专利名称：食用级蜡及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于食品的蜡组合物。本发明还涉及制备该组合物的方法。
背景技术：
许多食品在制备过程中添加蜡。例如，蜡是口香糖胶基的一种组分。蜡也能用作诸如干酪和水果等食品的保护涂层。用于此目的的蜡通常为矿蜡，如由褐煤提取的褐煤蜡、泥煤蜡、地蜡和石油蜡。这些矿蜡中，仅有石油蜡用于食品中尤其是微晶蜡、高熔点蜡和高硫微晶蜡。美国食品和药物管理局(FDA)已建立了使用石油蜡的规定(参见21 CFR 172.886和178.3710)，日本管理部门也在考虑石油蜡为天然产物，并允许它们用于诸如口香糖之类的产品中。虽然褐煤蜡并未直接用于食品中，但其用在如塑料容器和包装材料的塑料加工中，而这些塑料容器和包装材料将会或可能会与食品接触。
人们并不期望在食品中使用矿蜡。矿蜡从煤及粗石油中提取。这些原料包含对人类有毒的有机化学品。蜡在食品中的应用取决于精制或纯化的程度，其使用须按照管理部门提出的规定进行控制，所述管理部门如英国的农业、鱼业和食品部(食品中的矿物烃规则(The Mineral Hydrocarbons in Food Regulation)，SI 1966，No.1073，这一规则仅适用于英格兰和威尔士，虽然类似的规定适用于苏格兰和北爱尔兰)。精制后的产品可以被食品管理部门接受。但是，最近的研究说明了石油基蜡的毒理学作用(“关于食品中使用矿物烃的建议”，食品询委员会(Food Advisory Committee)8/93，UK)和采用矿物烃蜡的包装造成的烃对食品影响[调查委员会关于来自食品接触材料的化学品污染的进展报告(Progress Report of theWorking Party on Chemical Contaminants from Food ContactMateirals1988-1992；食品监管论文(Food Survellance Paper)No.38，渔业和食品部(Ministry of Agriculture of Fisheriseand Food))。英国农业、渔业和食品部日前正在进行综合研究关于采用石油基蜡作为食品添加剂和加工助剂的毒理学影响，以便调整目前食品中使用这些蜡的规定[食品和渔业部新闻发布(Ministryof Agriculture of Fisherise and Food News Release)278/93，1993.8.19]。
蜡的植物来源是公知的。实际上，棕榈Copernicia cerifera为褐煤蜡、巴西棕榈蜡的来源。蜡也可从甘蔗和稻中提取。将植物源置于所采用的提取条件下时，植物源的蜡应提供用于食品中的矿蜡的代用品。
制糖过程中会产生大量的副产物，其中一种是碾磨泥浆(millmud)。这种碾磨泥浆包含粗蜡和脂肪、纤维、糖、粗蛋白和灰分(二氧化硅、氧化钙、五氧化二磷和氧化镁)。粗甘蔗蜡可从碾磨泥浆中提取。但是，由于粗蜡有臭味及由于存在污染物而导致的由暗绿色至棕色的颜色，其不适宜用于食品。US2,464,189提供了一种精制甘蔗蜡的方法。但是，用该方法产生的蜡仍因下述原因而不适宜用于食品中(1)精制过程不完全。该方法仅为一种分馏步骤，其从甘蔗蜡中除去了树脂状馏分(沥青(pitch))。仍需对蜡脱色和稳定化。该专利建议进一步进行加工，例如用酸进行漂白、脱色、乳化(参见其实施例3，第40行)。
(2)在该方法中采用的试剂(丙酮)是非食用级。
(3)漂白过程采用的试剂如铬酸和硫酸也不是食用级试剂。
