三氯蔗糖

三氯蔗糖（Sucralose），俗称蔗糖素，分子式为C12H19Cl3O8。是利用蔗糖制作的无热量高倍甜味剂物质。三氯蔗糖的特点具有无能量，高甜度，纯正甜味，安全度高等，也是目前最理想的甜味剂之一。^[1][2]

三氯蔗糖的甜度为蔗糖的600倍，且甜味纯正，甜味特性曲线几乎与蔗糖重叠。它属于非营养型强力甜味剂，在人体内几乎不被吸收，热量值为零。三氯蔗糖的性质稳定，储存期长。在水溶液中，在软饮料的pH范围内（3~5）和通常温度下，三氯蔗糖是所有高甜度甜味剂中性质较为稳定的一种。它是纯天然产物蔗糖的衍生物，安全性相对较高。^[3][4]

三氯蔗糖常被用于饮料、乳制品、烘焙食品等领域。同时由于它的热量为零，尤其适合应用于肥胖者和糖尿病人所服用的食品中。^[3][5][6]

20世纪70年代，伦敦大学伊丽莎白女王学院Hough L（霍夫 L）教授等在英国泰莱公司（Tate&Lyle PLC）的支持下进行了蔗糖的卤化衍生物的研究，结果发现了三氯蔗糖的高甜度和高品质甜味。随后泰莱公司与美国的Johson（约翰逊）公司联合开发生产，经过10多年的生化性能及毒性试验，三氯蔗糖通过美国FDA的批准，于1988年开始投放市场。中国已于1997年7月批准使用三氯蔗糖。^[1][3][7][8]

三氯蔗糖具有无臭无吸湿性等特征，在相对湿度低于80%时不吸湿，所以不需要特殊的存储条件以防止吸收水分。它是一种白色可自由流动的结晶性粉末，物质热稳定性较高，极易溶于水，在20℃的情况下水中的溶解度为28.2 g / 100 mL，温度升高到60℃时，其溶解度增加到660 g / L。同时三氯蔗糖也易溶于甲醇、乙醇、异丙醇和丙二醇等溶剂，微溶于乙酸乙酯。在光环境、热环境和pH值变化情况下的稳定性较高。三氯蔗糖的水溶液澄清透明，水溶液pH为5，稳定性较高，储存1年以上不会出现化学变化。在任何具有水相和脂质相的食物系统中，三氯蔗糖将始终分配在水相中。结晶体在储存4年左右也不会出现化学变化，高温条件不会改变甜度。三氯蔗糖的熔点为125℃，甜度约为蔗糖的600倍。^{[1][3][5][9][10][11][12][13][14]}

三氯蔗糖在人体内不参与代谢，不被人体吸收，热量值为零，是糖尿病人理想的甜味代用品。1998年经FDA审核认证，它可作为所有食品的通用甜味剂，并且不影响血液中葡萄糖的浓度，可以为糖尿病患者接受。另外，三氯蔗糖不被龋齿病菌利用，能够减少口腔内病菌产生的酸量以及链球菌细胞在牙齿表面的黏附，有效地起到抗龋qǔ齿作用。动物研究表明，三氯蔗糖在超过人类使用水平几百倍的大剂量情况下，长期食用也很安全。在人类志愿者身上进行的长期实验表明，三氯蔗糖不会对人类健康产生不可逆作用。经长期安全性认证试验，美国FDA确认其为GRAS（安全）级添加物。^[3][8]

动物实验表明，三氯蔗糖经口进入体内后，大部分以三氯蔗糖原样的形式直接从粪便中排出，小部分残留通过尿液排出。三氯蔗糖在人体内的代谢与动物体相似，人体口服1mg/kg的三氯蔗糖后，其中78.3%的三氯蔗糖通过粪便直接排出，14.5%通过尿液排出，在尿液中的主要存在形式是三氯蔗糖以及少量的三氯蔗糖葡萄糖苷酸。口服三氯蔗糖后2h左右（1～3h），血浆中的三氯蔗糖达最高值，其血浆半衰期为13h。^[3][15][16]

