阿魏酰蔗糖

作者：赵波时间：2021.7.6三氯蔗糖的性质、合成检测方法及其潜在生物毒性[size=16px]摘要[/size][size=16px]：三氯蔗糖是一种非营养合成甜味剂，由于甜度高、甜味纯正、化学稳定性好、无毒副作用，在人体内几乎不被吸收，热量值为零，使糖尿病与肥胖病人极佳的甜味替代品，目前已广泛应用于饮料、食品、医药等行业。虽然国内外相关学者对其体内代谢与毒性方面进行了大量的研究。[/size][size=16px]关键词：甜味剂 代糖 毒性 [/size][font='宋体'][size=21px]1.性质简介[/size][/font]三氯蔗糖又叫蔗糖素，化学名为 4，1'，6 ' － 三氯 － 4，1'，6 ' － 三脱氧半乳型蔗糖( C12H19Cl3O8) ，相对分子质量 397. 63，纯品呈白色或近白色结晶性粉末状，极易溶于水( 溶解度 28. 2 g，20 ℃ ) 、乙醇和甲醇。甜度是蔗糖的 600 倍，甜味特性与蔗糖十分类似，没有任何苦后味它是以蔗糖为骨架，用三个氯原子替换羟基得到的，它的味道和蔗糖非常接近，但甜度是蔗糖的600倍。蔗糖分子在体内可以水解成果糖和葡萄糖，但人体代谢系统无法识别改装后的三氯蔗糖，不仅如此，连肠道菌群也不认识它。大约85%的三氯蔗糖原封不动地从粪便排出，剩下的在小肠吸收并通过尿液排出，不会在体内蓄积。也是迄今为止唯一一个可以被用于烘烤的甜品添加剂。自1976年被发明后，在长达十多年的时间里，通过生理生化、药理、毒理学研究证实其安全性，目前至少110多项研究结果支撑其安全性评价结论。虽有研究表明其分解出的6-氯果糖有毒性，但分解条件是在68度的稀盐酸里泡三天，这就有点扯了。1990年世界卫生组织的食品添加剂联合专家委员会批准其用于食品，至今有20多年的应 用历史。我国于1997年批准其用于食品，次年美国才批准，这可是不多见的。目前批准使用的国家和地区有：美国、欧盟、加拿大、中国、日本、韩国、澳大利亚、新西兰、中国台湾等。三氯蔗糖是一种非营养合成甜味剂，由于甜度高、甜味纯正、化学稳定性好、无毒副作用，在人体内几乎不被吸收，热量值为零，使糖尿病与肥胖病人极佳的甜味替代品，目前已广泛应用于饮料、食品、医药等行业。三氯蔗糖难以降解，被视为新型有机污染物。除此之外，三氯蔗糖得生物安全性问题一直备受争议。三 氯蔗糖性质稳定，其结晶产品在 20 ℃的干燥条件下储藏 4 年也很稳定。但是，随着温度和 pH 的增加，三氯蔗糖的稳定性逐渐降低。三氯蔗糖在 250 ℃的热分解，并给出其分解途径以及主要分解产物为5 － 羟甲基糠醛和左旋葡萄糖酮。除此之外，三氯蔗糖在分解过程中释放的氯化氢( HCl) 能够参与甘油的氯化，产生毒性物质氯丙醇。国内研究也发现三氯蔗糖在同牛肉、植物油一起加热的过程中能够促使一些高毒性的氯代芳烃类有害物，如二恶英类、多氯联苯和多氯萘的产生，从而增加了日常生活中人体对二恶英类有害物的暴露风险。因此建议三氯蔗糖不在高温条件下使用。2. [font='宋体'][size=21px]合成方法[/size][/font][font='宋体'][size=21px] [/size][/font][font='宋体'][size=16px] 目前三氯蔗糖的合成工艺大概有三种[/size][/font][font='宋体'][size=18px]2.1化学合成[/size][/font][font='宋体'][size=18px] [/size][/font][font='宋体'][size=16px]这是Tate&Tyle公司与1976年研究成功的方法，以蔗糖为原料，首先在蔗糖的6,1’和6’三个伯碳上的羟基三笨甲基化后乙酰化，使蔗糖分子的8个羟基全部反应，然后脱去三苯甲基形成五乙酰基蔗糖，再进行氯化，最后脱乙酰基而得到三氯蔗糖。[/size][/font][font='宋体'][size=18px]2.2化学-酶合成[/size][/font][font='宋体'][size=16px] [/size][/font][font='宋体'][size=16px] 采用6位上的基团保护法，以葡萄糖和蔗糖为原料，首先葡萄糖发酵成葡萄糖-6-乙酸，然后经层析分离提纯后与蔗糖一起在酶的作用下生成蔗糖-6-乙酸，再经氯化得到三氯蔗糖-6-乙酸，最后脱去乙酰基得三氯蔗糖。