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【背景及概述】[1][2]
葡萄糖酸鈉是葡萄糖的深加工產(chǎn)品，也是制備葡萄糖酸內(nèi)酯、葡萄糖酸鹽 如鋅、銅、亞鐵鹽等的基礎(chǔ)原料，其廣泛應(yīng)用于在食品、建筑、醫(yī)藥、水質(zhì)處理、電鍍、顯影等行業(yè)，尤其是在食品行業(yè)。隨著人們生活水平和保健意識的不斷提高，對食品營養(yǎng)和風(fēng)味的要求也越來越高，食品工業(yè)正朝著飲食多樣化、食品綠色化、低鹽化的健康之路發(fā)展。葡萄糖酸鈉作為一種新型的功能呈味調(diào)料，能夠賦予食品酸味，改善食品呈味性，防止蛋白質(zhì)變性，掩蓋不良苦味、澀味，代替食鹽制取低鈉、無鈉食品。而且其具有無毒、無潮解性、較好的穩(wěn)定性和螯合性能、且原料來源廣泛的特點，備受人們關(guān)注，一些新的制備技術(shù)與應(yīng)用層出不窮。在2012年，經(jīng)我國衛(wèi)生部門許可，列入了新型食品添加劑目錄。葡萄酸鈉由玉米粉等淀粉為原料，用葡萄糖酸發(fā)酵法制得，收率在90%以上，或由葡萄糖酸與碳 酸鈉或氫氧化鈉中和而得。葡萄糖氧化制備葡萄糖酸鈉的 4 種方法，目前在中國均有廣泛研究。在工業(yè)化生產(chǎn)上，生物發(fā)酵法和多相催化氧化法應(yīng)用較多。其中多相催化氧化法具有工藝過程簡單，反應(yīng)條件溫和，各種氣一液一固三相混合的反應(yīng)器在常壓均可采用，反應(yīng)溫度一般控制在60 ℃以下，反應(yīng)時間短，轉(zhuǎn)化率高，三廢少且易處理的優(yōu)點。
【理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)】[1]
葡萄糖酸鈉又稱五羥基有機酸鈉，是一種白色結(jié)晶顆粒或粉末，相對分子質(zhì)量為218.14，熔點約為206 ℃，10%的水溶液pH 6.2~7.8，易溶于水，微溶于醇，不溶于醚，有一定的咸味。
【應(yīng)用】[2][3][4]
1. 用于醫(yī)藥方面
鈉對維持細胞外滲透壓和容量，調(diào)節(jié)酸堿平衡，發(fā)揮神經(jīng)肌 肉的正常功能具有重要的作用，可有效防止低鈉綜合癥的發(fā)生。
2. 水質(zhì)穩(wěn)定劑
具有優(yōu)異的緩蝕阻垢作用被廣泛應(yīng)用于水質(zhì)穩(wěn)定劑。具有明顯的協(xié)調(diào)效應(yīng)，適用于鉬、硅、磷、鎢、亞硝酸鹽等各種配方；緩蝕率隨溫度升高而增加；阻垢能力強，對鈣、鎂、鐵鹽具有很強的絡(luò)合能力：作為循環(huán)、冷卻水緩蝕阻垢劑達到滅公害。
3. 用作鋼鐵表面清洗劑
鋼鐵表面如需要鍍鉑、鍍鉻、鍍錫、鍍鎳以適應(yīng)特殊用途時，其鋼坯表面均需經(jīng)過嚴格清洗，使鍍層物與鋼鐵表面牢固結(jié)合，清洗藥劑中添加葡萄糖酸鈉將會達到十分理想的效果。
4. 玻璃瓶專用清洗劑
用葡萄糖酸鈉為主要配方的玻璃瓶專業(yè)清洗劑可改善去垢力不強、易堵塞洗瓶機的噴嘴及管路；對瓶貼及瓶頸鐵銹去染力不理想；洗后微量殘留物對食用安全性不理想如磷酸鹽殘留；洗滌水排放成公害，不符合國家規(guī)定之標(biāo)準(zhǔn)。
