三氯蔗糖研究進(jìn)展及相關(guān)技術(shù)在我國的專利保護(hù)

朱洪杰 孔佳音

（國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局，北京 100088）

三氯蔗糖研究進(jìn)展及相關(guān)技術(shù)在我國的專利保護(hù)

朱洪杰 孔佳音

（國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局，北京 100088）

朱洪杰，國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局審查員，主要從事食品、保健食品、飼料領(lǐng)域發(fā)明專利申請(qǐng)實(shí)質(zhì)審查工作。

E-mail：zhuhongjie@sipo.gov.cn

作者簡(jiǎn)介

孔佳音，國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局審查員，主要從事食品、保健食品、飼料領(lǐng)域發(fā)明專利申請(qǐng)實(shí)質(zhì)審查工作。

E-mail：kongjiayin@sipo.gov.cn

三氯蔗糖是以蔗糖為原料經(jīng)氯化而成的一種非營養(yǎng)性甜味劑，因其具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，被用于多種食品中。從涉及三氯蔗糖的中國專利申請(qǐng)出發(fā)，分析其技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和在我國的專利保護(hù)情況。

總所周知，甜味劑是指能賦于食品甜味的一種調(diào)味劑，功能性甜味劑是指具有特殊生理功能或特殊用途的食品甜味劑，包括功能性單糖、功能性低聚糖、多元糖醇、強(qiáng)力甜味劑等12。

三氯蔗糖（sucralose/TGS），又稱蔗糖素、蔗糖精，是一種新型高甜度非營養(yǎng)性甜味劑，由英國泰萊公司（Tate&Lyle）與倫敦大學(xué)共同研制，并于1976年申請(qǐng)相關(guān)技術(shù)專利3，1988年進(jìn)入市場(chǎng)。

三氯蔗糖是繼阿斯巴甜、AK糖之后開發(fā)出的新一代甜味劑，其甜味特性最接近蔗糖，甜度約為蔗糖的600倍，具有甜度高、甜味純正、低熱量、高度安全等特點(diǎn)，是目前頗具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N強(qiáng)力甜味劑。

1 三氯蔗糖的合成及應(yīng)用

1.1 三氯蔗糖的合成

三氯蔗糖是蔗糖分子中的4、1'和6'三個(gè)位置上的羥基被氯原子取代而得。其合成工藝主要有3種，即單基團(tuán)保護(hù)法、全基團(tuán)保護(hù)法和化學(xué)-酶合成法。

單基團(tuán)保護(hù)法是對(duì)蔗糖分子中C-6位上的羥基進(jìn)行單獨(dú)保護(hù)，然后通過選擇性氯化取代C-4、1'、6'位上的羥基，最后脫去C-6位上的保護(hù)基團(tuán)生成三氯蔗糖。該法工藝路線簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，收率高，成本低，中間產(chǎn)物易于分離提純，可采取萃取或結(jié)晶的方法，是具有發(fā)展前景的工藝路線，適宜工業(yè)化。但是其主要困難在于如何高效保護(hù)6-C上伯羥基，提高蔗糖-6-乙酯的收率。

全基團(tuán)保護(hù)法是利用蔗糖分子中8個(gè)羥基在空間位阻上的區(qū)別，利用體積較大的基團(tuán)選擇性地保護(hù)空間位阻相對(duì)較小的3個(gè)伯羥基，然后通過多步反應(yīng)（脫除、遷移、氯化、脫乙酰基等）使3個(gè)氯原子取代的位置符合特定的要求。此法具有無需分離精制、產(chǎn)品得率高、純度高的優(yōu)點(diǎn)，但其合成步驟多，工藝復(fù)雜，成本較高。

化學(xué)-酶合成法采用了6位上的基團(tuán)保護(hù)法，利用酶的專一性將糖類物質(zhì)中C-6位羥基進(jìn)行?；Ｗo(hù)，再經(jīng)過氯化、脫?；⒎蛛x等步驟獲得三氯蔗糖。酶法的優(yōu)點(diǎn)在于使用酶作催化劑，專一性強(qiáng)，使用有機(jī)溶劑少，但是投資大、收率低，菌種的開發(fā)和優(yōu)化以及提高酶活性、選擇性和穩(wěn)定性尤為重要。

