双乙酸钠的研究及应用综述

双乙酸钠的研究及应用综述(西华大生物工程学院，崔晓红)摘要：双乙酸钠,简称SDA，是一种多功能的食用化学品，主要用作食品和饲料工业的防腐剂、防霉剂．螯合剂、调味剂、PH调节剂、肉制品保存剂，也是复合型防霉剂的主要原料。

本文介绍了双乙酸钠的特性，防腐机理，生产方法，制备，应用及市场前景等。

关键词：防腐；生产方法；应用；市场前景；特性1 前言随着人们生活质量的日益提高和环保意识的增强，对化学防腐剂的毒性和残留问题愈加重视。

理想的化学防腐剂应是广谱、高效、低毒或无毒，对人和生物、生存环境没有破坏和副作用，在人体和动物体内不积累、无残留成分，最终代谢产物是水和二氧化碳，适应性好, 价格便宜。

防腐防霉剂双乙酸钠就是这样一个产品。

双乙酸钠（简称SDA）又称双乙酸氢钠、二醋酸一钠，是醋酸和醋酸钠的复合化合物，外观为白色吸湿性晶体粉末，略有醋酸气味，易溶于水和乙醇。

国外商品名称为维他可乐波（YITA-CROP），在美国称为CROP-CURE 或GRATNCURE，日本则称为固体醋酸。

由于它安全、无毒、无残留、无致癌、无致畸变, 被联合国卫生组织公认为“O”毒性物质，联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）已将双乙酸钠推荐应用于食品、饲料方面的防霉保鲜。

双乙酸钠在我国是一种新型的多功能绿色食品添加剂，主要用于粮食、食品的防霉、防腐、保鲜、调味和改善营养价值，此外还广泛用于烘烤食品、调味品、酱菜、雪菜、榨菜、肉食品、果汁饮料等加工食品之中，是目前替代山梨酸钾、苯钾酸钠、丙酸钙等防腐剂的理想产品[2]。

2 双乙酸钠的研究2.1 双乙酸钠的特性2.1.1 营养性能够增加饲料的营养价值是SDA 的独有特性。

在动物生产中，添加SDA 的饲料可以降低料肉比，提高猪的瘦肉率和牛奶乳脂率，从而提高饲料报酬。

SDA 用于牧草青贮防腐，可提高牧草中蛋白质的利用率。

2.1.2 适口性在食品中SDA 不仅可起防腐剂作用，还起优良螯合剂作用，可延长食品保存期；同时改善、维持食品风味。

饲料中SDA 的酸味掩盖了添加的合成药物及多种微量元素的不适气味，使许多畜禽更喜爱食用含SDA 的混合饲料，从而提高采食量和日增重，大大提高投入产出比。

2.1.3 高效性在新收割的粮食或饲料中添加0.15%～0.75%的SDA 溶液，就能有效防止霉变。

SDA的防腐效果优于目前广泛使用的丙酸盐类、山梨酸类，而其添加量比丙酸盐的低，价格却只有丙酸盐的2/3(目前市场价：丙酸盐约15 000 元/t；SDA 约10 000 元/t)。

SDA 与山梨酸及其盐、与PM防霉防腐剂均有很好的协同防霉作用；当它与山梨酸以7: 3 比例复配时，能显著提高SDA 的防霉能力，比单独使用时效果提高6.3倍。

刘治雄等(1997)以SDA 为主要成分，并加入配料和填充剂，组成增效双乙酸钠，添加0.1%用量时的防霉效果优于同剂量的富马酸二甲酯，且防霉成本较低。

2.1.4 安全性SDA 的毒性很低，小鼠口服LD50为3.31g/kg；大鼠口服LD50 为4.96g/kg；每人每天允许摄入量(ADI)为0～15mg/kg。

SDA 在体内最终代谢产物为二氧化碳和水，无残留，无任何毒副作用，没有致癌、致病因素；同时适量摄入醋酸还有益于人、畜健康，被列为国际开发利用的一种食品及饲料使用的营养型防霉保鲜添加剂。

因此，SDA 是一种环境友好的产品，将成为首选的食品、粮食和饲料防霉剂[5]。

2.2 双乙酸钠防腐、防霉、抑菌机理双乙酸钠的抗菌(包括抗真菌、霉菌、细菌)作用来源于乙酸，乙酸分子与类脂化合物的相溶性较好，乙酸可透过细胞壁(未离解的乙酸比离子化的乙酸能更有效地渗透霉菌组织的细胞壁)，使细胞内蛋白质变性，从而起到杀菌的效果[1]。