[/size][/font][font='宋体'][size=18px]2.3单酯法[/size][/font][font='宋体'][size=16px] [/size][/font][font='宋体'][size=16px] 使蔗糖6位上的羟基生成单酯，即蔗糖-6-酯，再用适当的氯化剂进行选择性氯化而生成三氯蔗糖-6-酯，最后脱去酯基，提纯得到三氯蔗糖。[/size][/font][font='宋体'][size=16px]我国三氯蔗糖主流合成工艺是：三氯蔗糖在对甲苯磺酸催化下和原乙酸三甲酯反应生产环酯，水解成蔗糖-4-酯和蔗糖-6-酯的混合物，丁胺转位重排成蔗糖-6-酯，然后用氯化亚砜氯代，最后 脱去 6 位的保护基成三氯蔗糖。研究表明，蔗糖和原乙酸三甲酯成环酯法反应速度决定于蔗糖的溶解速 度。基于超声波、溶解、粉碎三种方法进行研究，发现超声波溶解具有速度快、副反应少、设备简单等特点，运用于生产，可产生相当大的经济效益。在三氯蔗糖合成过程中，利用超声粉碎助溶 的特性，可以使蔗糖和原乙酸三甲酯在 DMF 中 的酯化速度提高至少五倍，而且，可以有效降低 高温反应带来的副反应，收率提高 10%左右，具有非常大的经济意义和实用价值。[/size][/font]3. [font='宋体'][size=21px]国标检测[/size][/font][font='宋体'][size=16px]目前食品中三氯蔗糖的国家检测标准为GB 22255-2014。在该标准中，试样中的三氯蔗糖用甲醇水溶液提取，经固相萃取柱净化，富集后用高效液相色谱仪、反向C18色谱柱分离用乙腈水溶液做流动相，蒸发光散射检测器或视差检测器检测，根据保留时间定性，以峰面积定量。[/size][/font]4. [font='宋体'][size=21px]毒性研究[/size][/font][font='宋体'][size=18px]4.1对机体的毒性[/size][/font]科学家等对大鼠饲喂远高于人体最高摄入量( 0. 3% ，1. 0% ，3. 0% 饮食含量) 的三氯蔗糖 78 周和104 周( 期间包含孕期) ，结果发现大鼠均未出现中毒迹象以及肿瘤的发生，因此在孕期甚至整个生命过程中使用三氯蔗糖都是安全的，同时也证明了三氯蔗糖不具有致癌性。同时还有研究发现人体每天摄入三氯蔗糖 125 mg，持续 3 周后，再每天摄入三氯蔗糖 250 mg 持续 4 周，最后每天摄入三氯蔗糖 500mg，持续 5 周，未发现对血液、尿液化学成分以及心电图产生不良影响。科学家以 1. 0% ，2. 5% ，5. 0% 饮食含量的三氯蔗糖饲喂小鼠 4 或 8 周，均没有发现显著毒性和致癌性，但 5. 0% 三氯蔗糖处理能显著降低小鼠的采食量和平均体重，并促使脾脏和胸腺组织发生病理变化。发现三氯蔗糖 2000 mg/kg饲喂大鼠，能对大鼠胃和肺的脱氧核糖核酸( DNA) 产生损伤。另外，发现用含有三氯蔗糖的商品 Splenda 喂食雄性大鼠 12 周后，大鼠体内有益肠道的菌落减少 排泄物的 pH 升高 P 糖蛋白 和细胞色素 P － 450酶( CYP3A4 和 CYP2D1) 表达加强，会影响口服药物的生物利用。近期有科学家在队列研究中证实了甜味剂的摄入会引起体重和腰围的增加以及提高肥胖、高血压、代谢综合征、2 型糖尿病和心血管疾病的发病率，同时三氯蔗糖能够影响肠道微生物群的平衡，促使炎症基因的富集。因此低剂量的三氯蔗糖长期暴露也需进一步观察研究。三氯蔗糖会导致小鼠肠道菌群结构改变，多样性降低，肠稳态失衡，从而使机体局部免疫反应和全身免疫应答均降低，引发各种疾病的风险升高。综上所述，三氯蔗糖的大量摄入会存在一定的危害，改变肠道环境和肠道菌群的丰度和结构，使肠道内有害菌和有益菌的比例失衡，同时证明三氯蔗糖大量干预将会引发肠道组织发生病变、免疫屏障受损、炎症水平升高，也可能引发机体血糖控制异常。