9.0-9.5、75-85℃水解，最后經(jīng)重結(jié)晶、膜分離精制步驟而得高純度檸檬黃。發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)，采用本發(fā)明的方法，除了使檸檬黃產(chǎn)品純度和反應(yīng)收率同時(shí)提高，還可以大幅降低未反應(yīng)的中間體與副染料等有機(jī)雜質(zhì)的含量，同時(shí)減少污染物產(chǎn)生與排放。在此基礎(chǔ)上完成了本發(fā)明。
反應(yīng)過程對(duì)氨基苯磺酸(以下稱為對(duì)酸)重氮化反應(yīng)得到對(duì)氨基苯磺酸重氮鹽。
接著，2-乙?；《岫谆ヅc摩爾比為1∶0.90-1.10的對(duì)氨基苯磺酸重氮鹽在以2-乙?；《岫谆サ奈镔|(zhì)的量計(jì)摩爾比為0.05-0.5的相轉(zhuǎn)移催化劑和以2-乙酰基丁二酸二甲基酯的物質(zhì)的量計(jì)摩爾比為1.5-2.5的縛酸劑存在下進(jìn)行縮合，得到縮合物，所述相轉(zhuǎn)移催化劑包括聚乙二醇、司班、吐溫、平平加O或其組合；然后，所述縮合物與以縮合物的物質(zhì)的量計(jì)摩爾比為0.90-1.10的對(duì)氨基苯磺酸重氮鹽偶合并水解，得到檸檬黃。
偶合的反應(yīng)條件為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的常規(guī)反應(yīng)條件，例如在pH6.5-8.0范圍偶合。
水解的反應(yīng)條件為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的常規(guī)反應(yīng)條件，例如在PH9.0-9.5、溫度75-85℃下水解，反應(yīng)的方程式如下1、化學(xué)方程式1)、重氮化 2)、縮合 3)、偶合 4)、水解 2、工藝流程1為本發(fā)明的檸檬黃的制備方法的工藝流程圖，DMAS即2-乙?；《岫柞ィ瑏嗏c即亞硝酸鈉，對(duì)酸即對(duì)氨基苯磺酸。
如圖1所示，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的檸檬黃的制備方法包括重氮化反應(yīng)、縮合反應(yīng)、偶合反應(yīng)、水解反應(yīng)、和后處理步驟，其中各后處理步驟包括結(jié)晶步驟、膜分離步驟和干燥步驟。
相轉(zhuǎn)移催化劑相轉(zhuǎn)移催化劑選自乙醇、司班-吐溫系列、聚乙二醇系列、平平加O(如由上海助劑廠生產(chǎn)的平平加O)等助劑或乳化劑、分散劑，優(yōu)選聚乙二醇類相轉(zhuǎn)移催化劑，更優(yōu)選聚乙二醇400。用量是整個(gè)反應(yīng)體系重量的0.1～2.0％。
DMAS(2-乙?；《岫柞?不溶于水，而對(duì)酸重氮鹽在水中溶解度極小、呈懸浮狀，故兩者的縮合反應(yīng)系非均相反應(yīng)。為提高分子碰撞效果，改善兩相界面張力從而實(shí)現(xiàn)相轉(zhuǎn)移催化的作用，試驗(yàn)了乙醇、司班-吐溫系列、聚乙二醇系列、平平加O等助劑或乳化劑、分散劑對(duì)縮合單元的反應(yīng)效果。綜合評(píng)價(jià)后選用了屬食品添加劑并有良好效果的聚乙二醇400作相轉(zhuǎn)移催化劑，得到的產(chǎn)物更加安全。
相轉(zhuǎn)移催化劑可以在重氮化反應(yīng)或是在縮合反應(yīng)時(shí)加入，優(yōu)選在重氮化反應(yīng)時(shí)加入，例如是在反應(yīng)物投料初期或是投料終了的時(shí)候加入，也可以在投料中期加入。例如在加入對(duì)酸重氮時(shí)加入。將相轉(zhuǎn)移催化劑提前加入至重氮反應(yīng)時(shí)將有助于生成的重氮鹽粒子更細(xì)、同時(shí)避免對(duì)酸被包入其中，使重氮單元反應(yīng)完全。
縛酸劑在縮合反應(yīng)時(shí)需加縛酸劑以推進(jìn)反應(yīng)?？`酸劑可采用本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)使用的縛酸劑，如純堿、小蘇打、磷酸氫二鈉、磷酸鈉或其組合。用量視其堿性強(qiáng)弱而不同。
本發(fā)明的方法優(yōu)選小蘇打或磷酸氫二鈉作為縛酸劑，更優(yōu)選磷酸氫二鈉作為縛酸劑。常見的縛酸劑純堿堿性略強(qiáng)，經(jīng)液相跟蹤，發(fā)現(xiàn)加入速度稍快即會(huì)產(chǎn)生對(duì)酸自身偶合物，使反應(yīng)中雜質(zhì)增多。發(fā)明人選用了小蘇打、磷酸氫二鈉作縛酸劑試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)中雜質(zhì)減少，產(chǎn)物純度提高，得到了良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