1.2 三氯蔗糖的應(yīng)用

經(jīng)過多年研究，三氯蔗糖被證明對(duì)人體是安全的。目前，包括中國、美國、英國、日本等多個(gè)國家和地區(qū)已經(jīng)批準(zhǔn)其可作為食品添加劑使用。1997年7月，中國批準(zhǔn)其使用，并將其列入食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)。目前我國涉及三氯蔗糖的國家標(biāo)準(zhǔn)包括GB 2760—20144、GB 25531—20105和GB 22255—20146。

作為甜味劑，三氯蔗糖廣泛應(yīng)用于飲料、糖果、蜜餞等食品和酒類及酒類飲料中，目前已在數(shù)千種食品中添加使用。我國現(xiàn)行《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》（GB 2760—2014）中明確規(guī)定了三氯蔗糖作為甜味劑的應(yīng)用范圍及最大使用量（表1）。

2 我國三氯蔗糖相關(guān)專利情況介紹

中國專利文獻(xiàn)檢索系統(tǒng)中三氯蔗糖相關(guān)專利申請(qǐng)共155件。以下對(duì)專利申請(qǐng)的基本情況，包括年份分布、申請(qǐng)類型和技術(shù)主題、申請(qǐng)人分布等進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，并結(jié)合主要申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)，對(duì)其研發(fā)重點(diǎn)、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)作簡(jiǎn)要分析。

2.1 專利申請(qǐng)基本情況

2.1.1 申請(qǐng)年份分布

從申請(qǐng)時(shí)間上看，我國三氯蔗糖相關(guān)專利申請(qǐng)始于20世紀(jì)90年代初期，但2000年前僅有3件專利申請(qǐng)，申請(qǐng)人均是箭牌糖類有限公司，主要涉及含有包封三氯蔗糖的口香糖。我國申請(qǐng)人涉及三氯蔗糖相關(guān)技術(shù)的專利申請(qǐng)始于2001年，2006年起申請(qǐng)量有顯著增長（圖1）。

2.1.2 申請(qǐng)的類型和技術(shù)主題

從專利申請(qǐng)的類型上看，155件專利申請(qǐng)包括發(fā)明專利137件、實(shí)用新型專利18件。

鄭建仙. 功能性食品甜味劑. 北京：中國輕工業(yè)出版，1997.

2 參考文獻(xiàn)

鄭建仙. 低能量食品. 北京：中國輕工業(yè)出版社，2001.

3 參考文獻(xiàn)

KHAN R A， HOUGH L， PHADNIS S P. Chloroderivative of Sucrose：GB1543168. 1979-03-28.

4 參考文獻(xiàn)

中華人民共和國國家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì). 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn) GB 2760-2014.北京： 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社. 2014. ［2014-12-24］.

5 參考文獻(xiàn)

中華人民共和國衛(wèi)生部. 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑 三氯蔗糖：GB 25531-2010. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社. 2010. ［2010-12-21］.

6 參考文獻(xiàn)

中華人民共和國國家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì). 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中三氯蔗糖（蔗糖素）的測(cè)定：GB 22255-2014. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社. 2015. ［2015-01-28］.

7 參考文獻(xiàn)

上海迪賽諾維生素有限公司. 一種三氯蔗糖的合成方法：200610023267.8. 2008-06-18.

8 參考文獻(xiàn)

清遠(yuǎn)天基谷醣實(shí)業(yè)有限公司. 改進(jìn)的三氯蔗糖的生產(chǎn)方法：200610109687.8. 2008-02-20.

9 參考文獻(xiàn)

南京仕浪藥業(yè)有限公司. 一種三氯蔗糖的合成方法：200810021791.0. 2010-02-24.

10 參考文獻(xiàn)

肖志勇， 陳永梅. 從捷康勝訴“三氯蔗糖案”解毒美國對(duì)華337調(diào)查. 軟科學(xué)， 2010， 24（5）：60-63，82.

11 參考文獻(xiàn)

淄博聯(lián)技甜味劑有限公司. 三氯蔗糖生產(chǎn)用多管均勻分布蒸汽直接加熱系統(tǒng)：201220564028.4. 2013-04-24.

12 參考文獻(xiàn)

淄博聯(lián)技甜味劑有限公司. 三氯蔗糖專用結(jié)晶罐：201220575867.6. 2013-04-24.

13 參考文獻(xiàn)

淄博聯(lián)技甜味劑有限公司. 三氯蔗糖溶劑回收系統(tǒng)：201220575872.7. 2013-04-24.

14 參考文獻(xiàn)

溧陽維信生物科技有限公司. 一種用于三氯蔗糖生產(chǎn)的板框式過濾機(jī)：201320006575.5. 2013-08-28.

