专利名称：柠檬黄的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种食用色素的制备方法，具体地涉及柠檬黄的制备方法。
背景技术：
食品添加剂食用色素，可分为合成色素和天然色素两大类。相对天然色素而言，合成色素具有色泽鲜艳、色调多、性能稳定、着色力强、坚牢度大、调色易、使用方便、成本低廉、应用广泛等优点。再加上各国经几百年的实践，从最多时的一百多种到淘汰成三十几种。食品添加剂食用色素被广泛应用于食品、药品、化妆品、纸张、日用品、玩具、包装新材料等领域，可以说，现在被各国允许使用的合成色素其安全性相当可靠，在食品着色上，合成色素远比天然色素使用得多。随着国民经济快速发展，食用合成色素的市场也随之快速增长，从上世纪九十年代初的300吨到现在的3000吨。
食用柠檬黄，食用合成色素三原色之一，也是在世界上被允准用于食品着色最广泛的一个合成色素，约占全球合成色素总量的百分之三十。而在中国的食用合成色素3000吨年需求中，柠檬黄占1200吨，约占百分之四十强。
食用柠檬黄，又称FD&C Yellow No.5，E102，C.I.19140，CAS号为1934-21-0，化学分子式C16H9N4Na3O9S2，亮橙黄色粉末或颗粒，偶氮型杂环结构(见式1)， 式1柠檬黄合成途径为两种
一)苯肼对磺酸与双羟基酒石酸缩合；二)对氨基苯磺酸重氮盐与1-(4-磺酸苯基)-3-羧基-5-吡唑啉酮或其甲(乙)基酯偶合(或再水解脱去醇基)。
本公司最早采用酒石酸工艺，即第一种工艺，后自主开发了DMAS工艺，一直沿用至今。DMAS(2-乙酰基丁二酸二甲酯)工艺(属于吡唑啉酮工艺)——系对氨基苯磺酸重氮盐与DMAS(2-乙酰基丁二酸二甲酯)缩合生成吡唑啉酮甲酯，再与对氨基苯磺酸重氮盐偶合、水解而得。
综上所述，本领域缺乏一种反应转化率高、产品纯度高、有机杂质含量低的柠檬黄制备方法。因此，本领域迫切需要开发一种反应转化率高、产品纯度高、有机杂质含量低的柠檬黄制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供反应转化率高、产品纯度高、有机杂质含量低的柠檬黄制备方法。
在本发明的第一方面，提供了一种柠檬黄的制备方法，步骤包括(a)2-乙酰基丁二酸二甲基酯与摩尔比为1∶0.90-1.10的对氨基苯磺酸重氮盐在以2-乙酰基丁二酸二甲基酯的物质的量计摩尔比为0.05-0.5的相转移催化剂和以2-乙酰基丁二酸二甲基酯的物质的量计摩尔比为1.5-2.5的缚酸剂存在下进行缩合，得到缩合物，所述相转移催化剂包括聚乙二醇、司班、吐温、平平加0或其组合；(b)所述缩合物与以缩合物的物质的量计摩尔比为0.90-1.10的对氨基苯磺酸重氮盐偶合并水解，得到柠檬黄。
本发明的一个优选例中，步骤(a)中所述相转移催化剂为聚乙二醇400。
本发明的一个优选例中，步骤(a)中所述缚酸剂选自磷酸氢二钠、小苏打。较佳地，所述缚酸剂为磷酸氢二钠。
本发明的一个优选例中，步骤(a)中所述对氨基苯磺酸重氮盐由对氨基苯磺酸进行重氮化反应制得，所述相转移催化剂在重氮化反应的时候加入。
本发明的一个优选例中，步骤(b)的对氨基苯磺酸重氮盐在反应前用pH调节剂调节pH值为1.0-2.0。较佳地，所述pH调节剂为磷酸氢二钠。
本发明的一个优选例中，其特征在于，步骤(b)中还包括分离步骤，所述分离步骤包括粗分离和精制步骤，其中所述粗分离步骤采用重结晶法，所述精制步骤采用膜分离法。较佳地，所述膜分离法中采用截留分子量为350的管式纳滤膜。
图1为本发明的柠檬黄的制备方法的工艺流程图，DMAS即2-乙酰基丁二酸二甲酯，亚钠即亚硝酸钠，对酸即对氨基苯磺酸。