5. 建筑業(yè)
作為減水劑、緩凝劑：水泥中添加此外還可用于電鍍、 膠卷制造等許多工業(yè)領(lǐng)域。
6. 食品工業(yè)方面的應(yīng)用
1）葡萄糖酸鈉能夠代替食鹽：相關(guān)研究表明鈉的攝入量過大，會誘發(fā)高血壓的產(chǎn)生。低鈉鹽食品成為當(dāng)今食品工業(yè)中研究的熱點。葡萄糖酸鈉的鹽味質(zhì)與食鹽接近，而鈉分子量僅占10.5%，與食鹽相比，前者鈉量僅為后者的1/4。而且與其他低鈉鹽相比，葡萄糖酸鈉具有無刺激性、無苦澀味、鹽辛味等優(yōu)點，成為了食鹽的最佳取代品。目前被廣泛應(yīng)用于無鹽醬油，面包等食品領(lǐng)域。味噌研究所研究使用葡萄糖酸鈉代替食鹽進行味噌發(fā)酵，能使發(fā)酵正常，又能達到制減鹽或無鹽味噌。用葡萄糖酸鈉代替部分食鹽制取低鈉面包，結(jié)果表明：隨著葡萄糖酸鈉添加量的比例增加，含糖面包發(fā)酵的時間降低，發(fā)酵圖案呈逐漸相似。在白面包中，由葡萄糖酸鈉完全替代氯化鈉，即不會引起面包體積的差別，又不會影響其整體風(fēng)味及保質(zhì)期限。
2）葡萄糖酸鈉能夠改善食品風(fēng)味：在食品行業(yè)中，風(fēng)味是衡量食品感官機能的最重要指標(biāo)。目前，風(fēng)味物質(zhì)的生產(chǎn)應(yīng)用，已成為廣大食品研究人員和生產(chǎn)者關(guān)注的熱點。近年研究發(fā)現(xiàn)：葡萄糖酸鈉具有掩蓋食品苦味，屏蔽異味，改善呈味等功效，對食品風(fēng)味的改善具有顯著的效果。
3）葡萄糖酸鈉能夠增強食品的營養(yǎng)特性：隨著人們生活水平和保健意識的不斷提高，對食品營養(yǎng)和風(fēng)味要求也逐漸提升。葡萄糖酸鈉作為一種多功能食品添加劑，不但可以改善食品的風(fēng)味，還可以增強食品的營養(yǎng)特性。如通過對奶酪硬化現(xiàn)象的深入研究，發(fā)現(xiàn)葡萄糖酸鈉能夠與奶酪中鈣離子和乳酸根離子形成可溶性復(fù)合物，從而增加乳酸鈣的溶解度，不但有效的防止奶酪硬化，也保證奶酪的營養(yǎng)品質(zhì)。
【制備】[2]
1. 生物發(fā)酵法
該方法包括真菌發(fā)酵和細菌發(fā)酵，另外還有固定細胞發(fā)酵工藝，其中較普遍采的是黑曲霉菌發(fā)酵制葡萄糖酸鈉工藝。該方法是在 240- 300 g/ L 的葡萄糖溶液中加入一定量的營養(yǎng)物質(zhì)，滅菌，冷卻至適宜溫度，接種體積分數(shù)為 10％ 的黑曲霉種子液，開動攪拌，通氣流，溫度在32-34 ℃。發(fā)酵過程中滴加消泡劑，以消除發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的泡沫。整個發(fā)酵過程約需20 h，當(dāng)殘?zhí)墙抵?l g/L 時可以認為發(fā)酵結(jié)束。茵體與發(fā)酵液分離后，發(fā)酵液經(jīng)真濃縮、結(jié)晶可得葡萄糖酸鈉晶體，或經(jīng)噴霧干燥后制得葡萄糖酸鈉粉狀產(chǎn)品 嘲。該方法具有發(fā)酵速度快、發(fā)酵過程易于控制、產(chǎn)品易提取等特點，但同時也有一定缺陷，如產(chǎn)品色澤不易控制、無菌化要求程度高等
