專利名稱：檸檬黃的制備方法
技術領域：
本發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：
食品添加劑食用色素，可分為合成色素和天然色素兩大類。相對天然色素而言，合成色素具有色澤鮮艷、色調多、性能穩定、著色力強、堅牢度大、調色易、使用方便、成本低廉、應用廣泛等優點。再加上各國經幾百年的實踐，從最多時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用于食品、藥品、化妝品、紙張、日用品、玩具、包裝新材料等領域，可以說，現在被各國允許使用的合成色素其安全性相當可靠，在食品著色上，合成色素遠比天然色素使用得多。隨著國民經濟快速發展，食用合成色素的市場也隨之快速增長，從上世紀九十年代初的300噸到現在的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用于食品著色最廣泛的一個合成色素，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。
食用檸檬黃，又稱FD&C Yellow No.5，E102，C.I.19140，CAS號為1934-21-0，化學分子式C16H9N4Na3O9S2，亮橙黃色粉末或顆粒，偶氮型雜環結構(見式1)， 式1檸檬黃合成途徑為兩種
一)苯肼對磺酸與雙羥基酒石酸縮合；二)對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，后自主開發了DMAS工藝，一直沿用至今。DMAS(2-乙酰基丁二酸二甲酯)工藝(屬于吡唑啉酮工藝)——系對氨基苯磺酸重氮鹽與DMAS(2-乙酰基丁二酸二甲酯)縮合生成吡唑啉酮甲酯，再與對氨基苯磺酸重氮鹽偶合、水解而得。
綜上所述，本領域缺乏一種反應轉化率高、產品純度高、有機雜質含量低的檸檬黃制備方法。因此，本領域迫切需要開發一種反應轉化率高、產品純度高、有機雜質含量低的檸檬黃制備方法。
發明內容
本發明的目的在于提供反應轉化率高、產品純度高、有機雜質含量低的檸檬黃制備方法。
在本發明的第一方面，提供了一種檸檬黃的制備方法，步驟包括(a)2-乙酰基丁二酸二甲基酯與摩爾比為1∶0.90-1.10的對氨基苯磺酸重氮鹽在以2-乙酰基丁二酸二甲基酯的物質的量計摩爾比為0.05-0.5的相轉移催化劑和以2-乙酰基丁二酸二甲基酯的物質的量計摩爾比為1.5-2.5的縛酸劑存在下進行縮合，得到縮合物，所述相轉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的量計摩爾比為0.90-1.10的對氨基苯磺酸重氮鹽偶合并水解，得到檸檬黃。
本發明的一個優選例中，步驟(a)中所述相轉移催化劑為聚乙二醇400。
本發明的一個優選例中，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。
本發明的一個優選例中，步驟(a)中所述對氨基苯磺酸重氮鹽由對氨基苯磺酸進行重氮化反應制得，所述相轉移催化劑在重氮化反應的時候加入。
本發明的一個優選例中，步驟(b)的對氨基苯磺酸重氮鹽在反應前用pH調節劑調節pH值為1.0-2.0。較佳地，所述pH調節劑為磷酸氫二鈉。
本發明的一個優選例中，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為本發明的檸檬黃的制備方法的工藝流程圖，DMAS即2-乙酰基丁二酸二甲酯，亞鈉即亞硝酸鈉，對酸即對氨基苯磺酸。
具體實施例方式
本發明人經過廣泛而深入的研究，通過綜合運用液相色譜分析、相轉移催化、膜分離、精細反應控制等技術改進生產工藝，形成高純度食用檸檬黃的新的生產方法。該生產方法包括DMAS(2-乙酰基丁二酸二甲基酯)在相轉移催化劑和溫和縛酸劑的作用下與大約等摩爾數的對酸重氮鹽縮合，而后與第二份大約等摩爾數的對酸重氮鹽在pH6.5-8.0范圍偶合，再在PH9.0-9.5、75-85℃水解，最后經重結晶、膜分離精制步驟而得高純度檸檬黃。發明人意外地發現，采用本發明的方法，除了使檸檬黃產品純度和反應收率同時提高，還可以大幅降低未反應的中間體與副染料等有機雜質的含量，同時減少污染物產生與排放。在此基礎上完成了本發明。
反應過程對氨基苯磺酸(以下稱為對酸)重氮化反應得到對氨基苯磺酸重氮鹽。
接著，2-乙酰基丁二酸二甲基酯與摩爾比為1∶0.90-1.10的對氨基苯磺酸重氮鹽在以2-乙酰基丁二酸二甲基酯的物質的量計摩爾比為0.05-0.5的相轉移催化劑和以2-乙酰基丁二酸二甲基酯的物質的量計摩爾比為1.5-2.5的縛酸劑存在下進行縮合，得到縮合物，所述相轉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的量計摩爾比為0.90-1.10的對氨基苯磺酸重氮鹽偶合并水解，得到檸檬黃。
