食品防腐剂尼泊金甲酯报告

食品防腐剂尼泊金甲酯食品防腐剂尼泊金甲酯 一 实验目的一 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 126 128 乙酯 116 118 丙酯 95 98 丁酯 69 72 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 实验步骤及现象四 实验步骤及现象 实验步骤实验步骤实验现象实验现象 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 8g 0 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 7 8 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 6 7 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 五 影响因素 1 1 对羟基苯甲酸与碳酸二甲酯摩尔比的影响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 2 反应温度的影响反应温度的影响 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 8 2 75 80 75 3 3 80 85 78 3 4 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 2CH3OH 浓 浓 浓 CH3OCH3 H2O OH COOH CH3OH 浓 浓 浓 OCH3 COOH H2O 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 反反应时间应时间的影响的影响 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 6 2 2 68 7 3 3 79 5 4 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 4 催化剂用量的影响催化剂用量的影响 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 六 思考与讨论 1 1 尼泊金酯的杀菌机理 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 3 8 的范围内效果较好 2 2 尼泊金酯作为防腐剂的优势 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 3 浓硫酸做催化剂的优缺点 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3 7 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 0