《Bioresource Technology Reports》：Process improvement for high-quality palm kernel amidopropyl betaine (PKAPB) from splitted palm kernel fatty acid (SPKFA)
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椰子脂肪酸衍生表面活性剂合成优化及品质控制研究。通过氮气 purge 和 DMAPA 补充优化棕榈核脂肪酸 amidopropyl betaine (PKAPB) 合成工艺，解决氧化和褐变问题，使 PKAPB 满足商业 cocamidopropyl betaine (CAPB) 标准。
Astri Nur Istyami | Meiti Pratiwi | Adhelya Zahra Nafisa | Denisa Putri Bunda
印度尼西亚万隆理工学院工业技术学院化学工程系，Ganesha校区Labtek X大楼，Ganesha路10号，40132
摘要
Cocamidopropyl betaine (CAPB) 是一种温和的阴离子表面活性剂，广泛用于护理和清洁产品中。2020年，印度尼西亚进口了15,000吨CAPB，反映出国内需求的强劲。为了减少对进口CAPB的依赖，本研究探讨了使用本地可获得的原料——裂解棕榈仁脂肪酸（SPKFA）来生产棕榈仁酰胺丙基甜菜碱（PKAPB）。与纯化的月桂酸不同，SPKFA无需进行分离处理，但存在氧化和产品变褐等挑战。本研究考察了酰胺化过程中通入氮气以及添加二甲氨基丙胺（DMAPA）对产品质量的影响。产品通过酰胺化和羧甲基化反应合成，并根据酸值、粘度、活性物质含量和颜色进行了评估，以符合商业CAPB的标准。通入氮气流量达到100 mL/min时，虽然提高了产品的透明度，但由于DMAPA的损失，酸值和粘度也有所增加。补充30%以上的DMAPA可以缓解这一问题，从而获得更稳定的产品。优化后的PKAPB达到了商业CAPB的指标，显示出其作为可持续、本地化替代品的潜力。
引言
COVID-19大流行提高了全球对卫生的认识，推动了对清洁和个人护理产品的需求。作为这些配方中关键成分的表面活性剂使用量显著增加。Cocamidopropyl betaine (CAPB) 是一种常用的表面活性剂，因其温和性和与强阴离子表面活性剂的配伍性而受到青睐（Nicander等人，2003年）。尽管如此，印度尼西亚仍严重依赖CAPB进口，每年进口量约为15,000吨，价值2000万美元（BPS，2021年）。开发本地替代品可以减少进口依赖，并满足市场对天然、可生物降解表面活性剂的需求。
传统上，CAPB是由月桂酸合成的。然而，它也可以使用含有6-18个碳原子的饱和或不饱和脂肪酸混合物来生产（Acikalin等人，2016年）。作为世界上最大的棕榈油生产国，从裂解棕榈仁脂肪酸（SPKFA）合成的棕榈仁酰胺丙基甜菜碱（PKAPB）提供了一个有前景的解决方案。SPKFA是棕榈仁油水解的产物，富含月桂酸且在本地丰富。其使用无需分离处理，有可能降低生产成本和环境影响。
然而，SPKFA中的不饱和脂肪酸会导致氧化和变褐等问题，影响最终表面活性剂的质量。初步试验表明，如果不进行氮气冲洗或添加二甲氨基丙胺（DMAPA），会发生副反应，导致产品颜色变深和粘度增加。这种变深可能与不饱和脂肪酸的氧化降解有关，可能产生了共轭双键和次级氧化产物。这些反应会导致粘度增加和颜色恶化，从而影响最终表面活性剂的质量（Almeida，2021年；Chang，2022年）。高温会加速这些氧化过程，使产品变色更加严重。
基于这些发现，本研究旨在通过在酰胺化过程中通入氮气和添加DMAPA来提高SPKFA制备的PKAPB的质量。目标是开发出符合商业CAPB标准的优化生产过程。该过程利用本地丰富的SPKFA作为原料，无需进行脂肪酸分离。
原材料和化学试剂
裂解棕榈仁脂肪酸（SPKFA）是用于生产棕榈仁酰胺丙基甜菜碱（PKAPB）的原料。SPKFA由PT. Musim Mas提供，主要含有中链饱和脂肪酸，尤其是月桂酸（C12:0，45-52%）、肉豆蔻酸（C14:0，14-17%），以及少量的油酸（C18:1，14-18%）和棕榈酸（C16:0，8-10%）（Teixeira等人，2019年；Hidayat等人，2021年）。
氮气流量对PKAPB质量的影响
棕榈仁酰胺丙基甜菜碱（PKAPB）最初是在155至165°C的高温下通过酰胺化反应合成的（Acikalin等人，2016年）。这些温度选择基于Acikalin的专利作为工业基准。较高的反应温度可以加速脂肪酸与DMAPA之间的反应，但也会增加DMAPA的挥发。在这些温度下，会发生氧化等副反应。
结论
本研究发现，氮气流量显著影响棕榈仁酰胺丙基甜菜碱（PKAPB）的质量，而二甲氨基丙胺（DMAPA）的添加效果相对较小。增加氮气流量可以提高产品的透明度，但也会导致酸值和粘度升高，这可能是由于DMAPA的损失。额外添加30%以上的DMAPA仅在实验室条件下略有改善，方差分析（ANOVA）确认这些改善不具有统计学意义，表明实际效果有限。
会议报告
本文在2024年11月13-14日于印度尼西亚巴厘岛举行的第28届区域化学工程研讨会（RSCE 2024）上进行了展示，报告题目为：“利用裂解棕榈仁脂肪酸（SPKFA）提高棕榈仁酰胺丙基甜菜碱（PKAPB）的生产质量”。
作者贡献声明
Astri Nur Istyami：撰写、审稿与编辑、验证、监督、方法论、概念构思。
Meiti Pratiwi：撰写、审稿与编辑、验证、监督、方法论、概念构思。
Adhelya Zahra Nafisa：撰写初稿、可视化处理、验证、正式分析。
Denisa Putri Bunda：撰写初稿、可视化处理、验证、正式分析。
写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备本文时，作者使用了ChatGPT来提高语言的清晰度和可读性。使用该工具/服务后，作者对内容进行了必要的审稿和编辑，并对出版物的内容负全责。
资金来源
本研究得到了印度尼西亚油棕种植园基金管理机构（BPDPKS）在可持续棕榈油产品开发研究资助计划下的支持。作者衷心感谢BPDPKS的财政支持，使这项工作得以完成。
未引用的参考文献
Badan Pusat Statistik, 2022
BASF, 2019
Burnett等人，2012
Food and Agriculture Organization, 2023
Istyami等人，2025
Myers, 2006
Nakama, 2017
Tadros, 2005
利益冲突声明
作者声明以下可能构成潜在利益冲突的财务利益和个人关系：Meiti Pratiwi表示获得了印度尼西亚油棕种植园基金管理机构（BPDPKS）的财务支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