在诸如澳大利亚的国家中，糖生产过程的副产物非常丰富，人们希望找到一种由这种副产物(即碾磨泥浆)生产可用于食品的蜡的方法。
发明概述本发明的目的是提供一种甘蔗蜡组合物和该组合物的制备方法，所述蜡适合用在食品中。
一方面，本发明提供了一种蜡组合物，以重量计，该组合物包含蜡酯，6.2-11％；醛，2.8-9.5％；三酸甘油酯，0-3.0％；醇，1.8-44.5％；以及游离脂肪酸、甾醇和极性脂质，36.8-87.2％。
另一方面，本发明提供了一种由粗甘蔗蜡制备蜡组合物的方法，该方法包括下述步骤(i)将粗蜡与作为溶剂的低级醇的溶液在该溶剂的沸点下进行加热；(ii)将(i)中形成的溶液进行相分离，并趁热滗析出上部相；(iii)将来自(iii)的分离的相冷却，从溶剂中分离出结晶的蜡；(iv)采用来自步骤(iii)的蜡重复步骤(i)-(iii)，直至所有沥青从蜡中除去；(v)将蜡加热至90-140℃，并用氧化性物质氧化熔化的蜡；和(vi)继续在惰性气体中加热完成氧化步骤，直至除去中间体过氧化物产物。
另一方面，本发明提供了由本发明的第二方面的方法生产的蜡组合物产品和包含上述第一方面的蜡组合物或由第二方面的方法生产的蜡组合物的食品。
优选实施方案说明本发明的发明人发现，适用于食品的蜡组合物可从甘蔗中获得。这种组合物基本上无异味、无色，所具有的理想性能使其可用作食品基料或用于包衣食品。
根据本发明第一方面的蜡组合物的典型组分如下表1所示。表中的数字通常为官能团中的碳原子数。但是，可以理解，基团可具有在所述范围之外的碳原子数。基团大多数为直链饱和与不饱和烃。
表I蜡组合物基团的组分官能团 典型组分蜡酯 C16(脂肪酸)-C24(醇)-C16(脂肪酸)-C36(醇)C28-C36三酸甘油酯T48-T54(酰基中的总碳数)或C16-C18(在每一酰基中的碳数)醇C24-C36游离脂肪酸C24-C36烷烃 C25-C35蜡中的极性脂质基本上为两亲分子，具有疏水脂肪酸部分和亲水部分。常规的三种脂质为磷酸甘油酯，其中，脂肪酸被含有磷酸基团的醇(甘油)酯化；糖基甘油二酸酯，其中，脂肪酸被包含糖的醇(甘油)酯化；鞘脂，其中，脂肪酸被包含氨基的醇(甘油)酯化。
在如上第二方面中所述，精制粗甘蔗蜡的方法包括使粗蜡与有机溶剂一起加热，以使沥青和颜色较浅(paler)的蜡馏分分离。这些形成了两个不同的相，可以通过滗析而将它们分离开。将颜色较浅的蜡馏分冷却以使蜡结晶，并从依然溶解于有机溶剂中的油分离开。将蜡滤出，直至干燥。将蜡在热浴中熔化，并通过多孔管分布器(sparger)通入细小的空气泡而进行氧化。该过程一直持续至氧化过程完成，即观察到温度不再进一步增加(由于反应的放热性质引起的温度升高)和颜色变化。
在所述方法步骤(i)中采用的溶剂通常为乙醇或异丙醇，它们的沸点分别为78.5℃和82.4℃。粗蜡通常与溶剂以1∶9的重量比混合，虽然也可以采用1∶8至1∶20的重量比。加热时间为5-60分钟。不过加热时间通常约30分钟即足够。
如前所述，步骤(ii)中形成的上部相包含所需的蜡。下部相为树脂状馏分，被称之为“沥青”，其包含低质量的蜡。
在步骤(iii)中，所述分离过程优选采用过滤或离心操作，以从含油的溶剂中分离出蜡。但是，也可采用本领域技术人员公知的其它方法。
步骤(i)-(iii)一般被重复2至5次。重复所述步骤的次数主要取决于在粗蜡中存在的沥青的含量，沥青沉降的速度和蜡结晶速度。已表明，沉降速度不够快的沥青会夹杂在蜡结晶中。