具体实施例方式
本发明人经过广泛而深入的研究，通过综合运用液相色谱分析、相转移催化、膜分离、精细反应控制等技术改进生产工艺，形成高纯度食用柠檬黄的新的生产方法。该生产方法包括DMAS(2-乙酰基丁二酸二甲基酯)在相转移催化剂和温和缚酸剂的作用下与大约等摩尔数的对酸重氮盐缩合，而后与第二份大约等摩尔数的对酸重氮盐在pH6.5-8.0范围偶合，再在PH9.0-9.5、75-85℃水解，最后经重结晶、膜分离精制步骤而得高纯度柠檬黄。发明人意外地发现，采用本发明的方法，除了使柠檬黄产品纯度和反应收率同时提高，还可以大幅降低未反应的中间体与副染料等有机杂质的含量，同时减少污染物产生与排放。在此基础上完成了本发明。
反应过程对氨基苯磺酸(以下称为对酸)重氮化反应得到对氨基苯磺酸重氮盐。
接着，2-乙酰基丁二酸二甲基酯与摩尔比为1∶0.90-1.10的对氨基苯磺酸重氮盐在以2-乙酰基丁二酸二甲基酯的物质的量计摩尔比为0.05-0.5的相转移催化剂和以2-乙酰基丁二酸二甲基酯的物质的量计摩尔比为1.5-2.5的缚酸剂存在下进行缩合，得到缩合物，所述相转移催化剂包括聚乙二醇、司班、吐温、平平加O或其组合；然后，所述缩合物与以缩合物的物质的量计摩尔比为0.90-1.10的对氨基苯磺酸重氮盐偶合并水解，得到柠檬黄。
偶合的反应条件为本领域技术人员熟知的常规反应条件，例如在pH6.5-8.0范围偶合。
水解的反应条件为本领域技术人员熟知的常规反应条件，例如在PH9.0-9.5、温度75-85℃下水解，反应的方程式如下1、化学方程式1)、重氮化 2)、缩合 3)、偶合 4)、水解 2、工艺流程1为本发明的柠檬黄的制备方法的工艺流程图，DMAS即2-乙酰基丁二酸二甲酯，亚钠即亚硝酸钠，对酸即对氨基苯磺酸。
如图1所示，实现本发明的柠檬黄的制备方法包括重氮化反应、缩合反应、偶合反应、水解反应、和后处理步骤，其中各后处理步骤包括结晶步骤、膜分离步骤和干燥步骤。
相转移催化剂相转移催化剂选自乙醇、司班-吐温系列、聚乙二醇系列、平平加O(如由上海助剂厂生产的平平加O)等助剂或乳化剂、分散剂，优选聚乙二醇类相转移催化剂，更优选聚乙二醇400。用量是整个反应体系重量的0.1～2.0％。
DMAS(2-乙酰基丁二酸二甲酯)不溶于水，而对酸重氮盐在水中溶解度极小、呈悬浮状，故两者的缩合反应系非均相反应。为提高分子碰撞效果，改善两相界面张力从而实现相转移催化的作用，试验了乙醇、司班-吐温系列、聚乙二醇系列、平平加O等助剂或乳化剂、分散剂对缩合单元的反应效果。综合评价后选用了属食品添加剂并有良好效果的聚乙二醇400作相转移催化剂，得到的产物更加安全。
相转移催化剂可以在重氮化反应或是在缩合反应时加入，优选在重氮化反应时加入，例如是在反应物投料初期或是投料终了的时候加入，也可以在投料中期加入。例如在加入对酸重氮时加入。将相转移催化剂提前加入至重氮反应时将有助于生成的重氮盐粒子更细、同时避免对酸被包入其中，使重氮单元反应完全。
缚酸剂在缩合反应时需加缚酸剂以推进反应。缚酸剂可采用本领域常规技术使用的缚酸剂，如纯碱、小苏打、磷酸氢二钠、磷酸钠或其组合。用量视其碱性强弱而不同。
本发明的方法优选小苏打或磷酸氢二钠作为缚酸剂，更优选磷酸氢二钠作为缚酸剂。常见的缚酸剂纯碱碱性略强，经液相跟踪，发现加入速度稍快即会产生对酸自身偶合物，使反应中杂质增多。发明人选用了小苏打、磷酸氢二钠作缚酸剂试验，发现反应中杂质减少，产物纯度提高，得到了良好的实验结果。
考虑到饱和小苏打溶液的浓度只有8％，因此优选磷酸氢二钠作为缚酸剂，以控制反应体系体积。
加入的缚酸剂的量以2-乙酰基丁二酸二甲基酯的物质的量计摩尔比为1.5-2.5，优选摩尔比为1.8-2.2。
