甜味剂三氯蔗糖

传统甜味剂一蔗糖

甜味剂是指赋予食品或饲料以甜味的食物添加剂田。甜味剂的甜度，现在还不能用物理或化学的方法定量地测定，只能凭人们的味觉感官判断，为比较甜味剂的甜度，一般选择一种甜味剂如蔗糖作为标准，其他甜味剂的甜度是与它比较而得出的。甜味剂按是其营养价值分为营养性甜味剂和非营养性甜味剂；营养甜味剂是指某甜味剂与蔗糖甜度相同时，其热值在蔗糖热值的2％以上。非营养型甜味剂是指热值低于蔗糖热值的2％。

作为传统型甜味剂的蔗糖，存在以下几个缺陷：

1、 食用后，细菌容易在口腔内发酵，发酵的结果转换成酸，侵蚀人体牙齿的珐琅质导致龋齿。

2、 参与人体的新陈代谢，在代谢过程中需要胰岛素，因此，糖尿病患者不宜多食，甚至要禁止食用。

3、 蔗糖甜度低，在人体内易转化为脂肪，使人体发胖，还会导致血液中甘油三酯和胆固醇含量升高，食用过多会使人体易得多种疾病，丿L童食用过多的糖，正餐食量会减少，以致蛋白质~矿物质~维生素等营养素得不到及时补充，出现营养不足，影响正常发育；中青年食糖过多，易引起体内脂肪沉积，身体发胖，导致如心血管病，糖尿病等疾病；老年人食糖过多，使体内维生素Bl的含量减少，大大降低了神经和肌肉的活动能力，易使骨质疏松，易骨折，并对心血管等器官也有危害[2]。

所以近年来，人们不断开发新型高甜度~低热值的甜味剂来取代蔗糖，而三氯蔗糖

正是人类开发的一种性能优良的强力甜味剂。

新型甜味剂三氯蔗糖

三氯蔗糖[3]化学名是4，1 ' 三氯-4，1 ' 三脱氧半乳型蔗糖。 结构

式如图：

图1-1三氯蔗糖的结构式

三氯蔗糖的分子式为C12H19C13O8，分子量：397 · 64，是一种白色粉末状产品，易溶于水~乙醇和甲醇，水中溶解度约为28.2g（20 ℃），熔点125~126 ℃，密度为1.66g/cm3（20 ℃），表面张力是71.8mN/m（20 ℃，0· lg/ 100ml），pH值为5~8（水溶液）ADI值是0~15mg/kg, LD值为15g/kg. 是目前唯一以蔗糖为原料生产的功能性甜味剂，其甜度是蔗糖的600倍，且甜味纯正，甜味特性十分类似蔗糖，没有任何苦后味；无热量，不龋齿，稳定性好，在水溶液中特别稳定[4]。

三氯蔗糖的特点

三氯蔗糖甜度作为一种白色粉末状产品，三氯蔗糖甜度为蔗糖的600~800倍，是阿斯巴甜的3倍，甜味特性较接近蔗糖，无后苦味，是一种不致龋齿的强力甜味剂。

物理状态为水溶液澄清透明，水溶液在pH=5时稳定性最好（软饮料pH值范围为3~ 5），化学性质非常稳定，可以贮藏1年以上而不发生任何变化，结晶物贮存4年未发现变化，甚至在高温下甜味也不会变化，并且与食物中的蛋白质~果胶等成分不起化学反应。在烘烤工艺中甜度更稳定，是所有强力甜味剂中性质最为稳定的一种。作为一种新型的甜味剂，三氯蔗糖有以下几个特点·

1、 甜度高

三氯蔗糖是目前世界上强力甜味剂开发研究中较高水平的产物，目前，在现有的基础上新近开发出的三氯三脱半乳蔗糖，是蔗糖甜度的2000倍以上。

2、 安全性高

通过一些发达国家对其使用十多年的实践表明，该产品安全，无毒副作用，没有任何安全毒理方面的争议，ADI值为15mg/kg. 在人体内几乎不被吸收，热量值为零，是糖尿病人的甜味代用品。

3~性质稳定

三氯蔗糖是目前所有强力甜味剂中性质最稳定的一种，没有化学活泼基团，与其它食品组分发生化学反应的可能性很小，因此可在任何食品配料系统和加工过程中使用。

4~水溶液化学稳定性好

三氯蔗糖水溶液在高温下甜味不变，而且与食物中的蛋白质~胶等主要成分不起化学反应，在焙烤工艺中甜度更稳定

三氯蔗糖在食品工业中的应用

由于三氯蔗糖的口感最接近蔗糖，pH适应范围广，从酸性到中性都能使食品有良好的甜味，同时，三氯蔗糖对由维生素和各种机能性物质产生的苦味~涩味等不良风味有掩盖效果，这一特性可以应用在一些果汁饮料~功能性饮料及口服液中；三氯蔗糖对辛辣~奶味等有增效作用，对酸味~成味有淡化效果，这些特性使它可以广泛应用在食品加工中。

