專利名稱：食用級蠟及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于食品的蠟組合物。本發(fā)明還涉及制備該組合物的方法。
背景技術(shù)：
許多食品在制備過程中添加蠟。例如，蠟是口香糖膠基的一種組分。蠟也能用作諸如干酪和水果等食品的保護(hù)涂層。用于此目的的蠟通常為礦蠟，如由褐煤提取的褐煤蠟、泥煤蠟、地蠟和石油蠟。這些礦蠟中，僅有石油蠟用于食品中尤其是微晶蠟、高熔點蠟和高硫微晶蠟。美國食品和藥物管理局(FDA)已建立了使用石油蠟的規(guī)定(參見21 CFR 172.886和178.3710)，日本管理部門也在考慮石油蠟為天然產(chǎn)物，并允許它們用于諸如口香糖之類的產(chǎn)品中。雖然褐煤蠟并未直接用于食品中，但其用在如塑料容器和包裝材料的塑料加工中，而這些塑料容器和包裝材料將會或可能會與食品接觸。
人們并不期望在食品中使用礦蠟。礦蠟從煤及粗石油中提取。這些原料包含對人類有毒的有機(jī)化學(xué)品。蠟在食品中的應(yīng)用取決于精制或純化的程度，其使用須按照管理部門提出的規(guī)定進(jìn)行控制，所述管理部門如英國的農(nóng)業(yè)、魚業(yè)和食品部(食品中的礦物烴規(guī)則(The Mineral Hydrocarbons in Food Regulation)，SI 1966，No.1073，這一規(guī)則僅適用于英格蘭和威爾士，雖然類似的規(guī)定適用于蘇格蘭和北愛爾蘭)。精制后的產(chǎn)品可以被食品管理部門接受。但是，最近的研究說明了石油基蠟的毒理學(xué)作用(“關(guān)于食品中使用礦物烴的建議”，食品詢委員會(Food Advisory Committee)8/93，UK)和采用礦物烴蠟的包裝造成的烴對食品影響[調(diào)查委員會關(guān)于來自食品接觸材料的化學(xué)品污染的進(jìn)展報告(Progress Report of theWorking Party on Chemical Contaminants from Food ContactMateirals1988-1992；食品監(jiān)管論文(Food Survellance Paper)No.38，漁業(yè)和食品部(Ministry of Agriculture of Fisheriseand Food))。英國農(nóng)業(yè)、漁業(yè)和食品部日前正在進(jìn)行綜合研究關(guān)于采用石油基蠟作為食品添加劑和加工助劑的毒理學(xué)影響，以便調(diào)整目前食品中使用這些蠟的規(guī)定[食品和漁業(yè)部新聞發(fā)布(Ministryof Agriculture of Fisherise and Food News Release)278/93，1993.8.19]。
蠟的植物來源是公知的。實際上，棕櫚Copernicia cerifera為褐煤蠟、巴西棕櫚蠟的來源。蠟也可從甘蔗和稻中提取。將植物源置于所采用的提取條件下時，植物源的蠟應(yīng)提供用于食品中的礦蠟的代用品。
制糖過程中會產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物，其中一種是碾磨泥漿(millmud)。這種碾磨泥漿包含粗蠟和脂肪、纖維、糖、粗蛋白和灰分(二氧化硅、氧化鈣、五氧化二磷和氧化鎂)。粗甘蔗蠟可從碾磨泥漿中提取。但是，由于粗蠟有臭味及由于存在污染物而導(dǎo)致的由暗綠色至棕色的顏色，其不適宜用于食品。US2,464,189提供了一種精制甘蔗蠟的方法。但是，用該方法產(chǎn)生的蠟仍因下述原因而不適宜用于食品中(1)精制過程不完全。該方法僅為一種分餾步驟，其從甘蔗蠟中除去了樹脂狀餾分(瀝青(pitch))。仍需對蠟脫色和穩(wěn)定化。該專利建議進(jìn)一步進(jìn)行加工，例如用酸進(jìn)行漂白、脫色、乳化(參見其實施例3，第40行)。
(2)在該方法中采用的試劑(丙酮)是非食用級。
(3)漂白過程采用的試劑如鉻酸和硫酸也不是食用級試劑。
在諸如澳大利亞的國家中，糖生產(chǎn)過程的副產(chǎn)物非常豐富，人們希望找到一種由這種副產(chǎn)物(即碾磨泥漿)生產(chǎn)可用于食品的蠟的方法。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供一種甘蔗蠟組合物和該組合物的制備方法，所述蠟適合用在食品中。
