食品防腐剂尼泊金甲酯报告.docx

食品防腐剂尼泊金甲酯一、实验目的熟悉尼泊金酯类防腐剂的制备方法二、实验原理尼泊金酯的学名是对羧基苯甲酸酯，由于具有毒件低，几乎无味、无刺激性以及在较宽的pH值范围内能保持较好的抗菌效果等优点，使其成为在食品加工中应用较广的食品防腐剂。尼泊金酪类防腐剂均为无色结晶或白色粉末，主要品种及其熔点如下：甲酯126128乙酯116118；丙酯9598；丁酯6972.合成尼泊金酯的反应式如下：本实验以对经基苯甲酸和甲醇为原料用浓硫酸作催化剂，进行经典的酪化反应来制备尼泊金甲酯。尼泊金甲酯由于其毒性低、无刺激性、高效易复配、适用PH 值较宽等优点，被广泛用于食品、化妆品、日用化工品、医药、饲料、各种工业防腐剂等，是目前世界上用途最泛的防腐剂之一，在国际市场上售价为每吨1万美元，开发前景十分广阔。三、原料对羟基苯甲酸、浓硫酸、碳酸氢钠(10溶液)、甲醇、氢氧化钠(50溶液)四实验步骤及现象实验步骤实验现象1.在装有搅拌器、回流冷凝管和滴液漏斗的100mL三口烧瓶中，放入10.1mL(8g0.25mol)甲醇，搅拌下由滴液漏斗缓慢滴入1mL浓硫酸，再加入6.9g (0.05m01)对羟基苯甲酸，温热使固体全溶，再升温至保持轻微回流6h。随温度升高，固体渐溶于溶液中；2.冷却至室温，用50的氢氧化钠溶液调节PH至6，蒸馏回收过量的甲醇。置冷，析出结晶，用10的碳酸氢钠溶液调节pH至78。起初的PH值为2，加氢氧化钠溶液过程中，溶液变得粘稠，用碳酸氢钠调节PH，溶液变成白色粘稠溶液3.抽滤，水洗结晶至洗涤液的pH值为67，晾置，烘干，得白色结晶的尼泊金甲酯粗品约6g，产率约85。抽滤水洗之后，溶液变成白色针状晶体五、影响因素：1、 对羟基苯甲酸与碳酸二甲酯摩尔比的影响 在其它条件一定的情况下，采用不同的对羟基苯甲酸与碳酸二甲酯摩尔比进行实验，结果如表4所示：表4-1 对羟基苯甲酸与碳酸二甲酯摩尔比对酯收率的影响编号 摩尔比 收率/% 1 1：4 42.1 2 1：5 58.9 3 1：6 78.3 4 1：7 72.6 5 1：8 69.8由表4-1可见，在一定范围内，随着碳酸二甲酯用量的增加，酯收率明显提高，这是由于酯化反应为可逆反应，增加某一反应物的浓度有利于反应向正向进行，从二者造价来看，以碳酸二甲酯过量为宜。2、 反应温度的影响固定其它条件，反应温度高低对收率的影响实验结果见下表：表4-2反应回流温度对酯收率的影响编号 温度/ 收率/%1 70-75 69.82 75-80 75.33 80-85 78.34 85-90 74.6由表4-2可知，温度过低，不利于反应进行,产率较低,过高可能会加剧副反应生成，可能发生的副反应如下：为了减少副反应发生，并且能有较高的产率，采取反应温度为80-85 ，此时收率相对较高。3、 反应时间的影响不同的反应时间，产品收率不同。其它条件一定，考察反应时间对酯收率的影响，实验数据见表4-3：表4-3 反应时间对酯收率的影响编号 反应时间/h 收率/%1 1 46.62 2 68.73 3 79.54 4 77.6从表6数据可知，随着反应时间的增加酯收率增加。这可能是延长时间有利于碳酸二甲酯吸附在催化剂浓硫酸的表面，更好的将碳酸二甲酯活化，从而有利于对羟基苯甲酸进攻碳酸二甲酯的羰基。4 、 催化剂用量的影响考察不同的催化剂用量对产品收率的影响，实验结果见表4-4。表4-4 催化剂用量对酯收率的影响编号 催化剂用量（酸%） 收率/% 1 0.01 42.7 2 0.02 58.9 3 0.03 69.8 4 0.04 78.6 5 0.05 73.2从表4-4可以看出，随着催化剂用量的增加，酯收率呈增加趋势，但达到一定量时变化不明显，故由实验得出，催化剂合适用量约相当于对羟基苯甲酸物质的量的0.04。六、思考与讨论：1、尼泊金酯的杀菌机理 ：尼泊金酯类防腐剂对霉菌、酵母菌和细菌有广泛的抗菌作用，该防腐剂的作用在于未电离分子发生抗菌活性，破坏微生物的细胞膜,使细胞内的蛋白质变性,抑制微生物的呼吸酶系统与电子传递酶系统的活性，以及破坏微生物的细胞膜结构。由于它们是酯类，羧基被酯化，其分子可以在更广的范围内不电离，一般在pH值为38的范围内效果较好。2、尼泊金酯作为防腐剂的优势：尼泊金酯是国际上公认的三大广普性高效食品防腐剂之一，同苯甲酸钠和山梨酸钾相比，它主要有以下几个显著的优势：第一、抑菌效果好。尼泊金酯特别是其中的长链酯对霉菌、酵母菌和革兰氏阴性菌的抑制效果(以最小抑菌浓度计)通常只有苯甲酸钠和山梨酸钾的1/10 。第二、适用的pH范围广12。苯甲酸钠和山梨酸钾均为酸性防腐剂，它们在pH值大于5.5时抑菌效果很差，而尼泊金酯在pH值小8范围内均有很好的抑菌效果。第三、尼泊金酯毒副作用小。苯甲酸钠的ADI值和LD知值均为尼泊金酯的50%左右。研究证明，苯甲酸钠被人体摄入后容易在体内产生积累，因而该产品在国际上正趋于淘汰，在国内已被限制使用。山梨酸钾的ADI值和LD印值虽然比尼泊金酯高一倍，但由于它的实际添加量为尼泊金酯的10倍，因而其相对安全性仍然比尼泊金酯差。第四、使用成本低。在大多数食品中，尼泊金酯的使用成本和苯甲酸钠相当，是山梨酸钾的1/3。这对于用户企业来说，无疑具有很大的吸引力。第五、使用方便。尼泊金酯生产成钠盐后，极易溶于水，便于生产中应用，克服了尼泊金酯不溶于水的缺陷。3、浓硫酸做催化剂的优缺点：优点：在于硫酸可溶于反应体系，使酯化反应在均相中进行，反应条件缓和。缺点：反应时间长，醇、浓硫酸用量大；当浓硫酸用量过多时引起一系列的问题：硫酸的强氧化性使产品色泽变深；会引起醚化、氧化、磺化等副反应；硫酸的强腐蚀性会严重腐蚀仪器设备；催化剂硫酸不能回收重复使用，排出的废酸、废水造成环境污染。七、尼泊金对五种菌力效果测试尼泊金甲酯是通过破坏微生物的细胞膜,使细胞内的蛋白质变性,来抑制菌落的生长。由表37 分别可以看出，当防腐剂的浓度为0.02%时，大肠杆菌减少率6h 已达100%；当防腐剂浓度为0.06%时，金黄色葡萄球菌减少率48h