三氯蔗糖在烘焙食品中應(yīng)用存在的問(wèn)題及解決方法

劉 浩

（嘉興南湖學(xué)院，浙江 嘉興 314000）

1 三氯蔗糖的介紹

1.1 三氯蔗糖的理化性質(zhì)

三氯蔗糖是一種由蔗糖制成的無(wú)熱量、高甜味的物質(zhì)，它的化學(xué)學(xué)名為4，1，6-三氯-4，1，6-三脫氧半乳型蔗糖，其分子式是C12H19Cl3O8[1]。其固體狀態(tài)下具有無(wú)臭無(wú)吸濕性的特性，極易溶于水，較易溶于乙醇、甲醇等有機(jī)溶劑，但是微溶于乙醚。在20 ℃室溫下，水中溶解度為28.2 g。其甜味為蔗糖的400～800倍，同時(shí)甜味較純，接近蔗糖，又沒(méi)有熱量，是理想的代糖物質(zhì)[2]。

1.2 三氯蔗糖的結(jié)構(gòu)

三氯蔗糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 三氯蔗糖結(jié)構(gòu)圖[3]

1.3 三氯蔗糖的發(fā)展現(xiàn)狀

三氯蔗糖已經(jīng)應(yīng)用在超過(guò)500 種食品的制作中，包括飲料酒水、烘焙食品和罐頭類食品。飲料巨頭可口可樂(lè)公司和百事可樂(lè)公司目前都已推出以三氯蔗糖作為添加劑的代表性產(chǎn)品，這提高了市場(chǎng)對(duì)于三氯蔗糖的需求，促進(jìn)了三氯蔗糖生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展[3]。有實(shí)驗(yàn)表明，三氯蔗糖添加在酒水中能夠改善其口感，掩蓋部分酸澀感，使其更加鮮甜、醇厚，減少異味[4]。在烘焙食品行業(yè)中，由于其性質(zhì)穩(wěn)定，在烘焙過(guò)程中不易流失，也不易發(fā)生化學(xué)變化，同時(shí)不會(huì)影響發(fā)酵反應(yīng)，被大量作為甜味劑而使用。

2 三氯蔗糖的合成

三氯蔗糖的制備方法主要分為全基團(tuán)保護(hù)法、單基團(tuán)保護(hù)法、生物酶合成法[5]。雖然生物合成法在近些年引起了廣泛關(guān)注，且在多個(gè)生產(chǎn)方面具有優(yōu)勢(shì)，但全基團(tuán)保護(hù)法和單基團(tuán)保護(hù)法仍是合成三氯蔗糖的主要生產(chǎn)工藝。合成三氯蔗糖的主要步驟為?；?、氯代、脫?；途芠5]。三氯蔗糖是通過(guò)選擇性地氯代蔗糖的4-、1'-和6'-位羥基，同時(shí)，4-位羥基翻轉(zhuǎn)變成半乳糖基形成的蔗糖衍生物。蔗糖分子含有8 個(gè)羥基，氯代反應(yīng)活性順序是6＞6'＞4＞1'＞2＞3＞3'＞4'[5]。因此想要制備三氯蔗糖，需要對(duì)部分官能團(tuán)進(jìn)行保護(hù)，避免其被氯代生成非目標(biāo)產(chǎn)物。根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)羥基官能團(tuán)的保護(hù)數(shù)量的不同，可分為單基團(tuán)保護(hù)法和全基團(tuán)保護(hù)法。

2.1 全基團(tuán)保護(hù)法

全基團(tuán)保護(hù)法根據(jù)蔗糖分子中不同羥基的空間位置差異，用三苯基氯甲烷將蔗糖的6-、1'-、6'-位羥基三苯甲基化，之后乙?；Ｓ? 個(gè)位置的羥基。其在酸性條件下選擇性脫去三苯甲基，再在三乙胺作用下，4 號(hào)位的乙酰基遷移至活性更高的6 號(hào)位。生成的產(chǎn)物利用三苯基磷和四氯化碳氯化，接著在甲醇鈉/甲醇體系中脫去乙酰基，即可得三氯蔗糖[3]。相關(guān)的化學(xué)合成步驟如圖2。全基團(tuán)保護(hù)法是合成三氯蔗糖的早期方法，其優(yōu)點(diǎn)是副產(chǎn)物少和純度較高，但由于其生產(chǎn)步驟過(guò)多，加工工藝復(fù)雜，且生產(chǎn)成本高，所以人們需要探尋其他更為高效的生產(chǎn)方法。