三氯蔗糖应用在饮料中较为常见，在饮料中蔗糖添加量通常都集中在8%～10%，而按照三氯蔗糖和蔗糖甜度的比例，则需要添加0.013%～0.016%的三氯蔗糖。即在1000kg的饮料中，至多能添加130～160g的三氯蔗糖，才能保证饮料具有较好的甜度。另外，将三氯蔗糖应用在酒类或者是酒类饮料中，具有良好的效果，添加少量三氯蔗糖就能改善酒类饮品口感，能有效掩盖酒类原本存在的酸涩感。将三氯蔗糖应用在营养饮料中是近几年较为新兴的做法，能掩蔽维生素以及功能性物质的苦味以及涩味。 由于三氯蔗糖稳定性较好，不会与其他物质发生反应，也不会对饮料透明度、色泽以及香味产生影响。加之三氯蔗糖具有加热杀菌不会被分解以及长期保存的性能，不会存在降解或者是脱氯等问题。因此，将三氯蔗糖作为甜味剂应用在饮料生产中，能满足使用和流通管理。 ^[3][5][6]

三氯蔗糖适用于从牛奶饮料到冰激凌的所有类型的乳制品。对于酸奶，可以在水果制品中或酸奶培养物中添加三氯蔗糖。因为三氯蔗糖在发酵过程中稳定，不会受活的微生物影响，也不会干扰食品相关微生物的作用，将三氯蔗糖应用在乳酸菌和发酵乳中，不会被其分解，也不会对发酵过程产生不良影响，整体效果较好。^[16]

由于三氯蔗糖具有耐高温以及低热值的优势，在烘焙食品中应用较为广泛，经过高温加热的三氯蔗糖产品甜味并不会变化，且没有任何可测性损失，将三氯蔗糖添加在烘焙糕点以及糖果类较为常见。在pH为3时，添加三氯蔗糖的食品放置1年，三氯蔗糖的保存率仅流失2%。在pH高于3时，三氯蔗糖几乎不会出现流失，且并不会参与发酵反应，不会影响酵母菌类物质生长。也正是基于此，将三氯蔗糖应用在发酵乳酸和酸乳酪类的低酸碱度食品中，能发挥三氯蔗糖的优势，提高食品口感。 ^[16]

需要注意的是，由于三氯蔗糖自身不含热量，是很难被人体吸收的高效甜味剂，因此，不会直接导致人们出现肥胖等问题。将其应用在月饼以及甜点等糖馅食品中，能在保证口感的基础上，降低食品中的热量。 ^[16]

三氯蔗糖可以用来掩盖某些药品成分的口味，且不会与其他配料发生相互作用。由于它的热量为0，尤其适合应用于肥胖者和糖尿病人服用的药品。三氯蔗糖已经包含在《美国药典》、《欧洲药典》和《中国药典》中。目前，三氯蔗糖已经成功用于维生素片剂、润喉糖和感冒药等产品中。在中国，三氯蔗糖可在药品制剂中作为药用辅料，矫味剂和甜味剂等使用。^{[17][18][19][20]}

超过150项实验研究结果证明了三氯蔗糖的高度安全性，没有发现三氯蔗糖及其水解产物有任何不利影响。^[16]

人体临床研究结果显示三氯蔗糖不会诱导龋齿、不会影响血糖量，糖尿病患者对三氯蔗糖也具有良好的耐受力。同时，三氯蔗糖无急性毒性、慢性毒性和致癌性等。^[3][15][16]

目前（截止到2023年）三氯蔗糖的合成工艺一共有以下5种：全基团保护法、单基团保护法（单酯zhǐ法）、生物催化法（酶化学法）、棉籽糖法、四氯蔗糖法。工业上一般采用单基团保护法生产三氯蔗糖。^{[21][22][23][24][25]}

