三氯蔗糖在烘焙食品中應用存在的問題及解決方法

劉 浩

（嘉興南湖學院，浙江 嘉興 314000）

1 三氯蔗糖的介紹

1.1 三氯蔗糖的理化性質

三氯蔗糖是一種由蔗糖制成的無熱量、高甜味的物質，它的化學學名為4，1，6-三氯-4，1，6-三脫氧半乳型蔗糖，其分子式是C12H19Cl3O8[1]。其固體狀態下具有無臭無吸濕性的特性，極易溶于水，較易溶于乙醇、甲醇等有機溶劑，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，同時甜味較純，接近蔗糖，又沒有熱量，是理想的代糖物質[2]。

1.2 三氯蔗糖的結構

三氯蔗糖的化學結構如圖1 所示。

圖1 三氯蔗糖結構圖[3]

1.3 三氯蔗糖的發展現狀

三氯蔗糖已經應用在超過500 種食品的制作中，包括飲料酒水、烘焙食品和罐頭類食品。飲料巨頭可口可樂公司和百事可樂公司目前都已推出以三氯蔗糖作為添加劑的代表性產品，這提高了市場對于三氯蔗糖的需求，促進了三氯蔗糖生產行業的發展[3]。有實驗表明，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]。在烘焙食品行業中，由于其性質穩定，在烘焙過程中不易流失，也不易發生化學變化，同時不會影響發酵反應，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保護法、單基團保護法、生物酶合成法[5]。雖然生物合成法在近些年引起了廣泛關注，且在多個生產方面具有優勢，但全基團保護法和單基團保護法仍是合成三氯蔗糖的主要生產工藝。合成三氯蔗糖的主要步驟為?；⒙却⒚擋；途芠5]。三氯蔗糖是通過選擇性地氯代蔗糖的4-、1'-和6'-位羥基，同時，4-位羥基翻轉變成半乳糖基形成的蔗糖衍生物。蔗糖分子含有8 個羥基，氯代反應活性順序是6＞6'＞4＞1'＞2＞3＞3'＞4'[5]。因此想要制備三氯蔗糖，需要對部分官能團進行保護，避免其被氯代生成非目標產物。根據生產過程中對羥基官能團的保護數量的不同，可分為單基團保護法和全基團保護法。

2.1 全基團保護法

全基團保護法根據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，之后乙酰化剩余5 個位置的羥基。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 號位的乙酰基遷移至活性更高的6 號位。生成的產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]。相關的化學合成步驟如圖2。全基團保護法是合成三氯蔗糖的早期方法，其優點是副產物少和純度較高，但由于其生產步驟過多，加工工藝復雜，且生產成本高，所以人們需要探尋其他更為高效的生產方法。

2.2 單基團保護法

單基團保護法是將蔗糖的6-位羥基?；?，然后再氯代4-、1'-、6'-位羥基，隨后脫除乙?；频萌日崽荹3]，具體的化學合成步驟如圖3。由于該方法只需保護一個位子的羥基，簡化了加工工序。因此，該法是目前三氯蔗糖合成工藝的研究熱點之一。單基團保護法的關鍵步驟是如何實現精準的選擇性單酯化，這一過程的好壞直接影響整個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物的有效途徑。

圖3 單基團保護法合成三氯蔗糖流程圖[1]

3 三氯蔗糖在烘焙食品中應用的優勢

三氯蔗糖作為傳統甜味劑——蔗糖的衍生產物，在保留了蔗糖原有優點的情況下，也去除了部分蔗糖的缺點，同時在綜合方面又勝于糖醇類物質、阿斯巴甜、安賽蜜等甜味劑，所以三氯蔗糖成為現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點如下：

3.1 理化性質穩定

三氯蔗糖的化學性質和物理性質非常穩定，結晶體在干燥的室溫條件下，即使儲存4 年也不會發生變質。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到200 ℃以上，故三氯蔗糖比其他甜味劑更有優勢。當三氯蔗糖作為添加劑加入烘焙食品中，常規條件下，烘焙食品中加入的三氯蔗糖在一年內的流失率僅有2%左右，這保證了烘焙食品在貨架期內的風味不會發生太大變化，有效減少了生產成本。

3.2 含熱量低

根據《中國居民營養與慢性病狀況報告（2020 年）》，2020 年中國18 歲以上居民的肥胖率為16.4%，6—17 歲肥胖率為7.8%，并且保持逐年增長的趨勢，由肥胖帶來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和結構，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，不會影響人們身體健康，成為現有甜味劑中最優解。