考慮到飽和小蘇打溶液的濃度只有8％，因此優(yōu)選磷酸氫二鈉作為縛酸劑，以控制反應(yīng)體系體積。
加入的縛酸劑的量以2-乙?；《岫谆サ奈镔|(zhì)的量計(jì)摩爾比為1.5-2.5，優(yōu)選摩爾比為1.8-2.2。
偶合中pH值的預(yù)先控制在進(jìn)行偶合前，可將重氮鹽pH進(jìn)行調(diào)節(jié)為0.8～3.0，優(yōu)選調(diào)整為pH1.0～2.0的方式，調(diào)節(jié)劑可選用本領(lǐng)域常見的酸性pH調(diào)節(jié)劑，例如純堿、小蘇打、磷酸氫二鈉或其組合，優(yōu)選磷酸氫二鈉。
為保持羥基鄰位偶合時(shí)pH為弱堿性的最佳條件，重氮鹽的PH需要進(jìn)行調(diào)整，使反應(yīng)最后階段加入的重氮鹽即時(shí)反應(yīng)，不生成對(duì)鈉自身偶合物，為此，發(fā)明人在偶合反應(yīng)前將重氮鹽用磷酸氫二鈉預(yù)先調(diào)整為pH1.0～2.0的方式對(duì)偶合pH值進(jìn)行了精細(xì)控制，在不破壞重氮鹽的前提下使偶合時(shí)pH形成較理想的緩沖范圍6.5～8.0，順利完成偶合。結(jié)果相當(dāng)理想，經(jīng)測試表明，最后階段中加入的重氮鹽為即時(shí)反應(yīng)。
分離檸檬黃可采用一般的后處理方法進(jìn)行分離，如重結(jié)晶法等。
分離方法可以一次性進(jìn)行分離，也可以包括粗分離和精制步驟，優(yōu)選先進(jìn)行粗分離，再精制的分離方法。
粗分離法可選用鹽析法和重結(jié)晶法，優(yōu)選重結(jié)晶法。
精制法可選用常溫鹽析法、低溫鹽水洗滌法及膜分離法等或其組合。優(yōu)選膜分離法。
膜分離法包括納濾、超濾、反滲透等，工業(yè)生產(chǎn)中可以使用截留分子量350-400的管式納濾膜。優(yōu)選截留分子量為350的管式納濾膜，例如截留分子量為350的AFC 30管式納濾膜(廈門三達(dá)公司生產(chǎn))。
采用膜分離代替了原有的精制工序——低溫低濃度鹽水打漿壓濾，經(jīng)膜類型、截留分子量的選擇，有效除去了反應(yīng)體系中的大部分小分子有機(jī)物和鹽，從而達(dá)到了精制提純的目的。
以下結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。比例和百分比基于重量，除非特別說明。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1500mL四頸瓶中，加入60℃熱水180mL，加入20g聚乙二醇400(PEG-400)，快速攪拌下加入對(duì)氨基苯磺酸34.6g(0.20mol)，攪拌十分鐘，冷至室溫，加入工業(yè)鹽酸32mL(31％)。繼續(xù)冷至0-5℃，液下滴加30％亞硝酸鈉溶液47g(0.20mol)，維持溫度5-10℃，約20min加畢，剛果紅試紙藍(lán)色、碘化鉀淀粉試紙淺藍(lán)色。加畢后繼續(xù)攪20min，加少量氨磺酸消去過量的亞硝酸。
上述重氮液中，攪拌5min后細(xì)流加入DMAS(2-乙酰基丁二酸二甲酯)37.64g(0.20mol)，控制溫度10-15℃，慢慢滴加15wt％磷酸氫二鈉溶液調(diào)pH至5.0，體系轉(zhuǎn)成透明的酒紅色。待重氮鹽消失后，再攪拌半小時(shí)，制得縮合液。
另行再制備一份重氮鹽。消去過量的亞硝酸后加入15％磷酸氫二鈉溶液調(diào)pH1.0-2.0。
前述縮合液轉(zhuǎn)至1000mL四頸瓶中，加20wt％純堿水溶液調(diào)PH8.0-9.0。攪拌下細(xì)流加入第二份重氮鹽，溫度15-20℃，約20min加完，pH6.5-8.0。加完后再攪拌半小時(shí)制得偶合液。
偶合液中撒入純堿調(diào)pH9.0-9.5，升溫至80-90℃，保溫一小時(shí)。隔套冷卻至55℃，加鹽酸約20mL調(diào)PH6.5-7.5。抽濾，按體積的10％量加入精鹽，攪拌至溶解，繼續(xù)慢慢冷卻至5-10℃。抽濾。濾餅溶于2000mL水中，進(jìn)實(shí)驗(yàn)室膜分離裝置(0.3Mpa、45-50℃)脫鹽至料液電導(dǎo)率恒定不下降及料液體積300mL止，濃縮液于烘箱中80℃烘干得成品108.4g，含量90.1％，液相純度99.48％(238nm)，收率91.4％。
實(shí)施例2以15g聚乙二醇1000(PEG-1000)代替20g聚乙二醇400(PEG-400)，其余同實(shí)施例1。得成品105.6g，含量90.5％，液相純度99.25％(238nm)，收率91.1％。
實(shí)施例3