根据三氯蔗糖物化特性和优点，在食品工业中具有广泛的应用前景和适用范围，

从安全角度来看，经过发达国家长达十多年的药理~毒理~生理等严格的试验，证明对人体是安全的，1990年该产品得到联合国粮农组织和世界卫生组织(WHO/FAO)的

联合食品添加剂专家委员会的批准，并以商品名'Sucralose ”向全世界宣传与销售。目前，中国~美国~英国~日本~加拿大~俄罗斯~澳大利亚等国家己被允许作为食品添加剂使用。依据我国的《食品添加剂监管简明手册》对三氯蔗糖作为食品添加剂的使用范围有以下若干类：餐桌甜味剂~果汁（味）型饮料~酱菜类~复合调味料~配制酒~雪糕~冰淇淋~冰棍~糕点~饼干~面包~不加糖的甜罐头水果~改性口香糖~蜜饯~饮料~固体饮料~浓缩果蔬汁~色拉酱~芥末酱~早餐谷物~甜乳粉~糖果~风味或果料酸奶~发酵酒~果酱类~水果馅~热加工过的水果或脱水水果~果冻类食品~酱及酱

丨品~醋~蚝油~酱油~调味乳。

三氯蔗糖的合成

由于三氯蔗糖的优异的性能特点，使其具有巨大的商业价值，自1976年由英国 Tale&Lyle合成成功以来，对它的合成研究工作十分活跃，其合成方法主要有：全基团保护法，单基团保护法和化学一酶法等。

全基团保护法

全基团保护法又称五步法，是合成三氯蔗糖最早使用的方法，其原理是将蔗糖与三苯基氯甲烷反应，因三个苯基的空间位阻效应，仅蔗糖分子中6，1 '，6 '位三个羟基反应酯化，然后再与乙酐反应使其余5个仲羟基酯化，接着6，1 '，6 '位脱去三个三甲苯基还原为羟基，而4位乙酰基可在一定条件下迁移到6位，再氯化4，1 '，6'位三个羟基，最后脱去其余5个乙酰基还原为羟基即4，1 '，6 ' 三氯蔗糖。该法是利用蔗糖分子中4~6位基团在某些特定条件下能发生基团迁移的特点，先将蔗糖分子中的伯羟基利用空间位阻效应保护起来，再经乙酰化~去保护基~基团迁移~氯化~脱乙酰基等步骤得到三氯蔗糖.

全基团保护法合成路线可以表述如下：

蔗塘 TRLSPA 4 · PAS

图1-2全基团保护法合成路线图

全基团保护法的优点是整个制备过程不需色谱分离~产品纯度高~得率亦比较高；但制备路线长，缺点是需要消耗昂贵的吡啶~三苯基氯甲烷等原料造成成本较高。

单基团保护法

三氯蔗糖是蔗糖分子中4，1 '，6 '位羟基被氯离子取代的产物。蔗糖分子中共有8个羟基，由于位置的不同，其化学反应活性有较大差异，三氯蔗糖合成的关键是如何进行选择性的氯化问题。蔗糖分子中的C-6位羟基对其甜度起重要作用，因此，应设法屏蔽 C-6位羟基使之不被氯化，而只氯化4，1 '，6 '位上的羟基。单基团保护法的原理就是设法将活泼的C-6位羟基进行单独保护，然后通过选择性氯化取代C-4, 1 '，6 '位上的羟基，最后脱去C-6位上的保护基团生成三氯蔗糖。其关键技术有2个：一是如何提高蔗糖-6-酯的纯度和收率；二是如何提高选择性氯化的收率。整个制备过程需三个步骤来完成：第一，利用适当的保护基团，在适宜的反应条件下，对蔗糖分子中的C-6位羟基进行单基团保护；第二，选用适当的氯代试剂选择性氯代蔗糖C-4, 1 '，6'位羟基；第

，脱去C-6位上的保护基团使其恢复为自由羟基，从而可以得到三氯蔗糖[ 12]

单基团保护法的基本合成路线如下：

图1-3 单基团保护法合成路线图

1、 蔗糖-6-乙酸酯的合成

在装有搅拌器~冷凝器~温度计的1000ml四口瓶中，加入蔗糖70g和DMF245ml, 加热到60 ℃，待蔗糖溶解，冷却至室温，加入环己烷100mL和二丁基氧化锡54g。升温至93 ℃回流4.5h，然后降温到5 ℃以下，滴加溶有20ml醋酸酐的DMF50ml0约 10min滴加完毕，控制温度10 ℃以下，在低温下反应lh. 然后升温至20 ℃反应1.5h. 将反应液倾入1000ml分液漏斗，用1000ml环己烷分5次萃取有机锡。萃取余液中加入 550ml甲苯，待下步反应。将蔗糖-6-乙酯DMF溶液减压抽干溶剂，加入少量甲醇，得白色针状晶体，熔点68~72 ℃。环己烷和二丁基氧化锡回收循环利用。