偶合中pH值的预先控制在进行偶合前，可将重氮盐pH进行调节为0.8～3.0，优选调整为pH1.0～2.0的方式，调节剂可选用本领域常见的酸性pH调节剂，例如纯碱、小苏打、磷酸氢二钠或其组合，优选磷酸氢二钠。
为保持羟基邻位偶合时pH为弱碱性的最佳条件，重氮盐的PH需要进行调整，使反应最后阶段加入的重氮盐即时反应，不生成对钠自身偶合物，为此，发明人在偶合反应前将重氮盐用磷酸氢二钠预先调整为pH1.0～2.0的方式对偶合pH值进行了精细控制，在不破坏重氮盐的前提下使偶合时pH形成较理想的缓冲范围6.5～8.0，顺利完成偶合。结果相当理想，经测试表明，最后阶段中加入的重氮盐为即时反应。
分离柠檬黄可采用一般的后处理方法进行分离，如重结晶法等。
分离方法可以一次性进行分离，也可以包括粗分离和精制步骤，优选先进行粗分离，再精制的分离方法。
粗分离法可选用盐析法和重结晶法，优选重结晶法。
精制法可选用常温盐析法、低温盐水洗涤法及膜分离法等或其组合。优选膜分离法。
膜分离法包括纳滤、超滤、反渗透等，工业生产中可以使用截留分子量350-400的管式纳滤膜。优选截留分子量为350的管式纳滤膜，例如截留分子量为350的AFC 30管式纳滤膜(厦门三达公司生产)。
采用膜分离代替了原有的精制工序——低温低浓度盐水打浆压滤，经膜类型、截留分子量的选择，有效除去了反应体系中的大部分小分子有机物和盐，从而达到了精制提纯的目的。
以下结合具体实施例，进一步阐明本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。比例和百分比基于重量，除非特别说明。
具体实施方式
实施例1500mL四颈瓶中，加入60℃热水180mL，加入20g聚乙二醇400(PEG-400)，快速搅拌下加入对氨基苯磺酸34.6g(0.20mol)，搅拌十分钟，冷至室温，加入工业盐酸32mL(31％)。继续冷至0-5℃，液下滴加30％亚硝酸钠溶液47g(0.20mol)，维持温度5-10℃，约20min加毕，刚果红试纸蓝色、碘化钾淀粉试纸浅蓝色。加毕后继续搅20min，加少量氨磺酸消去过量的亚硝酸。
上述重氮液中，搅拌5min后细流加入DMAS(2-乙酰基丁二酸二甲酯)37.64g(0.20mol)，控制温度10-15℃，慢慢滴加15wt％磷酸氢二钠溶液调pH至5.0，体系转成透明的酒红色。待重氮盐消失后，再搅拌半小时，制得缩合液。
另行再制备一份重氮盐。消去过量的亚硝酸后加入15％磷酸氢二钠溶液调pH1.0-2.0。
前述缩合液转至1000mL四颈瓶中，加20wt％纯碱水溶液调PH8.0-9.0。搅拌下细流加入第二份重氮盐，温度15-20℃，约20min加完，pH6.5-8.0。加完后再搅拌半小时制得偶合液。
偶合液中撒入纯碱调pH9.0-9.5，升温至80-90℃，保温一小时。隔套冷却至55℃，加盐酸约20mL调PH6.5-7.5。抽滤，按体积的10％量加入精盐，搅拌至溶解，继续慢慢冷却至5-10℃。抽滤。滤饼溶于2000mL水中，进实验室膜分离装置(0.3Mpa、45-50℃)脱盐至料液电导率恒定不下降及料液体积300mL止，浓缩液于烘箱中80℃烘干得成品108.4g，含量90.1％，液相纯度99.48％(238nm)，收率91.4％。
实施例2以15g聚乙二醇1000(PEG-1000)代替20g聚乙二醇400(PEG-400)，其余同实施例1。得成品105.6g，含量90.5％，液相纯度99.25％(238nm)，收率91.1％。
实施例3