双乙酸钠主要是通过有效地渗透霉菌的细胞壁而干扰酶的相互作用, 抑制了霉菌的产生, 从而达到高效防霉、防腐的功能。

双乙酸钠从化学分子结构上讲, 是有短氢键结合的双分子盐, 是分子化合物( CH3COONa!CH3COOH!XH2O) , 并含有可释放的40%的游离乙酸分子, 在水溶液中呈酸性, 释放出的乙酸能渗入霉菌组织的细胞壁, 干扰细胞内各种酶的体系而产生作用, 使细胞内蛋白质变性、抑制微生物生长繁殖, 从而起到抗菌作用。

但它对食品中所需要的乳酸菌、面包酵母几乎不起什么作用, 能保护食品的营养成分, 这种特性使得双乙酸钠被列为一种很不寻常的食品添加剂[3]。

双乙酸钠对菌类(包括真菌、霉菌、细菌) 具有很强的抑制作用。

其分子内的单分子乙酸可以降低物质的pH 值,并且与酯化合物相溶性较好,因而可以透过细胞壁,有效地渗透进入菌类组织的细胞中,干扰细胞间酶的相互作用,促使菌体蛋白质的变性,且改变细胞形态和结构,达到菌体脱水死亡目的,起到抗菌防腐的作用。

由于SDA 是霉菌和细菌的高效抑制剂,尤其是对黄曲霉毒素有较强的抑制作用,所以它可以高效抑制人类食用的肉类、蔬菜、水果、玉米、麦类、花生、谷物、豆类、面包及其它农产品常见的10 余种霉菌素(孢子) 和4 种细菌核素的发生、滋长和蔓延[4]。

2.3 双乙酸钠与其他常用防腐剂的比较目前, 我国食品防腐剂主要采用苯甲酸钠及山梨酸钾, 但80% 以上的食品采用的是苯甲酸钠。

苯甲酸钠在工业生产中用催化氧化或空气氧化甲苯制取苯甲酸, 再与碳酸氢钠反应制取苯甲酸钠, 其作用机理是阻碍霉菌和细菌对氨基酸的吸收, 抑制微生物细胞的呼吸酶、大肠肝菌的氧化还原酶等的活性, 干扰细菌体内的代谢过程。

由于苯甲酸钠价格便宜, 所以是目前使用最多的防腐剂之一, 但添加后使食品产生涩味,山梨酸钾由丁烯醛和丙酮在催化剂作用下反应制成山梨酸, 由碳酸钾或氢氧化钾中和制成山梨酸钾。

主要作用机理是对酶和对细胞膜的作用, 在酸性条件下能充分发挥防腐作用, 中性时作用较低。

山梨酸钾与其它防腐剂相比毒性较低, 其毒性是食盐的1/ 2, 是苯甲酸钠的1/ 5, 防腐效果比苯甲酸钠高, 价格是苯甲酸钠的8~ 10倍, 但由于价格昂贵, 我国食品中使用较少。

山梨酸钾在空气中稳定性较差, 在光合作用下易被氧化着色, 且添加后使食品产生怪味。

丙酸盐要达到与双乙酸钠相同的防霉效果, 添加量超出双乙酸钠的一倍以上, 有腐蚀性和低毒性, 而且又苦又涩,会影响食品的口感。

富马酸二甲酯与双乙酸钠相比, 两者防霉效果相当, 但富马酸二甲酯在生产或使用过程中, 会刺激人体皮肤,引起搔痒和红肿, 也有较低的毒性, 而且产品易于受潮结块, 使用很不方便。