15 參考文獻(xiàn)

溧陽維信生物科技有限公司. 一種用于三氯蔗糖廢氣回收的降膜吸收塔：201320743921.8. 2014-07-09.

表1 GB 2760—2014中規(guī)定的三氯蔗糖應(yīng)用范圍及最大使用量

從技術(shù)主題上看，主要涉及三氯蔗糖合成方法、中間體制備方法，純化分離方法，含三氯蔗糖的組合物，含三氯蔗糖的食品、藥品以及三氯蔗糖制備中使用的裝置設(shè)備。其中，涉及三氯蔗糖合成方法與中間體制備方法的專利申請(qǐng)占絕大部分。從合成的具體方法看，90%左右涉及單基團(tuán)保護(hù)法，僅有個(gè)別申請(qǐng)涉及全基團(tuán)保護(hù)法78和酶法9。這與我國三氯蔗糖企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)情況相符，國內(nèi)主要生產(chǎn)企業(yè)均采用單基團(tuán)保護(hù)法。

2.1.3 申請(qǐng)人分布

155件專利申請(qǐng)中企業(yè)申請(qǐng)達(dá)到130件，明顯高于個(gè)人和科研院校各15件的申請(qǐng)量（存在聯(lián)合申請(qǐng)的情況），這說明企業(yè)重視在三氯蔗糖這一領(lǐng)域中的技術(shù)研究并努力尋求國內(nèi)的專利保護(hù)。專利申請(qǐng)中，國外申請(qǐng)20件，涉及5個(gè)國家共7個(gè)申請(qǐng)人（圖2）。國內(nèi)申請(qǐng)135件，申請(qǐng)人主要集中在鹽城捷康三氯蔗糖制造有限公司、常州市牛塘化工廠有限公司、淄博聯(lián)技甜味劑有限公司、溧陽維信生物技術(shù)有限公司等幾家國內(nèi)知名企業(yè)。

圖1 三氯蔗糖相關(guān)專利申請(qǐng)量年代分布圖

圖2 三氯蔗糖專利外國申請(qǐng)人分布

2.2 主要申請(qǐng)人研發(fā)重點(diǎn)和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

2.2.1 主要申請(qǐng)人研發(fā)重點(diǎn)

①塔特和萊利有限公司。作為研究三氯蔗糖最早也是長期處于全球壟斷地位的三氯蔗糖生產(chǎn)企業(yè)，塔特和萊利有限公司注重該技術(shù)領(lǐng)域的專利保護(hù)。目前在全球擁有百余件三氯蔗糖相關(guān)專利申請(qǐng)，主要在美國、日本、歐洲、英國、中國等國家和地區(qū)進(jìn)行專利布局。該公司自2001年至今，在中國申請(qǐng)三氯蔗糖相關(guān)專利10余件，從其技術(shù)主題看，主要涉及三氯蔗糖組合物、提高三氯蔗糖純度和產(chǎn)率的方法（表2），而非三氯蔗糖的合成方法或中間體的制備方法。這說明該公司的研發(fā)重點(diǎn)在于如何改善三氯蔗糖的甜度以及提高產(chǎn)品的產(chǎn)率和品質(zhì)。

②鹽城捷康三氯蔗糖制造有限公司。該公司成立于2006年1月，是全球第二大、中國最大的三氯蔗糖專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)。為了自身發(fā)展、維護(hù)國內(nèi)三氯蔗糖行業(yè)的利益，2007年7月捷康公司向美國國際貿(mào)易委員會(huì)（ITC）提交了主動(dòng)加入Tate&Lyle公司請(qǐng)求啟動(dòng)ITC-337調(diào)查的申請(qǐng)。2009年，ITC作出終審裁決，裁定參與應(yīng)訴的捷康公司等4家中國三氯蔗糖生產(chǎn)企業(yè)沒有侵犯Tate&Lyle公司的專利10。訴訟案的勝利極大振奮了相關(guān)企業(yè)的信心，促進(jìn)了我國三氯蔗糖行業(yè)的發(fā)展，并為我國企業(yè)和產(chǎn)品進(jìn)軍國際市場(chǎng)奠定了基礎(chǔ)。鹽城捷康三氯蔗糖制造有限公司自成立之初就注重技術(shù)研發(fā)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，在中國申請(qǐng)三氯蔗糖相關(guān)專利12件（表3）。該公司的專利申請(qǐng)主要涉及提高中間體或終產(chǎn)品純度和收率的方法，生產(chǎn)過程中溶劑、廢水廢氣的回收和處理方法等。由此可見，該公司致力于產(chǎn)品質(zhì)量的提升、生產(chǎn)原料的有效利用。