以饱和小苏打溶液代替15％磷酸氢二钠溶液，其余同实施例1。得成品106.8g，含量90.3％，液相纯度99.35％(238nm)，收率90.2％。
实施例4以20g 5％吐温60-司班60(20∶1)水溶液代替20g聚乙二醇400(PEG-400)，其余同实施例1。得成品105.6g，含量89.6％，液相纯度99.06％(238nm)，收率88.5％。
实施例5以20g 5％吐温80-司班80(20∶1)水溶液代替20g聚乙二醇400(PEG-400)，其余同实施例1。得成品107.6g，含量90.3％，液相纯度99.38％(238nm)，收率90.9％。
技术效果采用本发明的方法制备柠檬黄，克服了容易产生对钠自身偶合物的缺陷，使各步单元反应基本完全，减少了未反应的中间体与副染料等有机杂质的含量，使收率明显提高，达到91.4％，同时纯度(HPLC，238nm)达到99.5％。质量指标全面达到美国FCC标准。因而本发明的方法制得的柠檬黄产品作为食品添加剂，其有害杂质含量少，因此具有更高的食品安全性。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
权利要求
1.一种柠檬黄的制备方法，其特征在于，步骤包括(a)2-乙酰基丁二酸二甲基酯与摩尔比为1∶0.90-1.10的对氨基苯磺酸重氮盐在以2-乙酰基丁二酸二甲基酯的物质的量计摩尔比为0.05-0.5的相转移催化剂和以2-乙酰基丁二酸二甲基酯的物质的量计摩尔比为1.5-2.5的缚酸剂存在下进行缩合，得到缩合物，所述相转移催化剂包括聚乙二醇、司班、吐温、平平加0或其组合；(b)所述缩合物与以缩合物的物质的量计摩尔比为0.90-1.10的对氨基苯磺酸重氮盐偶合并水解，得到柠檬黄。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(a)中所述相转移催化剂为聚乙二醇400。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(a)中所述缚酸剂选自磷酸氢二钠、小苏打。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(a)中所述缚酸剂为磷酸氢二钠。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(a)中所述对氨基苯磺酸重氮盐由对氨基苯磺酸进行重氮化反应制得，所述相转移催化剂在重氮化反应的时候加入。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)的对氨基苯磺酸重氮盐在反应前用pH调节剂调节pH值为1.0-2.0。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述pH调节剂为磷酸氢二钠。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)中还包括分离步骤，所述分离步骤包括粗分离和精制步骤，其中所述粗分离步骤采用重结晶法，所述精制步骤采用膜分离法。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述膜分离法中采用截留分子量为350的管式纳滤膜。
全文摘要
本发明提供了一种柠檬黄的制备方法，包括缩合、偶合水解步骤。本发明提供的柠檬黄的制备方法反应转化率高、产品纯度高、有机杂质含量低。
文档编号C09B29/00GK1952015SQ20051003064
公开日2007年4月25日 申请日期2005年10月19日 优先权日2005年10月19日
发明者丁秋龙, 王丽斌 申请人:上海染料研究所有限公司