在所述方法的步骤(v)中，加热过程优选在无氧气体条件下进行。这使得能够更好地控制蜡的氧化，所述氧化过程直到组合物达到所需温度才开始进行。所述无氧气体通常为惰性气体，如氮气。
所述步骤(v)的氧化性物质选自铬酸、高锰酸钾、过渡金属，如贵金属(如铂和钯)的盐、五价的钒、钴(III)、铈(IV)、铊(III)、汞(II)、二价铜溶液，专一性酶和氧气(参见R.Stewart，“有机化学应用，氧化机理(Oxidation Mechanisms)，Application toOrganic Chemistry”，W.A.Benjamin Inc.，1964)。优选的氧化性物质为空气、氧气以及氧气、氮气与臭氧的混合物。
至于所述方法的最后步骤(vi)，本领域的技术人员可以确定何时完全除去了中间体过氧化物产物。完成所述过程通常需花费30分钟至2小时的时间。但是，所用时间的长短将取决于达到的氧化程度。该步骤中采用的惰性气体通常为氮气。
在所述方法的步骤(v)中，可采用催化剂来加速氧化过程。适宜的催化剂包括钴或锰的硼酸盐或树脂酸盐(A.J.C.Andersen，食用油脂的精制(Refining of Oils and Fats for Edible Purpose)，第二修订版P.N.Williams，著，Pergamon Press，1962)；亚铁盐和芬顿试剂，所述芬顿试剂包括亚铁盐和过氧化氢(Roger A Sheldon和Jay K.Kochi，有机化合物的金属催化氧化(Metal CatalyzedOxidations of Organic Compounds)，Academic Press，1981)。
如果需要的话，由本发明第二方面的方法的步骤(vi)获得的蜡组合物可进行进一步脱色，可采用吸附剂或通过沥青诱导法(inducement)来进行。以下，简单描述一下这些方法。吸附剂的使用适宜的吸附剂包括活性炭、树脂、活性氧化铝和二氧化硅。商购的炭是令人满意的，并且蜡与炭的比例为1∶3，即可生产出白蜡。也可以生产对特定颜色具有选择性的炭。
以下是采用活性炭对蜡组合物进行脱色反应的常规步骤(a)将来自步骤(v)的蜡与作为溶剂的低级醇在该溶剂的沸点下加热30-60分钟，蜡与活性炭的比例为1∶0.5-1∶3；(b)对熔化的浆液进行热过滤；(c)将分离的蜡和溶剂冷却，直至蜡结晶，并通过过滤将其分离出来。
沥青诱导法在沥青诱导法中，无需使用吸附剂即可除去颜色。该方法包括加热处理和分馏，最后得到由金黄色至乳白色的不同颜色的蜡。
采用沥青诱导法减少蜡组合物颜色的常规步骤如下(a)将来自步骤(v)的蜡与作为溶剂的低级醇在该溶剂的沸点下加热30-60分钟；(b)将来自步骤(a)的溶液相进行相分离，并趁热滗析出上部相；(c)使来自步骤(b)的分离的上部相冷却，并从所述溶剂中分离出结晶的蜡；(d)在不存在溶剂的条件下，将来自(c)的蜡在80-110℃下加热15分钟至3小时；(e)重复步骤(a)-(d)，直至达到所需颜色等级。
粗甘蔗蜡可按照本领域技术人员公知的方法制备。例如，一种适宜的方法描述在US2,508,002中，该文献引入本文作为参考。对这种适宜方法的简单描述如下。
粗蜡提取将糖过滤的滤饼进行蒸气加热，并加入到连续式反应器中，在该反应器中与溶剂(石脑油)混合，并保持在所需温度和压力下。蜡被提取进入溶剂中，随后，使其与滤饼分离。分离出的含有蜡的溶剂再通过闪蒸槽和蒸发器以将粗蜡从溶剂中分离出来。形成的滤饼再用蒸气汽提回收残余的溶剂。粗甘蔗蜡的一般组成如下表II所示。