一项研究发现，饮用含有低热量甜味剂三氯蔗糖的饮料的人确实会出现代谢问题和神经反应问题，但只有当饮料同时含有三氯蔗糖和无味糖(麦芽糊精)时才会出现。耶鲁大学的研究人员在他们的研究中写道:“食用三氯蔗糖结合碳水化合物会损害胰岛素敏感性。"这种代谢损伤与对糖的神经反应降低有关."此外，研究结果显示，那些只喝低热量甜味剂饮料的受试者和那些只喝蔗糖饮料的受试者并没有损害新陈代谢。“受试者在两周内喝了七杯低热量饮料，每杯相当于两包Splenda，当饮料仅与低热量甜味剂一起食用时，没有观察到变化；然而，当等量的低热量甜味剂与添加到饮料中的碳水化合物一起食用时，糖代谢和大脑对糖的反应会受到损害通过以上研究结果，可知三氯蔗糖虽然没有致癌性，但是会导致大鼠与小鼠脏器的病变及生理指标，然而每天给予小鼠三氯蔗糖 270 mgkg － 1水解产物，能对母体产生一定的毒性，并影响后代的发育。由此可知，三氯蔗糖水解产物可能具有一定的毒性。三氯蔗糖水解包括 1，6 － 双氯 － 1，6 双脱氧果糖与 4 － 氯 － 4 脱氧果糖。科学家发现用20mmoL － 1的 1，6 － 双氯 － 1，6 双脱氧果糖能够降低小鼠与人类的精子活力。由此可以看出，三氯蔗糖及其水解产物对小鼠与人类的生殖发育具有一定的毒性。[font='宋体'][size=18px]4.2对环境的危害[/size][/font]由于三氯蔗糖在环境中非常稳定，在水环境中的半衰期可高达数年，已作为一种新型的持久性污染物而引起关注。在饮用水中也检测到了三氯蔗糖( 47 ～ 2900 ngL － 1 ) ，并发现饮用水处理厂的处理措施起不到去除三氯蔗糖的作用。虽然三氯蔗糖的生物毒性并不显著，研 究了三氯蔗糖对大型蚤行为及生理的影响，结果表明三氯蔗糖的存在会增加大型蚤的游泳距离和游泳速度。由此作者推测三氯蔗糖的存在可能使生物的行为出现异常，可能导致比较严重的生态后果。由此可知，三氯蔗糖对生态环境有潜在威胁。5. [size=21px]未来展望[/size][font='宋体'][size=16px]中国蔗糖供大于求，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，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。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。2009年6月，“零度可乐”所含的甜味素阿斯巴甜可能致癌的报道引起社会广泛关注，委内瑞拉已经全面停售零度可乐，原因是这种可乐含有对人体有害的成分。越来越多的迹象表明，可口可乐可能会弃用阿斯巴甜。这种曾经的甜味剂之王可能会从可乐及全球其它数千种食品及饮料的配料表上消失，取而代之的是一种 “近乎完美”的甜味剂：三氯蔗糖。所有这些因素将带来一个不可限量的巨大未来市场。[/size][/font]6. [font='宋体'][size=21px]参考文献[/size][/font][font='宋体'][size=16px]［1］ LANGE F，SCHEUＲEＲ M，BＲAUCH H J. Artificial sweeteners—a recently recognized class of emerging environmental contaminants:A review［J］. Anal Bioanal Chem，2012，403( 9) : 2503 － 2518.[/size][/font][font='宋体'][size=16px]［2］ TOLLEFSEN K E，NIZZETTO L，HUGGETT D B. Presence，fate and effects of the intense sweetener sucralose in the aquatic environ_x0002_ment［J］. Sci Total Environ，2012，438( 3) : 510 － 516.[/size][/font][font='宋体'][size=16px]［3］ JOHN B A，WOOD S G，Hawkins D Ｒ. 