三氯蔗糖工藝

三氯蔗糖是以蔗糖為原料經氯代而製得的一種非營養型強力甜味劑，其化學名4，1’，6’—三氯—4，1’，6’—三脫氧半乳型蔗糖，是一種白色粉末狀產品，極易溶於水（溶解度28.2克，20oC），水溶液澄清透明，其甜度是蔗糖的400～800倍。

基本介紹

• 中文名：三氯蔗糖工藝
• 原料：蔗糖
• 概括：非營養型強力甜味劑
• 物理性質：是一種白色粉末狀產品

優點

三氯蔗糖具有如下優點：（1）水溶液化學穩定性好，高溫下甜味不變，而且與食物中的蛋白質果膠等主要成分不起化學反應，在焙烤工藝中甜度更穩定。（2）無毒副作用，在人體內幾乎不被吸收，熱量值為零，是糖尿病人的甜味代用品。（3）甜味純正，與蔗糖一樣沒有不愉快的苦後味和其他怪味，它不被齲齒病菌利用,所以不會引起齲齒。正是基於這些優點，三氯蔗糖是目前食品和醫藥領域研究開發的熱點。本文就筆者所了解的知識，對近年來國內外有關三氯蔗糖的合成工藝與套用研究進展作一介紹和述評，為我國今後在這一領域的研究提供一些參考。

三氯蔗糖的合成方法

三氯蔗糖是將蔗糖分子中位於4、1’和6’三個位置上的羥基用氯原子取代而得。蔗糖分子中一共有8個羥基，要將其中特定位置上的3個羥基通過選擇性氯化而取代，而其它位置上的羥基不發生變化，當然是很困難的，又因為各個位置上的羥基的反應活性大小不一，使得三氯蔗糖的合成更為困難。目前三氯蔗糖的合成工藝主要有三種。

化學合成法

這是Tate & Tyle公司於1976年研究成功的方法，它以蔗糖為原料，首先在蔗糖的6，1’和6’三個伯碳位上的羥基三苯甲基化後乙醯化，使蔗糖分子的8個羥基全部反應，然後脫去三苯甲基基團形成五乙醯基蔗糖，接著將4位上的乙醯基遷移到6位上，再進行氯化，最後脫乙醯基而得到三氯蔗糖。

化學－酶合成法

化學－酶法合成三氯蔗糖，是採用了 6位上的基團保護法，它以葡萄糖和蔗糖為原料，首先葡萄糖發酵生成葡萄糖—6—乙酸，然後經層析分離提純後與蔗糖一起在酶的作用下生成蔗糖—6—乙酸，再經氯化得到三氯蔗糖—6—乙酸，最後脫去乙醯基即得到三氯蔗糖。

單酯法

這是近幾年備受重視的方法。它是以蔗糖為原料，用化學方法，使蔗糖6位上的羥基生成單酯，即蔗糖—6— 酯，再用適當的氯化劑進行選擇性氯化而生成三氯蔗糖—6— 酯，最後脫去酯基，經結晶提純即得到三氯蔗糖。

三種方法的比較

上述合成三氯蔗糖的工藝，化學合成法步驟較多，工藝流程複雜。化學－酶法步驟也較多，其中發酵這一步代價較高，且提純中間產物較為困難，不能採用結晶分離方法，而只能採用層析方法，顯然工業生產時成本太高。單酯法只需要三步反應，投資小，收率高，成本低，中間產物易於分離提純，可採取萃取和結晶的方法，最適宜於工業生產，這是目前合成三氯蔗糖的最理想的工藝。

單酯法的合成工藝進展

九十年代開始，單酯法的合成工藝研究活躍，採用不同的反應物和不同的分離方法，產物收率大不一樣，以下簡要介紹幾種單酯法合成工藝 。

蔗糖－6－酯的合成與分離

單酯法的第一步是蔗糖與醯化劑反應生成所需的蔗糖－6－酯。對醯化劑的要求是其生成的蔗糖酯對下一步反應所用的氯化劑是穩定的，並且醯化劑隨後易於水解，常用的醯化劑有原乙酸三甲酯，乙酸酐，安息香酸酯和丙酐等。無論採用何種醯化方法，關鍵在於控制反應條件使蔗糖主要生成單酯，並且儘可能是在6位酯化。乙酸酐—吡啶體系特別適合於這種指定在蔗糖6位上的酯化，產物蔗糖－6－酯的收率最高可達40%以上。但是需要控制反應溫度在—20℃以下，反應時間較長。在酸催化劑作用下採用原乙酸三甲酯作為醯化劑，反應條件溫和，可在室溫下進行。催化劑必須是強酸，常用的有對甲苯磺酸和吡啶鹽酸等。反應首先生成蔗糖—4，6—原乙酸酯，該化合物在酸性條件下水解得到蔗糖—6—乙酸酯和蔗糖—4—乙酸酯的混合物，然後加入足量的鹼，將蔗糖—4—乙酸酯轉變成蔗糖—6—乙酸酯。反應完成後在真空下脫去溶劑，得到蔗糖－6－酯粗品。