以飽和小蘇打溶液代替15％磷酸氫二鈉溶液，其余同實(shí)施例1。得成品106.8g，含量90.3％，液相純度99.35％(238nm)，收率90.2％。
實(shí)施例4以20g 5％吐溫60-司班60(20∶1)水溶液代替20g聚乙二醇400(PEG-400)，其余同實(shí)施例1。得成品105.6g，含量89.6％，液相純度99.06％(238nm)，收率88.5％。
實(shí)施例5以20g 5％吐溫80-司班80(20∶1)水溶液代替20g聚乙二醇400(PEG-400)，其余同實(shí)施例1。得成品107.6g，含量90.3％，液相純度99.38％(238nm)，收率90.9％。
技術(shù)效果采用本發(fā)明的方法制備檸檬黃，克服了容易產(chǎn)生對(duì)鈉自身偶合物的缺陷，使各步單元反應(yīng)基本完全，減少了未反應(yīng)的中間體與副染料等有機(jī)雜質(zhì)的含量，使收率明顯提高，達(dá)到91.4％，同時(shí)純度(HPLC，238nm)達(dá)到99.5％。質(zhì)量指標(biāo)全面達(dá)到美國FCC標(biāo)準(zhǔn)。因而本發(fā)明的方法制得的檸檬黃產(chǎn)品作為食品添加劑，其有害雜質(zhì)含量少，因此具有更高的食品安全性。
在本發(fā)明提及的所有文獻(xiàn)都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻(xiàn)被單獨(dú)引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種檸檬黃的制備方法，其特征在于，步驟包括(a)2-乙酰基丁二酸二甲基酯與摩爾比為1∶0.90-1.10的對(duì)氨基苯磺酸重氮鹽在以2-乙?；《岫谆サ奈镔|(zhì)的量計(jì)摩爾比為0.05-0.5的相轉(zhuǎn)移催化劑和以2-乙?；《岫谆サ奈镔|(zhì)的量計(jì)摩爾比為1.5-2.5的縛酸劑存在下進(jìn)行縮合，得到縮合物，所述相轉(zhuǎn)移催化劑包括聚乙二醇、司班、吐溫、平平加0或其組合；(b)所述縮合物與以縮合物的物質(zhì)的量計(jì)摩爾比為0.90-1.10的對(duì)氨基苯磺酸重氮鹽偶合并水解，得到檸檬黃。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(a)中所述相轉(zhuǎn)移催化劑為聚乙二醇400。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(a)中所述縛酸劑選自磷酸氫二鈉、小蘇打。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(a)中所述縛酸劑為磷酸氫二鈉。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(a)中所述對(duì)氨基苯磺酸重氮鹽由對(duì)氨基苯磺酸進(jìn)行重氮化反應(yīng)制得，所述相轉(zhuǎn)移催化劑在重氮化反應(yīng)的時(shí)候加入。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(b)的對(duì)氨基苯磺酸重氮鹽在反應(yīng)前用pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH值為1.0-2.0。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述pH調(diào)節(jié)劑為磷酸氫二鈉。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(b)中還包括分離步驟，所述分離步驟包括粗分離和精制步驟，其中所述粗分離步驟采用重結(jié)晶法，所述精制步驟采用膜分離法。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述膜分離法中采用截留分子量為350的管式納濾膜。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種檸檬黃的制備方法，包括縮合、偶合水解步驟。本發(fā)明提供的檸檬黃的制備方法反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高、產(chǎn)品純度高、有機(jī)雜質(zhì)含量低。
文檔編號(hào)C09B29/00GK1952015SQ20051003064
公開日2007年4月25日 申請日期2005年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月19日
發(fā)明者丁秋龍, 王麗斌 申請人:上海染料研究所有限公司