2. 均相化學(xué)氧化法
結(jié)晶葡萄糖加水溶解后加入催化劑，控制一定的溫度，滴加次氯酸鈉溶液，同時滴加離子膜液堿來控制反應(yīng)體系的pH 值，使平衡向生成葡萄糖酸鈉的方向移動。通過測定殘?zhí)橇縼泶_定反應(yīng)終點，然后過濾，將反應(yīng)液濃縮，利用氯化鈉溶解度比葡萄糖酸鈉溶解度低的特性，濃縮后先析出氯化鈉，后析出葡萄糖酸鈉來進行提純，可得葡萄糖酸鈉含量在 95％ (質(zhì)量分數(shù)) 以上的產(chǎn)品。采用次氯酸鈉氧化法生產(chǎn)葡萄糖酸鈉具有轉(zhuǎn)化率高、工藝過程簡單、成本低的優(yōu)點，但是其中間步驟多，副產(chǎn)物多，產(chǎn)物難于分離，因此在應(yīng)用上受到了限制。
3. 電解氧化法
該方法是在電解槽中加入一定濃度的葡萄糖溶液 ，再加入適宜的電解質(zhì) ，在一定溫度、一定電流密度下恒電流電解。其工業(yè)參數(shù)的確定因加入 電解質(zhì)的不同而異。例如，以溴化鈉為電解質(zhì)時，葡萄糖濃度為23.5％(質(zhì)量分數(shù)) 溫度控制在 40℃，電流密度為 l A · dm-2，電解質(zhì)濃度為296(質(zhì)量分數(shù)) ，電解過程中碳酸鈉可一次性加入。電解結(jié)束后電解液經(jīng)濃縮、結(jié)晶，可得葡萄糖酸鈉晶體。電解氧化法雖然克服了生物發(fā)酵法和均相化學(xué)氧化法的某些缺點，但在工業(yè)生產(chǎn)中能耗大，不易控制。
4. 多相催化氧化法
配制一定量的葡萄糖溶液加入于四口燒瓶中，稱取適量催化劑加入到此燒瓶中，恒溫。向溶液中通入空氣，并不斷滴加一定濃度的Na0H 溶液來維持一定的pH 值。反應(yīng)后的溶液經(jīng)冷卻、抽濾(催化劑回收) ，濾液減壓蒸餾濃縮、結(jié)晶，風(fēng)干后得到葡萄糖酸鈉晶體。該法工藝簡單，反應(yīng)平穩(wěn)，易于控制，反應(yīng)條件溫和，其葡萄糖轉(zhuǎn)化率在 95％左右。缺點是所用催化劑在循環(huán)使用一定次數(shù)后，催化效率下降，使葡萄糖轉(zhuǎn)化率降低，反應(yīng)時間延長甚至基本無催化活性，催化劑必須報廢更新，相應(yīng)提高了單位產(chǎn)品催化劑耗量，也使葡萄糖酸鈉產(chǎn)品生產(chǎn)成本較高。由此可見，催化劑性能的好壞是使用此法的關(guān)鍵。
【主要參考資料】
[1] 化學(xué)物質(zhì)辭典
[2] 梁潔, 王沖, 劉紅梅, & 楊文玲. (2007). 葡萄糖酸鈉的制備方法.河北化工,30(1), 12-14.
[3] 王沖, 劉紅梅, 楊文玲, 裴雙秀, & 杜亞威. (2007). 葡萄糖酸鈉的制備及發(fā)展趨勢.河北工業(yè)科技,24(2), 122-124.
[4] 董貞, 張百勝, 典姣姣, & 惠明. (2014). 食品級葡萄糖酸鈉制備及應(yīng)用的研究進展.食品工業(yè),35(9), 242-245.