表II粗甘蔗蜡的组成组分 组成(％w/w)蜡酯 5.9-8.5烷基酮 3.2-1.6三酸甘油酯 0-1.6醇 7.9-8.3游离脂肪酸/甾醇5.9-7.8极性脂质73.2-76.1本发明的蜡组合物及制备该组合物的方法的优点如下1)所述方法可生产潜在的食用级植物蜡产品，这种产品可在大量食品或非食品应用领域中作为矿蜡的替代品，包括(但不限于)口香糖胶基、干酪包衣和水果包衣。
2)所述方法简单、成本低廉，能够经济地用于(1)中所述的应用领域。
3)所得蜡产品无色或颜色很浅(浅黄色)，没有或几乎没有异味。
4)所得蜡产品的硬度可与巴西棕榈蜡相比。
5)所得蜡产品具有良好的温度稳定性，可与其它植物蜡如巴西棕榈蜡或米蜡(rice wax)相比。
以上详细描述了本发明，下面给出本发明蜡组合物制备过程的实例。
实施例1
按照下述方法制备多份蜡组合物将100克的粗甘蔗蜡与900克的乙醇在圆底烧瓶中混合。将所得混合物在加热套中加热至78.5℃，并保持回流30分钟。从加热夹套中取出该溶液，使沥青相与浅色的蜡分离。将浅色的蜡滗析至另一个圆底烧瓶中，同时在65-75℃下，蜡混合物仍保持溶液状或仅部分结晶。再将混合物在78.5℃下加热10分钟。将浅色蜡进行滗析，使其与沥青分离。加热和分离过程重复约4次，或者直至从浅色蜡中观察不到沥青分离出去为止。将所得沥青再与约100克的乙醇一起加热，回收另外的蜡。将其与前面收集的浅色蜡合并。然后，使浅色蜡缓慢地冷却至室温，然后在冰浴中冷却。将冷却后的蜡过滤，在氮气存在及90-140℃条件下，在热浴中将蜡再次熔化。通过多孔管分布器向熔化的蜡中通入空气或臭氧，直至蜡的温度稳定在一个稳定值，或者直至不再观察到蜡的颜色变化为止。整个过程需要进行几个小时，这取决于温度和空气组成。
由上述方法产生的蜡组合物具有下述性质颜色为浅黄色，具有甜的气味，没有或几乎没有味道。蜡的组成如下表所示。
表III实施例1的蜡组合物的组分组分 组成(％w/w)乙醇分馏后空气氧化 乙醇分馏后臭氧氧化蜡酯 6.2-116.2-7.7醛 8.1-9.5 2.5-9.5三酸甘油酯 0.5-3.0 0.5-3醇 11.5-44.5 1.8-44.5游离脂肪酸+甾醇+极性脂质 36.8-70 36.8-87.2在氧化步骤后获得的组合物的组成取决于氧化程度。如果达到完全氧化，则留下的基本组分将是游离脂肪酸。但是，氧化过程仅需达到充分除去颜色的程度。
实施例2再次制备多份蜡组合物。将100克的粗甘蔗蜡与900克的异丙醇在圆底烧瓶中混合。将混合物在加热夹套中加热至82.4℃。将所得混合物缓慢地冷却至室温，然后在冰浴中冷却。将冷却后的蜡过滤并转移至另一个圆底烧瓶中，向所得蜡中加入450克乙醇并将混合物在78.5℃下加热30分钟。这种蜡的分馏和氧化过程均按照实施例1所述进行。
由上述方法产生的蜡组合物具有下述性质颜色为浅黄色，具有甜的气味，没有或几乎没有味道。蜡的组成如下表所示。
表IV实施例2的蜡组合物的组分组分 组成(％w/w)蜡酯 10.5-11醛 7.4-8.1三酸甘油酯 0-0.6醇 11.5-18.8游离脂肪酸+甾醇+极性脂质 63.4-70采用如实施例1和2所述方法产生的馏分的收率如表V所示。
表V馏分收率馏分收率(％)实施例1实施例2油24-30 53-55沥青 26-35 20-25蜡组合物34-48 20-25
可以理解，在不背离本发明的范围的前提下，如上所例举的方法和组合物可进行多种变化。
权利要求
1.一种蜡组合物，以重量计，该组合物包含蜡酯，6.2-11％；醛，2.8-9.5％；三酸甘油酯，0-3％；醇，1.8-44.5％；以及游离脂肪酸、甾醇和极性脂质，36.8-87.2％。