2.2 單基團(tuán)保護(hù)法

單基團(tuán)保護(hù)法是將蔗糖的6-位羥基酰化，然后再氯代4-、1'-、6'-位羥基，隨后脫除乙酰基，制得三氯蔗糖[3]，具體的化學(xué)合成步驟如圖3。由于該方法只需保護(hù)一個(gè)位子的羥基，簡(jiǎn)化了加工工序。因此，該法是目前三氯蔗糖合成工藝的研究熱點(diǎn)之一。單基團(tuán)保護(hù)法的關(guān)鍵步驟是如何實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的選擇性單酯化，這一過(guò)程的好壞直接影響整個(gè)合成工藝的效率和成本。在這方面，酶催化因其所具有的專一性和高選擇性，可以成為高效獲取蔗糖單酯化產(chǎn)物的有效途徑。

圖3 單基團(tuán)保護(hù)法合成三氯蔗糖流程圖[1]

3 三氯蔗糖在烘焙食品中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

三氯蔗糖作為傳統(tǒng)甜味劑——蔗糖的衍生產(chǎn)物，在保留了蔗糖原有優(yōu)點(diǎn)的情況下，也去除了部分蔗糖的缺點(diǎn)，同時(shí)在綜合方面又勝于糖醇類物質(zhì)、阿斯巴甜、安賽蜜等甜味劑，所以三氯蔗糖成為現(xiàn)在使用率最高的甜味劑之一。三氯蔗糖相比于其他甜味劑的具體優(yōu)點(diǎn)如下：

3.1 理化性質(zhì)穩(wěn)定

三氯蔗糖的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)非常穩(wěn)定，結(jié)晶體在干燥的室溫條件下，即使儲(chǔ)存4 年也不會(huì)發(fā)生變質(zhì)。三氯蔗糖在一眾甜味劑中耐熱性較為良好，而烘焙操作通常溫度要達(dá)到200 ℃以上，故三氯蔗糖比其他甜味劑更有優(yōu)勢(shì)。當(dāng)三氯蔗糖作為添加劑加入烘焙食品中，常規(guī)條件下，烘焙食品中加入的三氯蔗糖在一年內(nèi)的流失率僅有2%左右，這保證了烘焙食品在貨架期內(nèi)的風(fēng)味不會(huì)發(fā)生太大變化，有效減少了生產(chǎn)成本。

3.2 含熱量低

根據(jù)《中國(guó)居民營(yíng)養(yǎng)與慢性病狀況報(bào)告（2020 年）》，2020 年中國(guó)18 歲以上居民的肥胖率為16.4%，6—17 歲肥胖率為7.8%，并且保持逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)，由肥胖帶來(lái)的病痛深刻地影響了人們的日常生活。三氯蔗糖由于其本身的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，不為人體所吸收，不參與人體的糖分代謝，在帶給人們感官上的享受的同時(shí)，不會(huì)影響人們身體健康，成為現(xiàn)有甜味劑中最優(yōu)解。

3.3 安全性高

1998 年，美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）參照了110 多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，未發(fā)現(xiàn)其有神經(jīng)系統(tǒng)等方面毒性，不會(huì)誘發(fā)癌癥，批準(zhǔn)了三氯蔗糖的上市。我國(guó)也在經(jīng)過(guò)一系列使用后，證明了三氯蔗糖的安全性，于1997 年正式批準(zhǔn)使用三氯蔗糖作為添加劑在食品中使用[2]。由于三氯蔗糖的甜度是蔗糖的700 倍左右，人們正常飲食對(duì)于其攝入量很低，幾乎不可能超過(guò)國(guó)家規(guī)定的AD 數(shù)值為15 mg/kg 的三氯蔗糖的攝入量，可以放心食用。

3.4 甜度高

三氯蔗糖的甜度是蔗糖的700 倍左右，是阿斯巴甜的3 倍左右，相比甜蜜素、蔗糖、阿斯巴甜和糖醇類物質(zhì)等甜味劑，要達(dá)到相同的甜味所需要加入的劑量最少，這減少了食品中添加劑的加入，降低了食品中加入添加劑所產(chǎn)生的成本，受到烘焙食品生產(chǎn)商的青睞。

4 三氯蔗糖在烘焙食品中應(yīng)用存在的問(wèn)題

三氯蔗糖作為目前最優(yōu)秀的甜味劑之一，在滿足人們的多種需要的同時(shí)，也存在著一些急需解決的問(wèn)題。

4.1 產(chǎn)生難降解的污染物

到目前為止，三氯蔗糖已經(jīng)在約100 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)被批準(zhǔn)作為食品添加劑在食品中使用，其在被廣泛應(yīng)用于食品的同時(shí)，也不可避免地進(jìn)入當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境中。由于三氯蔗糖本身的持久性和穩(wěn)定性，導(dǎo)致它在環(huán)境中不易分解，目前已被美國(guó)環(huán)境保護(hù)局宣布為新興污染物。Amy-Sagers 等發(fā)現(xiàn)，三氯蔗糖會(huì)影響水中浮萍的生長(zhǎng)，因?yàn)楦∑伎梢晕杖日崽亲鳛樘嫉墓w。另外有學(xué)者通過(guò)研究含有三氯蔗糖的水中的鯉魚(yú)，發(fā)現(xiàn)鯉魚(yú)鰓、腦和肉中的脂質(zhì)過(guò)氧化作用、氫過(guò)氧化物含量均有所增長(zhǎng)，抗氧化物酶活性發(fā)生改變。水中生物的生理狀況發(fā)生變化，雖然沒(méi)有直接的證據(jù)證明三氯蔗糖有毒性，但其對(duì)生態(tài)環(huán)境確實(shí)存在一定的影響。