全基团保护法是最早开发的三氯蔗糖合成工艺，它是将蔗糖分子中所有的羟基全部保护起来，即先用三苯氯甲烷wán将蔗糖在6、1’和6’三个伯碳位置上的羟基三苯甲基化，生成6,1’,6’-三（三苯甲基）蔗糖醚，后将5个仲碳位上的羟基乙酰化成乙酰xiān基，生成6,1’,6’-三（三苯甲基）-五乙酰基蔗糖醚，去掉三个三苯甲基基团而形成2,3,4,3’,4’-五乙酰基蔗糖，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，将2,3,6,3’,4’-五乙酰基蔗糖的自由羟基氯化，得到三氯蔗糖五乙酸酯，三氯蔗糖五乙酸酯脱去乙酰基而得到三氯蔗糖。^[26][27][28]

单基团保护法又称为单酯法，是以蔗糖为原料，首先制得蔗糖-6-乙酸酯或蔗糖-6-苯甲酸酯，从而将蔗糖分子中C-6为保护起来，然后再进行选择性氯化而生成三氯蔗糖-6-乙酸酯或三氯蔗糖-6-苯甲酸酯，最后脱去乙酰基或苯甲酰基，即得到三氯蔗糖，反应过程如下：^[21][22]

棉籽糖分子是三糖结构，由一个半乳糖残基和一个蔗糖残基组成，而半乳糖残基正好位于蔗糖的C-6位置上，可对蔗糖的C-6位起到天然的保护作用。因此，对棉籽糖直接进行选择性氯化，然后将蔗糖C-6位上的半乳糖基脱去，即可得到三氯蔗糖，反应过程如下：^[29]

四氯蔗糖法是将蔗糖直接氯化，蔗糖分子中活性较高的C-4、C-6、C-1’和C-6’位的羟基均被氯原子置换，得到4,6,1’,6’-四氯-4,6,1’,6’-四脱氧半乳蔗糖（四氯蔗糖），然后四氯蔗糖与乙酸钠发生酯化反应，生成三氯蔗糖-6-乙酸酯，最后经甲醇钠处理，脱去乙酰基而生成三氯蔗糖。化学反应过程如下：^[30][31][32]

针对三氯蔗糖的含量分析，一般采取高效液相色谱法，直观测定相关数据和信息。^[3]

一般步骤为：首先从样品中提取出部分三氯蔗糖溶液。然后进行色谱条件的设置，包括选择合适的色谱柱、流动相（溶剂混合物）、流速等。接着将经过制备的样品注入高效液相色谱仪，使样品进入色谱柱进行分离。然后进行检测与定量，即在色谱柱的出口使用适当的检测器来监测样品组分的浓度。通过比较待测样品的峰面积或峰高度与标准曲线上的标准品浓度，可以计算出样品中三氯蔗糖的实际含量。最后分析得到的数据并通过计算可以得出样品中三氯蔗糖的浓度，计算公式如下：^[3][33]

式中X1为试样中三氯蔗糖的含量（%）；Au为试样液色谱主峰面积的平均值；Ms为称取的三氯蔗糖标准品质量（g）；P为三氯蔗糖标准品中标示的三氯蔗糖的含量（%）；As为标准溶液色谱主峰面积的平均值；Mu为称取的试样质量（g）；X0为实测试样的水分含量（%）。^[33]

1989年 FAO/WHO 食品添加剂联合专家委员会（JECFA）对三氯蔗糖的安全性进行了确认。1991年，加拿大卫生福利部也确认了三氯蔗糖的安全性，并批准三氯蔗糖的使用。随后美国、日本、欧盟、澳大利亚和新西兰等国家也都确认了三氯蔗糖的安全性并批准其使用。现已有100多个国家批准三氯蔗糖作为食品甜味剂在食品中广泛应用。中国也于1997年正式批准使用三氯蔗糖。现行《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》（GB 2760—2014）规定了三氯蔗糖允许使用的食品种类和最大使用量。^[3][8]