表2 塔特和萊利有限公司主要專利申請(qǐng)舉例申請(qǐng)?zhí)?發(fā)明名稱 技術(shù)要點(diǎn) 法律狀態(tài)01822059.2 三氯蔗糖的可熔形式可熔的含三氯蔗糖的甜味劑，包含三氯蔗糖和丁磺氨鉀的均質(zhì)混合物。該甜味劑可用在各種食品中，如糖、微波食品、油炸制品等，還可作為通常受熱熔化甜味劑的替代品專利權(quán)失效03805528.7 提高三氯蔗糖純度和產(chǎn)率的方法從粗制三氯蔗糖溶液中純化三氯蔗糖的方法，對(duì)包含粗制三氯蔗糖溶液的原料進(jìn)行非結(jié)晶純化，對(duì)純度提高的三氯蔗糖溶液進(jìn)行結(jié)晶以獲得結(jié)晶三氯蔗糖和母液，將至少一部分母液再循環(huán)至起始原料中，對(duì)結(jié)晶三氯蔗糖進(jìn)行至少三次另外的連續(xù)結(jié)晶專利權(quán)有效200680008664.6 粒狀三氯蔗糖及其制備方法從溶液涂敷三氯蔗糖而形成顆粒，涂敷的三氯蔗糖在其外部區(qū)域上，顆?？梢越Y(jié)合附聚的三氯蔗糖粉粒，溶液涂敷的三氯蔗糖增加質(zhì)量并且導(dǎo)致顆粒是相對(duì)光滑和圓的。顆粒具有良好的流動(dòng)性質(zhì)，是低粉化且耐結(jié)塊的。制造所述顆粒的方法涉及將三氯蔗糖水溶液噴霧到三氯蔗糖粉粒的流化床上，接著干燥而形成所述顆粒專利權(quán)有效200880002295.9 改進(jìn)的三氯蔗糖制備方法用于從由蔗糖-6-酰化物在反應(yīng)媒介物中的氯化產(chǎn)生的原料流制備三氯蔗糖的方法。原料流包含三氯蔗糖-6-酰化物、反應(yīng)媒介物和包含高分子量有色物質(zhì)的副產(chǎn)物，方法包括用堿處理使三氯蔗糖-6-?；锩擋Ｒ蕴峁┤日崽牵谒雒擋Ｖ盎蛑?，去除反應(yīng)媒介物并且分離三氯蔗糖，在即將去除反應(yīng)媒介物之前，對(duì)反應(yīng)流進(jìn)行包括用金屬或銨氫氧化物和二氧化碳進(jìn)行處理的沉淀步驟，隨后分離所述沉淀失效200980108810.6用于生物降解三氯蔗糖和其他氯化碳水化合物的微生物聚生體能夠降解氯化碳水化合物的分離的微生物聚生體和使微生物在特定溫度和鹽條件下適用于降解氯化碳水化合物的方法以及利用微生物聚生體降解廢料流中的氯化碳水化合物的方法專利權(quán)有效