一方面，本發(fā)明提供了一種蠟組合物，以重量計，該組合物包含蠟酯，6.2-11％；醛，2.8-9.5％；三酸甘油酯，0-3.0％；醇，1.8-44.5％；以及游離脂肪酸、甾醇和極性脂質(zhì)，36.8-87.2％。
另一方面，本發(fā)明提供了一種由粗甘蔗蠟制備蠟組合物的方法，該方法包括下述步驟(i)將粗蠟與作為溶劑的低級醇的溶液在該溶劑的沸點下進(jìn)行加熱；(ii)將(i)中形成的溶液進(jìn)行相分離，并趁熱潷析出上部相；(iii)將來自(iii)的分離的相冷卻，從溶劑中分離出結(jié)晶的蠟；(iv)采用來自步驟(iii)的蠟重復(fù)步驟(i)-(iii)，直至所有瀝青從蠟中除去；(v)將蠟加熱至90-140℃，并用氧化性物質(zhì)氧化熔化的蠟；和(vi)繼續(xù)在惰性氣體中加熱完成氧化步驟，直至除去中間體過氧化物產(chǎn)物。
另一方面，本發(fā)明提供了由本發(fā)明的第二方面的方法生產(chǎn)的蠟組合物產(chǎn)品和包含上述第一方面的蠟組合物或由第二方面的方法生產(chǎn)的蠟組合物的食品。
優(yōu)選實施方案說明本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，適用于食品的蠟組合物可從甘蔗中獲得。這種組合物基本上無異味、無色，所具有的理想性能使其可用作食品基料或用于包衣食品。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的蠟組合物的典型組分如下表1所示。表中的數(shù)字通常為官能團(tuán)中的碳原子數(shù)。但是，可以理解，基團(tuán)可具有在所述范圍之外的碳原子數(shù)。基團(tuán)大多數(shù)為直鏈飽和與不飽和烴。
表I蠟組合物基團(tuán)的組分官能團(tuán) 典型組分蠟酯 C16(脂肪酸)-C24(醇)-C16(脂肪酸)-C36(醇)C28-C36三酸甘油酯T48-T54(?；械目偺紨?shù))或C16-C18(在每一?；械奶紨?shù))醇C24-C36游離脂肪酸C24-C36烷烴 C25-C35蠟中的極性脂質(zhì)基本上為兩親分子，具有疏水脂肪酸部分和親水部分。常規(guī)的三種脂質(zhì)為磷酸甘油酯，其中，脂肪酸被含有磷酸基團(tuán)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，精制粗甘蔗蠟的方法包括使粗蠟與有機(jī)溶劑一起加熱，以使瀝青和顏色較淺(paler)的蠟餾分分離。這些形成了兩個不同的相，可以通過潷析而將它們分離開。將顏色較淺的蠟餾分冷卻以使蠟結(jié)晶，并從依然溶解于有機(jī)溶劑中的油分離開。將蠟濾出，直至干燥。將蠟在熱浴中熔化，并通過多孔管分布器(sparger)通入細(xì)小的空氣泡而進(jìn)行氧化。該過程一直持續(xù)至氧化過程完成，即觀察到溫度不再進(jìn)一步增加(由于反應(yīng)的放熱性質(zhì)引起的溫度升高)和顏色變化。
在所述方法步驟(i)中采用的溶劑通常為乙醇或異丙醇，它們的沸點分別為78.5℃和82.4℃。粗蠟通常與溶劑以1∶9的重量比混合，雖然也可以采用1∶8至1∶20的重量比。加熱時間為5-60分鐘。不過加熱時間通常約30分鐘即足夠。
如前所述，步驟(ii)中形成的上部相包含所需的蠟。下部相為樹脂狀餾分，被稱之為“瀝青”，其包含低質(zhì)量的蠟。
在步驟(iii)中，所述分離過程優(yōu)選采用過濾或離心操作，以從含油的溶劑中分離出蠟。但是，也可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其它方法。
步驟(i)-(iii)一般被重復(fù)2至5次。重復(fù)所述步驟的次數(shù)主要取決于在粗蠟中存在的瀝青的含量，瀝青沉降的速度和蠟結(jié)晶速度。已表明，沉降速度不夠快的瀝青會夾雜在蠟結(jié)晶中。
在所述方法的步驟(v)中，加熱過程優(yōu)選在無氧氣體條件下進(jìn)行。這使得能夠更好地控制蠟的氧化，所述氧化過程直到組合物達(dá)到所需溫度才開始進(jìn)行。所述無氧氣體通常為惰性氣體，如氮氣。