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Acute and subchronic toxicity of sucralose［J］.[/size][/font][font='宋体'][size=16px]Food Chem Toxicol，2000，38( 2) : 53 － 69.[/size][/font][font='宋体'][size=16px]［8］ SASAKI Y F，KAWAGUCHI S，KAMAYA A，et al. The comet assay[/size][/font][font='宋体'][size=16px]with 8 mouse organs: Ｒesults with 39 currently used food additives[/size][/font][font='宋体'][size=16px]［J］. Mutation Ｒesearch，2002，519( 1 － 2) : 103 － 119.[/size][/font][font='宋体'][size=16px]［9］ ABOU DONIA M B，EI MASＲY E M，ABDEL ＲAHMAN A A，et[/size][/font][font='宋体'][size=16px]al. Splenda alters gut microflora and increases intestinal P －[/size][/font][font='宋体'][size=16px]glycoprotein and cytochrome P － 450 in male rats［J］. J Toxicol[/size][/font][font='宋体'][size=16px]Environ Health A，2008，71( 21) : 1415 － 1429.[/size][/font][font='宋体'][size=16px]［10］ KILLE J W，FOＲD W C L，MCANULTY P，et al. Sucralose: Lack[/size][/font][font='宋体'][size=16px]of effects on sperm glycolysis and reproduction in the rat［J］. 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喜欢甜味又不想吃糖的人，肯定吃过三氯蔗糖。跟其他的甜味剂一样，它的发现是研究人员犯错的结果——科学研究中犯错可能产生致命的后果，也可能导致伟大的发现。三氯蔗糖的发现，就是源于一个很别致的错误。1970年代，泰莱公司和英国伊丽莎白王后学院的一位学者合作，研究蔗糖经过分子修饰之后作为杀虫剂的使用。有一个实验品是用三个氯原子取代了蔗糖的三个氢氧基团。这位学者叫他的学生去测试一下这个样品。英文里的“测试”是test，其发音跟“品尝”（taste）差不多。他的那位印度学生听到导师的要求估计有点诧异，但也没有多问，就用自己的舌头去“taste”样品了。结果发现，这东西甜得一塌糊涂。这个东西就是三氯蔗糖，也有人叫它“蔗糖素”，其甜度是蔗糖的600倍左右。只要一丁点，就甜的不行。跟此前流行的甜味剂糖精和阿斯巴甜相比，它不仅甜度更高，甜味也更加接近蔗糖。如果能够通过安全审核作为甜味剂的话，就会比糖精和阿斯巴甜更有吸引力。泰莱公司申请了专利，开始了为它申请甜味剂资格的漫漫征程。任何食品添加剂要获得批准，最核心的自然是安全性。它在人胃肠内的吸收率很低，只有大约11-27%会被吸收，其他的直接排出体外。吸收的部分中又有70-80%经过肾脏从尿液中排出，只有少部分被代谢。有许多研究机构进行过它的毒理学试验，国际食品添加剂联合专家委员会（JECFA）审核了各项研究，在1990年发布结论，确定每日允许摄入量为每天每千克体重15毫克。第二年，加拿大做了第一个吃三氯蔗糖的国家。接着，澳大利亚和新西兰也批准了它的使用。