强力甜味剂三氯蔗糖的应用,和生产工艺探讨.doc

强力甜味剂三氯蔗糖的应用和生产工艺探讨

黄素梅 张海广 黎四芳
（厦门大学化学工程系 厦门361005）

摘要 本文综述了新型强力甜味剂三氯蔗糖的性质、应用和生产工艺，对各种工艺进行了综合评价，提出了最优生产工艺。
关键词 三氯蔗糖 蔗糖 甜味剂

甜味剂是世界上研究和销售最活跃的食品添加剂之一。人们最常服用的甜味剂是食糖。然而，食糖作为一种高热量、低甜度的食品添加剂，长期食用容易患肥胖、高血脂、糖尿病、冠心病和龋齿等疾病，严重危害人体健康。我国有大量上述疾病患者，因此开发低热量、高甜度的非营养型甜味剂以满足饮食发展和改变饮食结构的需要显得极为迫切。以蔗糖等为原料经脱氧、氯化衍生而得到的半天然半合成产品三氯蔗糖，因其甜度高，味质好，储存期长，无热量和安全性高等优点而被认为代表了目前强力甜味剂研究的最高水平和发展方向。国外已于1988年投产，而目前国内三氯蔗糖尚属空白，极具开发价值和生产应用前景。

1． 三氯蔗糖的性质与应用
三氯蔗糖，学名4，1’，6’—三氯—4，1’，6’—三脱氧半乳型蔗糖，是一种白色粉末状产品，极易溶于水（溶解度28.2克，20oC）甜度为蔗糖的600倍，且甜味纯正，甜味特性曲线几乎与蔗糖重叠。三氯蔗糖属非营养型强力甜味剂，在人体内几乎不被吸收，热量值为零。三氯蔗糖性质稳定，其结晶产品在20oC的干燥条件下储藏4年也很稳定。在水溶液中，在软饮料的pH范围内（pH= 3~5）和通常温度下，三氯蔗糖是所有强力甜味剂中性质最为稳定的一种，可以储藏一年以上而不发生任何变化。三氯蔗糖是纯天然产物蔗糖的衍生物，安全性极高。联合国粮农组织和世界卫生组织的食品添加剂专业委员会规定其每日允许摄入量为0~15mg/kg体重。美国，加拿大等许多国家早已批准使用，我国已于1997年7月1日起批准使用。
三氯蔗糖广泛应用于饮料、口香糖、乳制品、蜜饯、果冻布丁、糖浆、面包、糕点饼干、冰淇淋、果酱和酱菜等加工食品中。美国、加拿大等国已在多种食品中替代蔗糖和其它甜味剂。三氯蔗糖不损坏牙齿，不象蔗糖、果糖和麦芽糖那样可导致多种疾病也不象其他营养型甜味剂那样低甜价高。三氯蔗糖可供肥胖、心血管病和糖尿病等患者食用。在我国允许使用的各种甜味剂中，三氯蔗糖是各方面优点最多的一种。三氯蔗糖与几种常用的强力甜味剂的性能比较见表1。可以预见，三氯蔗糖在食品和医药中的应用将迅速推广。
表1 三氯蔗糖和常用强力甜味剂的性能比较

性能
甜味剂
甜度
甜味
稳定性
安全性
糖精
saccharin
300
带有苦后味
低
低，面临禁用
甜蜜素
cyclamate
30
与蔗糖相似
高
存在争论，美国、日本于1970年曾宣布禁用
天冬甜素
aspartame
180
与蔗糖相似 并有清凉感
在水溶液中不稳定易分解失去甜味
高
甘草甜素
glycyrrhizin
200
不纯正味觉延绵，有苦后味
低
高
甜叶菊苷
stevioside
200
甜味在口中不易消失，浓度高时有苦味
高
高
三氯蔗糖
sucralose
600
纯正,与蔗糖十分相似
高
高