3.3 安全性高

1998 年，美國食品藥品監督管理局（FDA）參照了110 多項實驗數據，未發現其有神經系統等方面毒性，不會誘發癌癥，批準了三氯蔗糖的上市。我國也在經過一系列使用后，證明了三氯蔗糖的安全性，于1997 年正式批準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，人們正常飲食對于其攝入量很低，幾乎不可能超過國家規定的AD 數值為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等甜味劑，要達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生的成本，受到烘焙食品生產商的青睞。

4 三氯蔗糖在烘焙食品中應用存在的問題

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

4.1 產生難降解的污染物

到目前為止，三氯蔗糖已經在約100 多個國家和地區被批準作為食品添加劑在食品中使用，其在被廣泛應用于食品的同時，也不可避免地進入當地的環境中。由于三氯蔗糖本身的持久性和穩定性，導致它在環境中不易分解，目前已被美國環境保護局宣布為新興污染物。Amy-Sagers 等發現，三氯蔗糖會影響水中浮萍的生長，因為浮萍可以吸收三氯蔗糖作為碳的供體。另外有學者通過研究含有三氯蔗糖的水中的鯉魚，發現鯉魚鰓、腦和肉中的脂質過氧化作用、氫過氧化物含量均有所增長，抗氧化物酶活性發生改變。水中生物的生理狀況發生變化，雖然沒有直接的證據證明三氯蔗糖有毒性，但其對生態環境確實存在一定的影響。

4.2 廠家的不法生產

雖然我國在國家標準中已經明確指出了各個食品添加劑的使用范圍和數量，但仍有部分廠商懷有僥幸心理，為了利潤挺而走險。部分烘焙食品的生產商們會違規使用三氯蔗糖，導致食品中的添加劑過量，進而影響消費者的身體健康。

4.3 影響人體代謝系統

有研究發現，人體同時攝入三氯蔗糖和麥芽糊精時，會出現代謝問題和神經反應問題。若僅食用低熱量甜味劑，人體并不會出現因攝入三氯蔗糖而損害新陳代謝的表現，但是當三氯蔗糖與部分添加的碳水化合物一起攝入時，糖代謝和大腦對糖的反應會受到損害。

5 解決三氯蔗糖應用問題的辦法

三氯蔗糖在烘焙食品中應用存在的問題，一部分是由于其本身的特性所導致，另一部分是因為生產商在加工食品過程中的違規行為。

5.1 使用芬頓法處理三氯蔗糖廢水

芬頓氧化技術是指利用亞鐵離子作催化劑，催化過氧化氫分解產生的羥基自由基（·OH），以此氧化有機物的高級氧化技術。芬頓試劑自1894 年就已被發明，它的強氧化性也得到了人們的認可，但對于其氧化性的內在機制還在研究當中，可能的反應機理圖如圖4 所示。芬頓氧化技術具有操作簡單、反應條件溫和、效率高、所需加工設施少等優點，在污水處理領域有廣泛應用。FerreiaG 等科學家使用芬頓法對三氯蔗糖進行處理，事實證明，芬頓試劑能夠有效處理污水中的三氯蔗糖。

圖4 芬頓反應可能存在的轉化機理圖

5.2 完善相關責任機制

雖然我國對于三氯蔗糖作為食品添加劑已有明確規定，但仍有部分生產商違法生產，歸根到底是相關責任機制的不完善，造成無法明確定責，使企業能夠逃避法律的懲罰。想要減少類似事件的發生，還需要國家制定完善的責任機制，使違法行為的責任能夠明確落到具體部門，甚至是個人身上。

5.3 加強三氯蔗糖的科普

三氯蔗糖在中國作為添加劑已使用多年，但大部分人對其所知甚少，為數不多的了解也是生產商對于低熱量食品的宣傳所附帶的，而生產商為了個人利益考慮，會故意隱去三氯蔗糖所存在的隱患，這就需要國家對三氯蔗糖的相關特性進行科普。

6 結語

三氯蔗糖作為人工甜味劑中的典型物質，現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擁有較大的發展前景，但仍有一些問題需要解決，這需要現在及未來的科學家們對于其在烘焙食品領域應用研究的不斷探索。當我們能夠妥善解決三氯蔗糖在烘焙食品中存在的問題時，它會為我們帶來感官上的享受和健康的身體。