偶合的反應條件為本領域技術人員熟知的常規反應條件，例如在pH6.5-8.0范圍偶合。
水解的反應條件為本領域技術人員熟知的常規反應條件，例如在PH9.0-9.5、溫度75-85℃下水解，反應的方程式如下1、化學方程式1)、重氮化 2)、縮合 3)、偶合 4)、水解 2、工藝流程1為本發明的檸檬黃的制備方法的工藝流程圖，DMAS即2-乙酰基丁二酸二甲酯，亞鈉即亞硝酸鈉，對酸即對氨基苯磺酸。
如圖1所示，實現本發明的檸檬黃的制備方法包括重氮化反應、縮合反應、偶合反應、水解反應、和后處理步驟，其中各后處理步驟包括結晶步驟、膜分離步驟和干燥步驟。
相轉移催化劑相轉移催化劑選自乙醇、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的平平加O)等助劑或乳化劑、分散劑，優選聚乙二醇類相轉移催化劑，更優選聚乙二醇400。用量是整個反應體系重量的0.1～2.0％。
DMAS(2-乙酰基丁二酸二甲酯)不溶于水，而對酸重氮鹽在水中溶解度極小、呈懸浮狀，故兩者的縮合反應系非均相反應。為提高分子碰撞效果，改善兩相界面張力從而實現相轉移催化的作用，試驗了乙醇、司班-吐溫系列、聚乙二醇系列、平平加O等助劑或乳化劑、分散劑對縮合單元的反應效果。綜合評價后選用了屬食品添加劑并有良好效果的聚乙二醇400作相轉移催化劑，得到的產物更加安全。
相轉移催化劑可以在重氮化反應或是在縮合反應時加入，優選在重氮化反應時加入，例如是在反應物投料初期或是投料終了的時候加入，也可以在投料中期加入。例如在加入對酸重氮時加入。將相轉移催化劑提前加入至重氮反應時將有助于生成的重氮鹽粒子更細、同時避免對酸被包入其中，使重氮單元反應完全。
縛酸劑在縮合反應時需加縛酸劑以推進反應。縛酸劑可采用本領域常規技術使用的縛酸劑，如純堿、小蘇打、磷酸氫二鈉、磷酸鈉或其組合。用量視其堿性強弱而不同。
本發明的方法優選小蘇打或磷酸氫二鈉作為縛酸劑，更優選磷酸氫二鈉作為縛酸劑。常見的縛酸劑純堿堿性略強，經液相跟蹤，發現加入速度稍快即會產生對酸自身偶合物，使反應中雜質增多。發明人選用了小蘇打、磷酸氫二鈉作縛酸劑試驗，發現反應中雜質減少，產物純度提高，得到了良好的實驗結果。
考慮到飽和小蘇打溶液的濃度只有8％，因此優選磷酸氫二鈉作為縛酸劑，以控制反應體系體積。
加入的縛酸劑的量以2-乙酰基丁二酸二甲基酯的物質的量計摩爾比為1.5-2.5，優選摩爾比為1.8-2.2。
偶合中pH值的預先控制在進行偶合前，可將重氮鹽pH進行調節為0.8～3.0，優選調整為pH1.0～2.0的方式，調節劑可選用本領域常見的酸性pH調節劑，例如純堿、小蘇打、磷酸氫二鈉或其組合，優選磷酸氫二鈉。
為保持羥基鄰位偶合時pH為弱堿性的最佳條件，重氮鹽的PH需要進行調整，使反應最后階段加入的重氮鹽即時反應，不生成對鈉自身偶合物，為此，發明人在偶合反應前將重氮鹽用磷酸氫二鈉預先調整為pH1.0～2.0的方式對偶合pH值進行了精細控制，在不破壞重氮鹽的前提下使偶合時pH形成較理想的緩沖范圍6.5～8.0，順利完成偶合。結果相當理想，經測試表明，最后階段中加入的重氮鹽為即時反應。
分離檸檬黃可采用一般的后處理方法進行分離，如重結晶法等。
分離方法可以一次性進行分離，也可以包括粗分離和精制步驟，優選先進行粗分離，再精制的分離方法。
粗分離法可選用鹽析法和重結晶法，優選重結晶法。
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。優選膜分離法。
膜分離法包括納濾、超濾、反滲透等，工業生產中可以使用截留分子量350-400的管式納濾膜。優選截留分子量為350的管式納濾膜，例如截留分子量為350的AFC 30管式納濾膜(廈門三達公司生產)。
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，經膜類型、截留分子量的選擇，有效除去了反應體系中的大部分小分子有機物和鹽，從而達到了精制提純的目的。
以下結合具體實施例，進一步闡明本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件，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。
具體實施方式