对食品添加剂比较欢迎的美国，制定的安全限量比JECFA的要低，是每天每公斤体重5毫克。对于一个60公斤的成年人，一天的限量就是0.3克。考虑到三句蔗糖的甜度是蔗糖的600倍，这相当于180克蔗糖产生的甜度——大概没有人会吃到“超标”，也就意味着它的安全性很好。不过美国也直到1998年才批准，比一贯保守的中国还晚了一年。而更保守的欧盟，2000年发布了审查结果，赞同JECFA的结论，到2004年也批准了它。到2008年，世界上已经有大约80个国家和地区批准了它的使用。三氯蔗糖修成了正果，最大的赢家自然是泰莱。他们的产品叫作splenda，中文里翻译成“善品糖”。跟其他甜味剂一样，三氯蔗糖没有热量，不引发龋齿，也不导致血糖波动，也就成为了“无糖食品”的宠儿。比糖精和阿斯巴甜优越的是，它的甜味更“纯正”，还能耐高温因而可以用于烘培食品中。于是乎，它一经上市就席卷甜味剂市场，打得糖精和阿斯巴甜节节败退。三氯蔗糖横扫甜味剂市场，生产阿斯巴甜的公司难以招架，于是反击。在美国，泰莱公司是与强生公司的子公司麦克尼尔营养品责任公司合作开发三氯蔗糖产品。他们的宣传口号是“由糖所制，所以味道如糖（Made from sugar, so it tastes like sugar）”。2006年，生产阿斯巴甜的Merisant公司在费城起诉生产三氯蔗糖的公司，指控他们的宣传误导消费者。这场谁也输不起的官司最终以庭外和解告终，双方的协议没有公开，只是此后三氯蔗糖的宣传口号改得象条谜语了“起源于糖，尝起来象糖，但不是糖（It starts with sugar. It tastes likesugar. But it's not sugar.）”。不管那种产品，一旦中国厂家进入，基本上就是全球降价。泰莱在阿斯巴甜的进攻中守住了阵地，不过被中国厂家彻底打乱了阵脚。中国厂家不仅在中国销售三氯蔗糖，还以低廉的价格把它卖到了美国，迫使泰莱不得不降价。2007年，泰莱公司向美国国际贸易委员会提交诉状，指控多家中国企业侵犯了泰莱公司的美国专利。这类指控叫作337调查，如果指控成立，美国将会禁止中国厂家的三氯蔗糖进入美国。三氯蔗糖的主要市场是在美国，如果泰莱胜利，那么就是中国这些企业的灭顶之灾。几家中国企业积极应诉，甚至有一家不在指控名单上的企业也参与了应诉。在收集了大量证据并且据理力争之后，这些企业获得了初审胜利。泰莱不服上诉，经过又一轮争斗，2009年4月6日，国际贸易委员会终审裁决，这些应诉的企业没有侵权，其产品可以自由进入美国。而那些没有参加应诉的企业，则被判侵权，失去了出口美国的资格。美国国际贸易委员会虽然是美国机构，在这个裁决中没有偏袒美国企业，从而改变了三氯蔗糖在美国的市场格局，使得美国人民吃上了价格便宜量又足的三氯蔗糖。三氯蔗糖是没有热量的，而善品糖也以“无糖”作为卖点，但这其实颇有点钻法律空子的意味。三氯蔗糖实在是太甜了，用起来很不方便——需要加一勺糖的地方，变成加六百分之一勺三氯蔗糖，完全没有可操作性。所以，善品糖中加入了麦芽糊精或者葡萄糖来增加体积，使得一勺善品糖的甜度跟一勺蔗糖一样，这样用起来就很方便了。但是，麦芽糊精和葡萄糖跟蔗糖具有同样的能量密度，都是每一克含有4千卡热量。好在善品糖经过特殊工艺变得很蓬松，一份善品糖是一克，而一份蔗糖则需要2.8克。因为一份善品糖的热量少于5千卡，按照美国的规范就可以标注为“0热量”。虽然说善品糖可以等体积取代蔗糖获得相同的甜度，也耐高温而可以用于烘培食品中，但是它跟糖还是不一样的。首先不象蔗糖那样具有保水性，所以烤出来的东西就会更干。其次，它不会象糖那样容易发生焦糖化反应，也就难以产生烘烤食品特有的金黄色和烘烤香味。烘烤只是三氯蔗糖应用的一个方面，在烘培中的不尽如人意对于它的整体号召力影响并不大。不过，2014年《自然》杂志上发表的一篇论文则为它的前景蒙上了巨大的阴影。那篇论文发现，食用包括三氯蔗糖在内的甜味剂，会影响肠道菌群，从而增加葡萄糖不耐受的风险。因为《自然》杂志的权威性，这一研究引起了巨大的反响。可以想见，会有进一步的研究来重复、确认。对于三氯蔗糖以及其他甜味剂的安全性，大概也就会重新审查。是推翻，修改，还是维持原判？让我们保持关注。