2.一种由粗甘蔗蜡制备蜡组合物的方法，该方法包括下述步骤(i)将粗蜡与作为溶剂的低级醇的溶液在该溶剂的沸点下进行加热；(ii)将(i)中形成的溶液进行相分离，并趁热滗析出上部相；(iii)将来自(ii)的上部相冷却，从溶剂中分离出结晶的蜡；(iv)采用来自步骤(iii)的蜡重复步骤(i)-(iii)，直至所有沥青从该蜡中除去；(v)将所述蜡加热至90-140℃，并用氧化性物质氧化熔化的蜡；和(vi)继续在惰性气气体中加热完成氧化步骤，直至除去中间体过氧化物产物。
3.根据权利要求2的方法，其中所述的低级醇为乙醇或异丙醇。
4.根据权利要求2的方法，其中所述的粗蜡与溶剂以1∶8至1∶20的重量比混合。
5.根据权利要求4的方法，其中所述比例为1∶9。
6.根据权利要求2的方法，其中在步骤(i)中，所述溶液被加热5-60分钟。
7.根据权利要求6的方法，其中所述的溶液被加热大约30分钟。
8.根据权利要求2的方法，其中在步骤(iii)中，所述分离过程采用过滤或离心来进行。
9.根据权利要求2的方法，其中，步骤(i)-(iii)被重复2-5次。
10.根据权利要求2的方法，其中在步骤(v)中，所述加热过程在无氧气体中进行。
11.根据权利要求10的方法，其中所述气体为氮气。
12.根据权利要求2的方法，其中所述步骤(v)的氧化性物质选自空气，氧气以及氧气、氮气与臭氧的混合物。
13.根据权利要求2的方法，其中在步骤(v)中，所述的氧化过程在催化剂存在下进行。
14.根据权利要求10的方法，其中，所述的催化剂选自钴或锰的硼酸盐或树脂酸盐；亚铁盐和芬顿试剂。
15.根据权利要求2的方法，进一步包含下述步骤(vii)在活性炭存在下，将来自步骤(vi)的蜡与作为溶剂的低级醇在该溶剂的沸点下加热，蜡与碳的比例为1∶0.5-1∶3；(viii)将熔化的浆液热过滤；(ix)使分离的蜡/溶剂混合物冷却，从中分离出结晶的蜡。
16.根据权利要求2的方法，进一步包含下述步骤(vii)将来自步骤(vi)的蜡与作为溶剂的低级醇在所述溶剂的沸点下加热30-60分钟；(viii)将来自步骤(vi)的溶液进行相分离，并趁热滗析出上部相；(ix)使来自步骤(viii)的分离的上部相冷却，并从所述溶剂中分离出结晶的蜡；(x)在不存在溶剂的条件下，将来自(ix)的蜡加热15分钟至3小时；和(xi)重复步骤(vii)-(x)，直至达到所需脱色要求。
17.一种包含权利要求1的蜡组合物的食品。
全文摘要
本发明提供了一种可用于食品中的蜡组合物。这种蜡组合物是由甘蔗制得的,其包含蜡酯、醛、三酸甘油酯、醇、游离脂肪酸、甾醇和极性脂质。本发明还提供了一种由粗甘蔗蜡制备蜡组合物的方法,该方法包括下述步骤:(i)将粗蜡与作为溶剂的低级醇的溶液在该溶剂的沸点下进行加热;(ii)将(i)中形成的溶液进行相分离,并趁热滗析出上部相;(iii)将来自(ii)的上部相冷却,并从溶剂中分离出结晶的蜡;(iv)将来自步骤(iii)的蜡重复步骤(i)—(iii),直至所有沥青从该蜡中除去;(v)将所得蜡加热至90—140℃,并用氧化性物质氧化熔化的蜡;和(vi)继续在惰性气体中加热完成氧化步骤,直至除去中间体过氧化物产物。
文档编号C11C3/00GK1252090SQ98803932
公开日2000年5月3日 申请日期1998年4月7日 优先权日1997年4月7日
发明者M·G·瓦利克斯 申请人:詹姆斯库克大学, Csr有限公司