超声波在三氯蔗糖合成中的应用

魏 松，陆丽君

（江苏巨邦制药有限公司，江苏 常州 213300）

随着人民生活水平的日益提高，人们对食品的需要结构发生了很大的变化，健康食品占食品销售的比重越来越多，这一变化带来了食品添加剂的迅速发展，尤其甜味剂的发展、运用与需求最为显著。甜味剂按来源分类，可分为天然甜味剂（如蔗糖、甜菊苷等）、人工合成甜味剂（三氯蔗糖、安赛蜜、阿斯巴甜等），按营养分类，可分为营养型（如蔗糖、果糖、麦芽糖等）和非营养型（如三氯蔗糖、安赛蜜，糖精钠等），也可按食品安全分为无毒型（三氯蔗糖、麦芽糖）和有毒型（甜菊苷、糖精钠，阿斯巴甜有苯丙胺效应）。高质量的食品要求甜味剂具有无毒、营养可根据需要调配、口味纯正等优点，能满足这一要求的，同时要又能满足低成本、易获得等社会要求的甜味剂，非三氯蔗糖莫属。

三氯蔗糖在我国食品中属于主流甜味剂，每年生产超过5000t。我国三氯蔗糖的生产工艺几乎全部使用原乙酸三甲酯对蔗糖的6位进行单乙酰保护，然后氯化、脱保护得到三氯蔗糖。因酯化保护反应非常经典，很少有人对这一反应进行更深入的研究。但生产中还是在酯化过程中出现了不少问题，经仔细研究发现，蔗糖环酯化的速度由蔗糖的溶解速度决定，粒度小的蔗糖溶解速度会快很多，但蔗糖粉碎时发热会造成蔗糖黏连而无法进行，酯化温度提高可以加速蔗糖溶解，可同时脱水聚合等副反应也明显加快，酯化温度和蔗糖溶解速度始终是一对矛盾，解决这一矛盾的最好办法就是超声溶解[1-2]。

1 实验部分

1.1 检测方法设定

采用HPLC检测，20cm液谱柱，固定相KC18F，流动相 v（甲醇） ∶v（水） =5∶95，流速0.8mL/min，视差检测器。

为求证蔗糖质量分数和蔗糖环酯的质量分数，以绝对浓度作为检测结果，而不是相对浓度作为参考。采用外标法计算含量，对照样为1%的蔗糖DMF溶液。

1.2 考察正常生产过程蔗糖的酯化

蔗糖过60目筛，取60目至80目蔗糖18g，DMF40mL，原乙酸三甲酯9g，对甲苯磺酸0.1g。在100mL四口瓶中搅拌，设定恒温65℃反应，每隔1h抽样检测，测定未反应的蔗糖浓度和产生的环酯浓度，直至蔗糖全部溶解后1h。

1.3 考察常温条件下蔗糖的酯化

蔗糖过60目筛，取60目至80目蔗糖18g，DMF40mL，原乙酸三甲酯9g，对甲苯磺酸0.1g，在100mL四口瓶中搅拌，设定恒温20℃反应，每隔1h抽样检测，测定未反应的蔗糖质量分数和产生的环酯质量分数，直至蔗糖完全溶解后1h。

1.4 考察粉碎后的蔗糖常温条件下酯化

蔗糖粉碎，过200目筛，取小于200目的蔗糖18g，DMF40mL，原乙酸三甲酯9g，对甲苯磺酸0.1g，设定恒温20℃反应，每隔1h抽样检测，测定未反应的蔗糖质量分数和产生的环酯质量分数，至蔗糖完全溶解后1h[3]。

1.5 考察超声条件下蔗糖的酯化

蔗糖过60目筛，取60目至80目蔗糖18g，DMF40mL，原乙酸三甲酯9g，对甲苯磺酸0.1g，在100mL四口瓶中搅拌，设定恒温20℃反应，因反应过程蔗糖不能完全溶解，按照反应时间，每隔1h抽样检测，至蔗糖完全溶解后1h。

2 结果与讨论

2.1 可观察到的蔗糖溶解时间

从表1看出，反应温度能明显加快蔗糖溶解，蔗糖粉碎也能明显加快蔗糖溶解，这说明由于粉碎后的蔗糖表面积大，溶解和反应都快。而反应是在蔗糖表面和溶液中进行的。

表1 蔗糖溶解与反应时间表

2.2 溶液中剩余蔗糖质量分数与时间的关系

从表2看出，蔗糖在没完全溶解时，溶液中的蔗糖浓度基本是稳定的，反应速度完全由蔗糖的溶解速度决定。稳定高，蔗糖溶解度大，反应速度快，蔗糖粉碎过筛后，细颗粒蔗糖在DMF中溶解快，反应速度也快。超声可以在液体中非常快地将固体蔗糖粉碎，而且粉碎速度快，粉碎颗粒细度比机械粉碎快，所以，溶液中蔗糖浓度在同等温度下略大，反应也在很快时间内就完成了。

表2 溶液中蔗糖质量分数与时间的关系 %

2.3 溶液中环酯浓度（%）与时间的关系

从表3可以看出，超声波用于蔗糖与原乙酸三甲酯的反应，在一个多小时就能完成，其反应速度比升温反应快了5倍，比常温反应快了十多倍。

表3 溶液中环酯质量分数与时间的关系 %

3 结论

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。