氯化劑的選擇

單酯法的第二步是蔗糖－6－酯與氯化劑反應生成4，1’，6’—三氯蔗糖－6－酯，所用的氯化劑有氯化氧膦，五氯化膦，三氯化膦，乙二醯氯，碳醯氯（光氣），亞硫醯氯（氯化亞碸）等， 其中使用光氣氯化蔗糖－6－酯收率較高，但光氣劇毒，不便於生產操作。氯化亞碸是一種很好的氯化劑，其優點是反應除生成所需的氯代產物以及氯化氫和二氧化硫氣體外，沒有其他殘留物，產物容易分離純化，且副反應少，產率較高。在實際過程中，氯化亞碸常與二甲基甲醯胺合用，並加入少量吡啶，以提高反應速度和選擇性。

三氯蔗糖－6－乙酸酯脫乙醯基及產品的分離

氯化後的反應混合物可經過水蒸汽蒸餾、萃取和結晶這三個步驟以分離和提純三氯蔗糖－6－乙酸酯。也可以將三氯蔗糖－6－乙酸酯進一步乙醯化，然後再分離結晶。具體作法是先除去溶劑，然後加氫氧化鈉使溶液PH上升至PH=11，維持反應溫度15—35℃，反應時間0.5—2小時。反應結束後，加鹽酸中和至PH=5—7。得到的三氯蔗糖可以用萃取和結晶的方法加以分離和提純。

三氯蔗糖的套用進展

三氯蔗糖是Tate & Tyle 公司於1976年合成的，八十年代後與美國的Johson公司聯合開發生產，經過十多年的生化性能及毒性試驗，通過美國食品與藥物管理協會（ FDA）的批准，於1988年開始投入市場，我國已於1997年7月批准使用。

三氯蔗糖的套用

目前三氯蔗糖廣泛套用於飲料，口香糖，麵包，糕點，蜜餞，果凍，布丁和果醬等食品中。而且在醫藥領域中的套用也正在迅速擴大。美國，英國和加拿大等國家，已在多種食品中替代蔗糖和其他甜味劑。由於我國目前尚無生產廠家，所需的三氯蔗糖產品全部依賴於進口。近年來我國科技人員在三氯蔗糖的性質套用和生產工藝的研究已取得了一定的成績，但我們的研究成果多見諸於實驗室研究。在生產工藝與設備裝置的設計，製造和工業化等方面還有許多工作要做。

提高三氯蔗糖的熱穩定性

一般來說三氯蔗糖的水溶液的熱穩定性很好，即使在高溫下其甜味和色澤也不變，這是因為三氯蔗糖在食品中的濃度很低。但純品三氯蔗糖晶體在高溫下穩定性較差，如在溫度100℃時，純品三氯蔗糖晶體在2分鐘內就會由無色轉變為灰褐色。為了儲存和運輸的方便，必須提高三氯蔗糖的熱穩定性，美國1990年的一份專利上介紹了一種方法，讓三氯蔗糖和環糊精共結晶，可得到較好的熱穩定性，即用環糊精將三氯蔗糖分子包裹起來，以免三氯蔗糖分子由於熱作用而變色。這種共結晶產品和蔗糖一樣穩定，在美國，英國已得到廣泛套用。

三氯蔗糖的復配

三氯蔗糖和其他甜味劑復配使用效果非常明顯。這些甜味劑有果糖、葡萄糖、麥芽糖、蔗糖、乳糖、木糖醇，尤其是在軟飲料中三氯蔗糖和果糖的復配非常有效。果糖有它特別的香味和令人愉快的口感，它們的結合使用不僅使飲料中的卡路里大大降低，又可使三氯蔗糖和果糖用量都降低到所希望的水平。

前景與展望

目前，我國蔗糖供大於求，價格呈下降趨勢。從蔗糖生產高科技含量、高附加值的三氯蔗糖產品，以滿足人民民眾的生活和健康需要，具有重要的社會意義和經濟價值。三氯蔗糖價廉物美，目前的售價只相當於等甜度下蔗糖的1/3 ~ 1/2左右，並且通過適當的復配，還能增加甜度，從而進一步為用戶節省使用費用。因此，三氯蔗糖具有較強的市場競爭力，發展前景十分廣闊。