所述步驟(v)的氧化性物質(zhì)選自鉻酸、高錳酸鉀、過渡金屬，如貴金屬(如鉑和鈀)的鹽、五價的釩、鈷(III)、鈰(IV)、鉈(III)、汞(II)、二價銅溶液，專一性酶和氧氣(參見R.Stewart，“有機(jī)化學(xué)應(yīng)用，氧化機(jī)理(Oxidation Mechanisms)，Application toOrganic Chemistry”，W.A.Benjamin Inc.，1964)。優(yōu)選的氧化性物質(zhì)為空氣、氧氣以及氧氣、氮氣與臭氧的混合物。
至于所述方法的最后步驟(vi)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以確定何時完全除去了中間體過氧化物產(chǎn)物。完成所述過程通常需花費30分鐘至2小時的時間。但是，所用時間的長短將取決于達(dá)到的氧化程度。該步驟中采用的惰性氣體通常為氮氣。
在所述方法的步驟(v)中，可采用催化劑來加速氧化過程。適宜的催化劑包括鈷或錳的硼酸鹽或樹脂酸鹽(A.J.C.Andersen，食用油脂的精制(Refining of Oils and Fats for Edible Purpose)，第二修訂版P.N.Williams，著，Pergamon Press，1962)；亞鐵鹽和芬頓試劑，所述芬頓試劑包括亞鐵鹽和過氧化氫(Roger A Sheldon和Jay K.Kochi，有機(jī)化合物的金屬催化氧化(Metal CatalyzedOxidations of Organic Compounds)，Academic Press，1981)。
如果需要的話，由本發(fā)明第二方面的方法的步驟(vi)獲得的蠟組合物可進(jìn)行進(jìn)一步脫色，可采用吸附劑或通過瀝青誘導(dǎo)法(inducement)來進(jìn)行。以下，簡單描述一下這些方法。吸附劑的使用適宜的吸附劑包括活性炭、樹脂、活性氧化鋁和二氧化硅。商購的炭是令人滿意的，并且蠟與炭的比例為1∶3，即可生產(chǎn)出白蠟。也可以生產(chǎn)對特定顏色具有選擇性的炭。
以下是采用活性炭對蠟組合物進(jìn)行脫色反應(yīng)的常規(guī)步驟(a)將來自步驟(v)的蠟與作為溶劑的低級醇在該溶劑的沸點下加熱30-60分鐘，蠟與活性炭的比例為1∶0.5-1∶3；(b)對熔化的漿液進(jìn)行熱過濾；(c)將分離的蠟和溶劑冷卻，直至蠟結(jié)晶，并通過過濾將其分離出來。
瀝青誘導(dǎo)法在瀝青誘導(dǎo)法中，無需使用吸附劑即可除去顏色。該方法包括加熱處理和分餾，最后得到由金黃色至乳白色的不同顏色的蠟。
采用瀝青誘導(dǎo)法減少蠟組合物顏色的常規(guī)步驟如下(a)將來自步驟(v)的蠟與作為溶劑的低級醇在該溶劑的沸點下加熱30-60分鐘；(b)將來自步驟(a)的溶液相進(jìn)行相分離，并趁熱潷析出上部相；(c)使來自步驟(b)的分離的上部相冷卻，并從所述溶劑中分離出結(jié)晶的蠟；(d)在不存在溶劑的條件下，將來自(c)的蠟在80-110℃下加熱15分鐘至3小時；(e)重復(fù)步驟(a)-(d)，直至達(dá)到所需顏色等級。
粗甘蔗蠟可按照本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法制備。例如，一種適宜的方法描述在US2,508,002中，該文獻(xiàn)引入本文作為參考。對這種適宜方法的簡單描述如下。
粗蠟提取將糖過濾的濾餅進(jìn)行蒸氣加熱，并加入到連續(xù)式反應(yīng)器中，在該反應(yīng)器中與溶劑(石腦油)混合，并保持在所需溫度和壓力下。蠟被提取進(jìn)入溶劑中，隨后，使其與濾餅分離。分離出的含有蠟的溶劑再通過閃蒸槽和蒸發(fā)器以將粗蠟從溶劑中分離出來。形成的濾餅再用蒸氣汽提回收殘余的溶劑。粗甘蔗蠟的一般組成如下表II所示。
表II粗甘蔗蠟的組成組分 組成(％w/w)蠟酯 5.9-8.5烷基酮 3.2-1.6三酸甘油酯 0-1.6醇 7.9-8.3游離脂肪酸/甾醇5.9-7.8極性脂質(zhì)73.2-76.1本發(fā)明的蠟組合物及制備該組合物的方法的優(yōu)點如下1)所述方法可生產(chǎn)潛在的食用級植物蠟產(chǎn)品，這種產(chǎn)品可在大量食品或非食品應(yīng)用領(lǐng)域中作為礦蠟的替代品，包括(但不限于)口香糖膠基、干酪包衣和水果包衣。