實施例1500mL四頸瓶中，加入60℃熱水180mL，加入20g聚乙二醇400(PEG-400)，快速攪拌下加入對氨基苯磺酸34.6g(0.20mol)，攪拌十分鐘，冷至室溫，加入工業鹽酸32mL(31％)。繼續冷至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，剛果紅試紙藍色、碘化鉀淀粉試紙淺藍色。加畢后繼續攪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pH至5.0，體系轉成透明的酒紅色。待重氮鹽消失后，再攪拌半小時，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pH1.0-2.0。
前述縮合液轉至1000mL四頸瓶中，加20wt％純堿水溶液調PH8.0-9.0。攪拌下細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制得偶合液。
偶合液中撒入純堿調pH9.0-9.5，升溫至80-90℃，保溫一小時。隔套冷卻至55℃，加鹽酸約20mL調PH6.5-7.5。抽濾，按體積的10％量加入精鹽，攪拌至溶解，繼續慢慢冷卻至5-10℃。抽濾。濾餅溶于2000mL水中，進實驗室膜分離裝置(0.3Mpa、45-50℃)脫鹽至料液電導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)，其余同實施例1。得成品105.6g，含量90.5％，液相純度99.25％(238nm)，收率91.1％。
實施例3
以飽和小蘇打溶液代替15％磷酸氫二鈉溶液，其余同實施例1。得成品106.8g，含量90.3％，液相純度99.35％(238nm)，收率90.2％。
實施例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)，其余同實施例1。得成品105.6g，含量89.6％，液相純度99.06％(238nm)，收率88.5％。
實施例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％。
技術效果采用本發明的方法制備檸檬黃，克服了容易產生對鈉自身偶合物的缺陷，使各步單元反應基本完全，減少了未反應的中間體與副染料等有機雜質的含量，使收率明顯提高，達到91.4％，同時純度(HPLC，238nm)達到99.5％。質量指標全面達到美國FCC標準。因而本發明的方法制得的檸檬黃產品作為食品添加劑，其有害雜質含量少，因此具有更高的食品安全性。
在本發明提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻被單獨引用作為參考那樣。此外應理解，在閱讀了本發明的上述講授內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
權利要求
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的對氨基苯磺酸重氮鹽在以2-乙酰基丁二酸二甲基酯的物質的量計摩爾比為0.05-0.5的相轉移催化劑和以2-乙酰基丁二酸二甲基酯的物質的量計摩爾比為1.5-2.5的縛酸劑存在下進行縮合，得到縮合物，所述相轉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的量計摩爾比為0.90-1.10的對氨基苯磺酸重氮鹽偶合并水解，得到檸檬黃。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(a)中所述相轉移催化劑為聚乙二醇400。
3.如權利要求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.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(a)中所述對氨基苯磺酸重氮鹽由對氨基苯磺酸進行重氮化反應制得，所述相轉移催化劑在重氮化反應的時候加入。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(b)的對氨基苯磺酸重氮鹽在反應前用pH調節劑調節pH值為1.0-2.0。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述pH調節劑為磷酸氫二鈉。
8.如權利要求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晶法，所述精制步驟采用膜分離法。
9.如權利要求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。本發明提供的檸檬黃的制備方法反應轉化率高、產品純度高、有機雜質含量低。
文檔編號C09B29/00GK1952015SQ20051003064
公開日2007年4月25日 申請日期2005年10月19日 優先權日2005年10月19日
發明者丁秋龍, 王麗斌 申請人:上海染料研究所有限公司