4.2 廠家的不法生產(chǎn)

雖然我國(guó)在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)明確指出了各個(gè)食品添加劑的使用范圍和數(shù)量，但仍有部分廠商懷有僥幸心理，為了利潤(rùn)挺而走險(xiǎn)。部分烘焙食品的生產(chǎn)商們會(huì)違規(guī)使用三氯蔗糖，導(dǎo)致食品中的添加劑過(guò)量，進(jìn)而影響消費(fèi)者的身體健康。

4.3 影響人體代謝系統(tǒng)

有研究發(fā)現(xiàn)，人體同時(shí)攝入三氯蔗糖和麥芽糊精時(shí)，會(huì)出現(xiàn)代謝問(wèn)題和神經(jīng)反應(yīng)問(wèn)題。若僅食用低熱量甜味劑，人體并不會(huì)出現(xiàn)因攝入三氯蔗糖而損害新陳代謝的表現(xiàn)，但是當(dāng)三氯蔗糖與部分添加的碳水化合物一起攝入時(shí)，糖代謝和大腦對(duì)糖的反應(yīng)會(huì)受到損害。

5 解決三氯蔗糖應(yīng)用問(wèn)題的辦法

三氯蔗糖在烘焙食品中應(yīng)用存在的問(wèn)題，一部分是由于其本身的特性所導(dǎo)致，另一部分是因?yàn)樯a(chǎn)商在加工食品過(guò)程中的違規(guī)行為。

5.1 使用芬頓法處理三氯蔗糖廢水

芬頓氧化技術(shù)是指利用亞鐵離子作催化劑，催化過(guò)氧化氫分解產(chǎn)生的羥基自由基（·OH），以此氧化有機(jī)物的高級(jí)氧化技術(shù)。芬頓試劑自1894 年就已被發(fā)明，它的強(qiáng)氧化性也得到了人們的認(rèn)可，但對(duì)于其氧化性的內(nèi)在機(jī)制還在研究當(dāng)中，可能的反應(yīng)機(jī)理圖如圖4 所示。芬頓氧化技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和、效率高、所需加工設(shè)施少等優(yōu)點(diǎn)，在污水處理領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。FerreiaG 等科學(xué)家使用芬頓法對(duì)三氯蔗糖進(jìn)行處理，事實(shí)證明，芬頓試劑能夠有效處理污水中的三氯蔗糖。

圖4 芬頓反應(yīng)可能存在的轉(zhuǎn)化機(jī)理圖

5.2 完善相關(guān)責(zé)任機(jī)制

雖然我國(guó)對(duì)于三氯蔗糖作為食品添加劑已有明確規(guī)定，但仍有部分生產(chǎn)商違法生產(chǎn)，歸根到底是相關(guān)責(zé)任機(jī)制的不完善，造成無(wú)法明確定責(zé)，使企業(yè)能夠逃避法律的懲罰。想要減少類似事件的發(fā)生，還需要國(guó)家制定完善的責(zé)任機(jī)制，使違法行為的責(zé)任能夠明確落到具體部門，甚至是個(gè)人身上。

5.3 加強(qiáng)三氯蔗糖的科普

三氯蔗糖在中國(guó)作為添加劑已使用多年，但大部分人對(duì)其所知甚少，為數(shù)不多的了解也是生產(chǎn)商對(duì)于低熱量食品的宣傳所附帶的，而生產(chǎn)商為了個(gè)人利益考慮，會(huì)故意隱去三氯蔗糖所存在的隱患，這就需要國(guó)家對(duì)三氯蔗糖的相關(guān)特性進(jìn)行科普。

6 結(jié)語(yǔ)

三氯蔗糖作為人工甜味劑中的典型物質(zhì)，現(xiàn)已普遍存在于各類食品中，它所擁有的特性也使其能夠在烘焙食品行業(yè)擁有較大的發(fā)展前景，但仍有一些問(wèn)題需要解決，這需要現(xiàn)在及未來(lái)的科學(xué)家們對(duì)于其在烘焙食品領(lǐng)域應(yīng)用研究的不斷探索。當(dāng)我們能夠妥善解決三氯蔗糖在烘焙食品中存在的問(wèn)題時(shí)，它會(huì)為我們帶來(lái)感官上的享受和健康的身體。