2、 三氯蔗糖-6-乙酸酯的合成

在装有搅拌器~冷凝器~温度计的500ml四口瓶中，加入200ml蔗糖单酯的DMF~甲苯溶液，放在冰水浴中冷却，滴加36ml三氯氧磷，控制滴加温度20 ℃以下，在低温下反应lh。向反应器中加入0.5g抗氧剂，升温至75 ℃~80 ℃反应lh,再升温至105 ℃~ 110 ℃回流4h,反应结束。用冰水浴冷却，先加入150ml乙酸乙酯充分搅拌后，用3mol/L氢氧化钠溶液中和至中性，搅拌100min,过滤。滤饼用100ml乙酸乙酯洗涤，滤液用500ml乙酸乙酯分5次萃取。合并乙酸乙酯层，再用200ml饱和食盐水分两次洗涤后，加入10g活性炭脱色，60 ℃真空下浓缩，冷却得浓缩液。取两次以上浓缩液溶于30ml 乙酸乙酯中，充分搅拌，静置冷却，结晶、过滤，得到的白色物质再用少量乙酸乙酯洗涤，得到三氯蔗糖单酯晶体，母液重结晶进一步回收。将三氯蔗糖单酯晶体在水中和乙酸乙酯分别重结晶两次，得白色针状三氯蔗糖单酯的晶体10· 8g。其熔点76 ℃~78 ℃。

3、 三氯蔗糖的生成

取10g水和乙酸乙酯重结晶后的三氯蔗糖单酯，溶于20ml甲醇钠一甲醇溶液中，在常温下反应4h,中和、过滤。滤液真空干燥，得白色泡沫状物质，溶于70ml纯水中，用20ml乙酸乙酯萃取，水层直接浓缩得白色泡沫状固体，干燥得三氯蔗糖7.8g。其熔点123 ℃~125 ℃。溶剂回收。

展望单基团保护法，其出现再全基团保护法后，充分利用了羟基在酯化、缩醛化、氯化反应中的活性差别，缩短了反应路线，减少了原来的消耗，大大降低了成本，工业前景比较广阔。但由于保护和氯化两步要求选择性好，产率高，对技术工艺要求更高，一是要提高6位保护的蔗糖纯度和收率，二是要提高选择性氯化的收率。近年来国内外研究的热点也主要是在这两个方面。

酶一化学联合法

酶一化学法是利用酶的专一性将糖类物质中的C-6位羟基以酶法酰基化保护，再经氯化、脱酰基、分离等步骤合成。Tate&Ly1e公司首先提出的双酶一化学联合法，是以葡萄糖和蔗糖为原料，在枯草杆菌和果糖转移酶的作用下，生成葡萄糖-6-乙酸酯 (G-6-a)和蔗糖-6-乙酸酯(S-6-a)中间物，再经氯化、脱乙酰基得到三氯蔗糖。合成路线如下所示：

图1-4酶一化学联合法路线图一

Stephen B等先将蔗糖羟基全部乙酰化得八乙酰基蔗糖，再利用一个酶选择性地脱去三个乙酰基，得到所希望的中间体6-PAS,最后进行氯化和脱乙酰基得到三氯蔗糖。

合成路线如下所示：

图1-5酶一化合联合法路线图二

1989年Philip J · Simpeon等提出用蔗糖与原乙酸三甲酯反应生成蔗糖甲酯4、6-原乙酸酯，经开环，蔗糖-4-乙酯迁移得到高收率的蔗糖-6-乙酯，但由于原乙酸三甲酯无法回收循环使用而使工业成本仍然偏高。1990年JuanL . Navia等首次提出利用催化剂的高选择性反应合成高收率的蔗糖-6-乙酯，该法具有一定的先进性，但也存在一定的局限性，如工艺复杂，生产成本高，反应选择性差，产品提纯工艺复杂，二丁基氧化锡具有一定的毒性等缺点

郑建仙等采用棉籽糖为原料的化学-酶法合成三氯蔗糖，由于棉籽糖的半乳糖残基正好位于蔗糖C-6位上，充当着蔗糖C-6位上天然保护基团的角色，以棉籽糖为原料，只需两步反应即可得到三氯蔗糖。具体操作步骤：棉籽糖在氧化三苯膦的存在下，采用亚硫酰氯氯化，经脱乙酸作用后生成4，1 '，6 '，6'一四氯一4，1 '，6'，6 '一四脱氧半乳糖棉籽糖(TCR)。30 ℃时，TCR在a-半乳糖苷酶的作用下水解即可生成三氯蔗糖。

该方法工艺简单，可操作性强。

酶-化学联合法是近年来兴起的一种合成方法，由于酶法原料昂贵且未发现专一性很好的酶，产量和纯度也都偏低；同时，考虑到目前还无法解决原料棉籽糖的工业化生产以满足需求，再者，TCR水解反应的速度缓慢也是急需要攻关的课题，故需要突破这两个问题才能实现工业化的生产。