2. 三氯蔗糖的生产工艺探讨
三氯蔗糖是将蔗糖分子中位于4、1’和6’三个位置上的羟基用氯原子取代而得。蔗糖分子中一共有8个羟基，要将其中特定位置上的3个羟基通过选择性氯化而取代，而其它位置上的羟基不发生变化，当然很困难。各个位置上的羟基的反应活性大小不一，使得三氯蔗糖的合成更为困难。目前三氯蔗糖的合成工艺一共有四种。第一种工艺是最早开发的合成工艺，是将蔗糖分子中所有的羟基全部保护起来，过程如下：
(1)用三苯氯甲烷将蔗糖在6，1’和6’三个伯碳位置上的羟基三苯甲基化；
(2)在5位仲碳位上将三—三苯甲基蔗糖乙酰化；
(3)去掉三苯甲基基团而形成2，3，4，3’，4’—五乙酰基蔗糖；
(4)将4位上的乙酰基迁移到6位上，形成2，3，6，3’，4’—五乙酰基蔗糖；
(5)将2，3，6，3’，4’—五乙酰基蔗糖的自由羟基氯化而得到三氯蔗糖五乙酰酯；
(6)三氯蔗糖五乙酰酯脱乙酰基而得到三氯蔗糖。
研究蔗糖分子中各个羟基对氯化的反应活性表明，反应活性顺序依次为6和6’位>4位>1’位>4’位>其他位。温和的氯化产生6，6’—二氯蔗糖，中度的氯化生成4，6，6’—三氯衍生物，而强烈的氯化则生成4，6，1’，6’—四氯衍生物，乃至4，6，1’，4’，6’—五氯衍生物。因此，只要将蔗糖分子中6位羟基保护起来，然后进行选择性氯化，最后除去6位的保护基团，就可得到三氯蔗糖，而不必将所有的羟基都保护起来。第二种合成三氯蔗糖的工艺就采用了6位基团保护法。以葡萄糖和蔗糖为原料，首先葡萄糖发酵生成葡萄糖—6—乙酸，然后经层析分离提纯。提纯后的葡萄糖—6—乙酸与蔗糖一起在酶的作用下生成蔗糖—6—乙酸。采用层析分离的方法可分离出70%纯度的蔗糖—6—乙酸，再经氯化得到三氯蔗糖—6—乙酸，最后脱去乙酰基即得到三氯蔗糖。总收率为16%。
第三种工艺是以棉子糖为原料，棉子糖在氧化三苯膦的存在下，用亚硫酰氯氯化而生成4，1’，6’，6”—四氯—4，1’，6’，6”—四脱氧半乳型棉子糖庚乙酸，然后脱去乙酰基得到4，1’，6’，6”—四氯—4，1’，6’，6”—四脱氧半乳型棉子糖，最后在酶的作用下，水解生成三氯蔗糖。总收率为27%。
第四种工艺是以蔗糖为原料，在催化剂对甲苯磺酸的作用下蔗糖与原乙酸三甲酯反应生成蔗糖—6—乙酸酯，再用氯化亚砜进行选择性氯化而生成三氯蔗糖—6—乙酸酯，最后脱去乙酰基，即得到三氯蔗糖，总收率为30% ~ 40%。
比较上述四种合成三氯蔗糖的工艺，第一种工艺需经六步反应过程，步骤较多，工艺流程复杂，不适合于工业化。第二种工艺步骤也较多，且发酵这一步代价较高，而且提纯中间产物较为困难，只能采用层析方法，不能采用结晶分离方法，所以工业生产时成本太高。第三种工艺步骤较少，方法也简单，但原料棉子糖尚未有大量商品供应，需从半乳糖和蔗糖溶液中合成，而且酶水解反应缓慢。第二种工艺和第三种都是化学和生物合成相结合的方法，投资大，收率低，需要在菌株的开发和优选，酶的活性，选择性和稳定性的提高等方面开展大量的工作。第四种工艺只需要三步反应过程，投资小，收率高，所用原料价格低廉，中间产物和产品易于分离提纯，可采取萃取和结晶的方法，适宜于工业化。与化学—生物法相比，生产成本降低50%以上。因此，第四种工艺是目前合成三氯蔗糖的最优工艺。

3. 结语
目前，我国蔗糖供大于求，价格呈下降趋势。从蔗糖生产高科技含量、高附加值的三氯蔗糖产品，以满足人民群众的生活和健康需要，具有重要的社会意义和经济价值。三氯蔗糖价廉物美，目前的售价只相当于等甜度下蔗糖的1/3 ~ 1/2左右，并且通过适当的复配，还能增加甜度，从而进一步为用户节省使用费用。因此，三氯蔗糖具有较强的市场竞争力。目前国内尚无生产三氯蔗糖的厂家，用户所需产品需要依赖进口解决，限制了该产品在国内的推广应用。但是三氯蔗糖由于其优秀品质，尽管生产技术难度较大，发展前景十分广阔。

参考文献
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High-intensity Sweetener sucralose: Application and Production Methods

Huang Sumei, Zhang Haiguang, Li Sifang
(Dept. of Chem. Eng., Xiamen University, Xiamen 361005)

ABSTRACT Properties, application and production methods of high-intensity sweetener sucralose are reviewed. The best method is proposed base on synthetical evaluation.
Key words sucralose, sucrose, sweetener
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