表3 鹽城捷康三氯蔗糖制造有限公司主要專利申請(qǐng)舉例申請(qǐng)?zhí)?發(fā)明名稱技術(shù)要點(diǎn) 法律狀態(tài)200710148951.3 三氯蔗糖生產(chǎn)過程中回收叔酰胺溶劑的方法回收方法包括進(jìn)料、蒸發(fā)、精餾、分離、除酸、熱回收和出料工序，其中蒸發(fā)采用自然循環(huán)加熱，使叔酰胺氣相部分由精餾塔中段進(jìn)入精餾塔，蒸餾塔采用填料與板式復(fù)合塔。自然循環(huán)精餾技術(shù)與用泵強(qiáng)制循環(huán)相比，電耗下降50%以上。采用復(fù)合式精餾塔，降低了塔高，解決了堵塔問題專利權(quán)有效200910033417.7 工業(yè)生產(chǎn)三氯蔗糖-6-乙酸酯的氯化方法采用芳香烴、鹵代烴等溶劑代替通常使用的取代酰胺溶劑，利用原位生成vilsmeier試劑，與蔗糖-6-乙酸酯反應(yīng)生成三氯蔗糖-6-乙酸酯專利權(quán)有效201110440248.6 溶劑熱回流純化三氯蔗糖的方法利用三氯蔗糖產(chǎn)品與四氯蔗糖雜質(zhì)熔點(diǎn)差異大的物性特點(diǎn)，在高于四氯蔗糖熔點(diǎn)64℃以上，通過回流熱溶劑的溶解或流動(dòng)沖刷作用，將處于流動(dòng)態(tài)的四氯蔗糖從固態(tài)三氯蔗糖中分離出來。回流法生產(chǎn)周期短、效率高、有機(jī)溶劑用量少，與傳統(tǒng)萃取/結(jié)晶方法相比，三氯蔗糖產(chǎn)品損失小專利權(quán)有效201310287042.3 一種高熱穩(wěn)定性三氯蔗糖及其制備方法將粉碎后的結(jié)晶三氯蔗糖微粉加入造粒設(shè)備中，噴入水或三氯蔗糖水溶液作為黏結(jié)劑，形成粒徑為50～800μm具有疏松狀多孔隙微觀結(jié)構(gòu)的小顆粒，再經(jīng)過干燥、整形、篩分等步驟獲得高熱穩(wěn)定性的三氯蔗糖專利權(quán)有效201510259701.1 從三氯蔗糖生產(chǎn)廢水中回收二甲胺的方法在含10%～30%二甲胺鹽酸鹽和1%～5%N，N-二甲基甲酰胺的廢水中加入強(qiáng)堿性物質(zhì)，得到二甲胺濃度為10%～30%的中間產(chǎn)物；對(duì)中間產(chǎn)物精餾提純，得到濃度大于35%的二甲胺溶液在審

③常州市牛塘化工廠有限公司。該公司始建于1969年，是國內(nèi)知名食品添加劑生產(chǎn)企業(yè)，在我國的專利申請(qǐng)主要涉及三氯蔗糖的合成方法，包括單基團(tuán)保護(hù)法和全基團(tuán)保護(hù)法（表4）。專利申請(qǐng)主要集中在2006～2010年，近3年未見有關(guān)三氯蔗糖制備方法和相關(guān)產(chǎn)品的專利申請(qǐng)。

表4 常州市牛塘化工廠有限公司主要專利申請(qǐng)舉例

④淄博聯(lián)技甜味劑有限公司和溧陽維信生物技術(shù)有限公司。2012、2013年，兩家公司申請(qǐng)了多件專利申請(qǐng)，但與上述幾家企業(yè)不同，這兩家公司申請(qǐng)的專利均是實(shí)用新型專利，主要涉及三氯蔗糖制備過程中使用的裝置、設(shè)備，例如加熱系統(tǒng)、過濾裝置、干燥及冷卻系統(tǒng)、結(jié)晶罐、溶劑回收系統(tǒng)、尾氣處理裝置等11～15。

2.2.2 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

分析近幾年三氯蔗糖相關(guān)專利申請(qǐng)的技術(shù)主題，合成方法類申請(qǐng)的數(shù)量逐年下降，涉及提高中間體得率、提純結(jié)晶方法、廢水廢氣處理方法等技術(shù)主題的專利申請(qǐng)數(shù)量呈上升趨勢(shì)。這說明在三氯蔗糖合成工藝基本成熟和穩(wěn)定的情況下，更多申請(qǐng)人、發(fā)明人將研究的重點(diǎn)從全流程合成工藝轉(zhuǎn)向針對(duì)中間產(chǎn)物的獲得、特定反應(yīng)步驟的改進(jìn)和優(yōu)化；同時(shí)為了減少污染、提高資源利用率，反應(yīng)過程中產(chǎn)生廢棄物的處理方法及反應(yīng)溶劑、催化劑的回收方法也逐步成為研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。

3 結(jié) 語

我國是甜味劑消費(fèi)大國，隨著人們對(duì)三氯蔗糖這一高強(qiáng)度甜味劑的認(rèn)知逐步增強(qiáng)，三氯蔗糖在我國必將有良好的發(fā)展空間和廣闊的應(yīng)用前景。國內(nèi)各大三氯蔗糖生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)注重技術(shù)研發(fā)，在如何降低生產(chǎn)成本、提高原料利用率和產(chǎn)品純度、得率等方面下功夫，同時(shí)利用知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)自身特有技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品，提升產(chǎn)品市場(chǎng)占有率和企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

doi:10.3969/j.issn.1674-0319.2016.05.010

10.3969/j.issn.1674-0319.2016.05.009