虽然我国允许在食品中添加上述防腐剂, 但它们均有一定毒性。

近年来, 由于健康意识的不断增强, 我国出口的食品及调味品中, 外商大多不允许添加苯甲酸钠及山梨酸钾, 我国消费者也开始选择不含防腐剂的食品。

所以, 双乙酸钠作为一种无毒高效的防腐剂已成为生产者的首选[3]。

2.4 双乙酸钠的生产方法目前，工业上双乙酸钠的生产方法主要有醋酸钠与醋酸法、醋酸与碳酸钠法以及醋酸和氢氧化钠法等。

2.4.1 醋酸-醋酸钠反应法这种方法可分为气相法和液相法。

气相法是将醋酸与醋酸钠在硫化床反应器中, 以N2或CH4作为流动介质，在100～250℃的温度下反应制得双乙酸钠。

该方法的优点是生产能力大，但对工艺条件的控制要求严格，且废气中有大量的酸雾，必须回收，否则会产生污染。

液相法是将醋酸与醋酸钠在乙醇溶液中，于60～80℃下反应制得。

该方法的优点是工艺简单，反应平稳易控制，但半成品的熔点很低（50～60℃），成品干燥温度必须加以限制，而且乙醇必须回收。

2.4.2 醋酐-醋酸钠法该法是将质量比为1：2 的醋酸酐和醋酸钠在一定量水存在下反应得到双乙酸钠。

该方法用乙醇作溶剂，反应收率也比较高，但反应时间长，原料中醋酸酐的成本也较之醋酸高，在经济上不合算，故较少用于工业生产。

2.4.3 醋酸～醋酸酐-碳酸钠法该方法是将醋酸与醋酸酐的混合物（质量比为2：1）在一定条件下与碳酸钠反应生成双乙酸钠，再经过静置、结晶、粉碎、干燥得到成品。

该方法所得到的产品颗粒细小均匀，但原料中醋酸酐价格较高，反应时间长，收率较低，生产成本高，反应过程中有大量CO2产生，故也很少用于工业生产。

2.4.4 醋酸-碳酸钠法该方法根据反应介质的不同，有以乙醇为溶剂和以水为溶剂以及不加溶剂3 种生产工艺。

2.4.4.1 以乙醇为溶剂法以乙醇为溶剂的方法是在醋酸中逐渐加入碳酸钠，醋酸与碳酸钠的摩尔比为4（0.995～1.035），在乙醇溶剂中室温下反应，当生成的醋酸钠物料变稠时及时加热到80～83℃，回流30 分钟，最初无母液循环时，乙醇用量为反应物的40%，有母液循环时乙醇用量仅为反应物的10%，母液循环量为反应物的表77%左右，反应完成后冷却到25℃结晶，此时晶体析出率可以达到70%，再经过分离干燥得到成品，收率为95.95%。

该方法的原料价廉易得，工艺简单，成本低，收率高，但母液不能完全回收利用，需要配置溶剂回收装置。

2.4.4.2 以水为溶剂法以水为溶剂的方法是将固体碳酸钠用水溶解后滴加醋酸，碳酸钠与醋酸摩尔比为0.27：1，碳酸钠与水的摩尔比为（0.4～0.5）：1，在60～70℃下恒温反应3小时，然后在搅拌速度为60r/min、降温速度2℃/min 条件下将温度降低到20～50℃结晶，离心分离、滤饼经过干燥得到产品。

滤液经过蒸发器脱水30%后作母液循环利用，产品收率在96%左右，产品质量符合美国食品级标准。

以水代替乙醇作溶剂一步法合成双乙酸钠，工艺安全可靠，原料价格低廉易得，能耗低，收率高，母液可循环使用，无三废污染问题。

2.4.4.3 不加溶剂法该方法是在反应器内加入计量的醋酸和碳酸钠，投料物质的质量比为3.77：1.00～4.30：1.00，搅拌并加热到90℃，反应3h，反应完毕后，控制结晶的冷却速度为（2.5～3.0）℃/min，冷却、结晶、过滤、干燥得到双乙酸钠产品，产品质量符合国家标准。

该方法不需要外加溶剂介质，所得结晶产品颗粒均匀，且分散性好，母液可以完全循环利用，反应过程中没有废液排出，符合环境友好工艺的要求。

2.4.5 醋酸-氢氧化钠法该方法是以醋酸和氢氧化钠为原料，不用外加溶剂，一步合成双乙酸钠。

在装有搅拌器的反应釜中，加入计量的醋酸，开启搅拌并加热至90～100℃，缓慢加入氢氧化钠，醋酸和氢氧化钠的质量比为2.1：1.0～2.2：1.0，恒温反应1.0～2.0h，冷却至室温结晶，控制结晶搅拌速度为50r/min，冷却降温速度为6℃/min，经真空干燥得成品，收率在97%以上。

该工艺流程简单，容易操作，成本低，质量稳定，达到国家标准，无“三废”排放，是绿色环保生产工艺。

通过以上各种生产双乙酸钠方法的比较分析可以看出，双乙酸钠最适宜的生产方法是醋酸-碳酸钠法和醋酸-氢氧化钠法，尤其是以醋酸-氢氧化钠一步法最为理想。