2)所述方法簡單、成本低廉，能夠經(jīng)濟(jì)地用于(1)中所述的應(yīng)用領(lǐng)域。
3)所得蠟產(chǎn)品無色或顏色很淺(淺黃色)，沒有或幾乎沒有異味。
4)所得蠟產(chǎn)品的硬度可與巴西棕櫚蠟相比。
5)所得蠟產(chǎn)品具有良好的溫度穩(wěn)定性，可與其它植物蠟如巴西棕櫚蠟或米蠟(rice wax)相比。
以上詳細(xì)描述了本發(fā)明，下面給出本發(fā)明蠟組合物制備過程的實例。
實施例1
按照下述方法制備多份蠟組合物將100克的粗甘蔗蠟與900克的乙醇在圓底燒瓶中混合。將所得混合物在加熱套中加熱至78.5℃，并保持回流30分鐘。從加熱夾套中取出該溶液，使瀝青相與淺色的蠟分離。將淺色的蠟潷析至另一個圓底燒瓶中，同時在65-75℃下，蠟混合物仍保持溶液狀或僅部分結(jié)晶。再將混合物在78.5℃下加熱10分鐘。將淺色蠟進(jìn)行潷析，使其與瀝青分離。加熱和分離過程重復(fù)約4次，或者直至從淺色蠟中觀察不到瀝青分離出去為止。將所得瀝青再與約100克的乙醇一起加熱，回收另外的蠟。將其與前面收集的淺色蠟合并。然后，使淺色蠟緩慢地冷卻至室溫，然后在冰浴中冷卻。將冷卻后的蠟過濾，在氮氣存在及90-140℃條件下，在熱浴中將蠟再次熔化。通過多孔管分布器向熔化的蠟中通入空氣或臭氧，直至蠟的溫度穩(wěn)定在一個穩(wěn)定值，或者直至不再觀察到蠟的顏色變化為止。整個過程需要進(jìn)行幾個小時，這取決于溫度和空氣組成。
由上述方法產(chǎn)生的蠟組合物具有下述性質(zhì)顏色為淺黃色，具有甜的氣味，沒有或幾乎沒有味道。蠟的組成如下表所示。
表III實施例1的蠟組合物的組分組分 組成(％w/w)乙醇分餾后空氣氧化 乙醇分餾后臭氧氧化蠟酯 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游離脂肪酸+甾醇+極性脂質(zhì) 36.8-70 36.8-87.2在氧化步驟后獲得的組合物的組成取決于氧化程度。如果達(dá)到完全氧化，則留下的基本組分將是游離脂肪酸。但是，氧化過程僅需達(dá)到充分除去顏色的程度。
實施例2再次制備多份蠟組合物。將100克的粗甘蔗蠟與900克的異丙醇在圓底燒瓶中混合。將混合物在加熱夾套中加熱至82.4℃。將所得混合物緩慢地冷卻至室溫，然后在冰浴中冷卻。將冷卻后的蠟過濾并轉(zhuǎn)移至另一個圓底燒瓶中，向所得蠟中加入450克乙醇并將混合物在78.5℃下加熱30分鐘。這種蠟的分餾和氧化過程均按照實施例1所述進(jìn)行。
由上述方法產(chǎn)生的蠟組合物具有下述性質(zhì)顏色為淺黃色，具有甜的氣味，沒有或幾乎沒有味道。蠟的組成如下表所示。
表IV實施例2的蠟組合物的組分組分 組成(％w/w)蠟酯 10.5-11醛 7.4-8.1三酸甘油酯 0-0.6醇 11.5-18.8游離脂肪酸+甾醇+極性脂質(zhì) 63.4-70采用如實施例1和2所述方法產(chǎn)生的餾分的收率如表V所示。
表V餾分收率餾分收率(％)實施例1實施例2油24-30 53-55瀝青 26-35 20-25蠟組合物34-48 20-25
可以理解，在不背離本發(fā)明的范圍的前提下，如上所例舉的方法和組合物可進(jìn)行多種變化。
權(quán)利要求
1.一種蠟組合物，以重量計，該組合物包含蠟酯，6.2-11％；醛，2.8-9.5％；三酸甘油酯，0-3％；醇，1.8-44.5％；以及游離脂肪酸、甾醇和極性脂質(zhì)，36.8-87.2％。
2.一種由粗甘蔗蠟制備蠟組合物的方法，該方法包括下述步驟(i)將粗蠟與作為溶劑的低級醇的溶液在該溶劑的沸點下進(jìn)行加熱；(ii)將(i)中形成的溶液進(jìn)行相分離，并趁熱潷析出上部相；(iii)將來自(ii)的上部相冷卻，從溶劑中分離出結(jié)晶的蠟；(iv)采用來自步驟(iii)的蠟重復(fù)步驟(i)-(iii)，直至所有瀝青從該蠟中除去；(v)將所述蠟加熱至90-140℃，并用氧化性物質(zhì)氧化熔化的蠟；和(vi)繼續(xù)在惰性氣氣體中加熱完成氧化步驟，直至除去中間體過氧化物產(chǎn)物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述的低級醇為乙醇或異丙醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述的粗蠟與溶劑以1∶8至1∶20的重量比混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述比例為1∶9。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中在步驟(i)中，所述溶液被加熱5-60分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述的溶液被加熱大約30分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中在步驟(iii)中，所述分離過程采用過濾或離心來進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，步驟(i)-(iii)被重復(fù)2-5次。
10.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中在步驟(v)中，所述加熱過程在無氧氣體中進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述氣體為氮氣。
12.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述步驟(v)的氧化性物質(zhì)選自空氣，氧氣以及氧氣、氮氣與臭氧的混合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中在步驟(v)中，所述的氧化過程在催化劑存在下進(jìn)行。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，所述的催化劑選自鈷或錳的硼酸鹽或樹脂酸鹽；亞鐵鹽和芬頓試劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，進(jìn)一步包含下述步驟(vii)在活性炭存在下，將來自步驟(vi)的蠟與作為溶劑的低級醇在該溶劑的沸點下加熱，蠟與碳的比例為1∶0.5-1∶3；(viii)將熔化的漿液熱過濾；(ix)使分離的蠟/溶劑混合物冷卻，從中分離出結(jié)晶的蠟。
16.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，進(jìn)一步包含下述步驟(vii)將來自步驟(vi)的蠟與作為溶劑的低級醇在所述溶劑的沸點下加熱30-60分鐘；(viii)將來自步驟(vi)的溶液進(jìn)行相分離，并趁熱潷析出上部相；(ix)使來自步驟(viii)的分離的上部相冷卻，并從所述溶劑中分離出結(jié)晶的蠟；(x)在不存在溶劑的條件下，將來自(ix)的蠟加熱15分鐘至3小時；和(xi)重復(fù)步驟(vii)-(x)，直至達(dá)到所需脫色要求。
17.一種包含權(quán)利要求1的蠟組合物的食品。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種可用于食品中的蠟組合物。這種蠟組合物是由甘蔗制得的,其包含蠟酯、醛、三酸甘油酯、醇、游離脂肪酸、甾醇和極性脂質(zhì)。本發(fā)明還提供了一種由粗甘蔗蠟制備蠟組合物的方法,該方法包括下述步驟:(i)將粗蠟與作為溶劑的低級醇的溶液在該溶劑的沸點下進(jìn)行加熱;(ii)將(i)中形成的溶液進(jìn)行相分離,并趁熱潷析出上部相;(iii)將來自(ii)的上部相冷卻,并從溶劑中分離出結(jié)晶的蠟;(iv)將來自步驟(iii)的蠟重復(fù)步驟(i)—(iii),直至所有瀝青從該蠟中除去;(v)將所得蠟加熱至90—140℃,并用氧化性物質(zhì)氧化熔化的蠟;和(vi)繼續(xù)在惰性氣體中加熱完成氧化步驟,直至除去中間體過氧化物產(chǎn)物。
文檔編號C11C3/00GK1252090SQ98803932
公開日2000年5月3日 申請日期1998年4月7日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月7日
發(fā)明者M·G·瓦利克斯 申請人:詹姆斯庫克大學(xué), Csr有限公司