超聲波在三氯蔗糖合成中的應(yīng)用

魏 松，陸麗君

（江蘇巨邦制藥有限公司，江蘇 常州 213300）

隨著人民生活水平的日益提高，人們對食品的需要結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，健康食品占食品銷售的比重越來越多，這一變化帶來了食品添加劑的迅速發(fā)展，尤其甜味劑的發(fā)展、運用與需求最為顯著。甜味劑按來源分類，可分為天然甜味劑（如蔗糖、甜菊苷等）、人工合成甜味劑（三氯蔗糖、安賽蜜、阿斯巴甜等），按營養(yǎng)分類，可分為營養(yǎng)型（如蔗糖、果糖、麥芽糖等）和非營養(yǎng)型（如三氯蔗糖、安賽蜜，糖精鈉等），也可按食品安全分為無毒型（三氯蔗糖、麥芽糖）和有毒型（甜菊苷、糖精鈉，阿斯巴甜有苯丙胺效應(yīng)）。高質(zhì)量的食品要求甜味劑具有無毒、營養(yǎng)可根據(jù)需要調(diào)配、口味純正等優(yōu)點，能滿足這一要求的，同時要又能滿足低成本、易獲得等社會要求的甜味劑，非三氯蔗糖莫屬。

三氯蔗糖在我國食品中屬于主流甜味劑，每年生產(chǎn)超過5000t。我國三氯蔗糖的生產(chǎn)工藝幾乎全部使用原乙酸三甲酯對蔗糖的6位進行單乙酰保護，然后氯化、脫保護得到三氯蔗糖。因酯化保護反應(yīng)非常經(jīng)典，很少有人對這一反應(yīng)進行更深入的研究。但生產(chǎn)中還是在酯化過程中出現(xiàn)了不少問題，經(jīng)仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)，蔗糖環(huán)酯化的速度由蔗糖的溶解速度決定，粒度小的蔗糖溶解速度會快很多，但蔗糖粉碎時發(fā)熱會造成蔗糖黏連而無法進行，酯化溫度提高可以加速蔗糖溶解，可同時脫水聚合等副反應(yīng)也明顯加快，酯化溫度和蔗糖溶解速度始終是一對矛盾，解決這一矛盾的最好辦法就是超聲溶解[1-2]。

1 實驗部分

1.1 檢測方法設(shè)定

采用HPLC檢測，20cm液譜柱，固定相KC18F，流動相 v（甲醇） ∶v（水） =5∶95，流速0.8mL/min，視差檢測器。

為求證蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)和蔗糖環(huán)酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以絕對濃度作為檢測結(jié)果，而不是相對濃度作為參考。采用外標(biāo)法計算含量，對照樣為1%的蔗糖DMF溶液。

1.2 考察正常生產(chǎn)過程蔗糖的酯化

蔗糖過60目篩，取60目至80目蔗糖18g，DMF40mL，原乙酸三甲酯9g，對甲苯磺酸0.1g。在100mL四口瓶中攪拌，設(shè)定恒溫65℃反應(yīng)，每隔1h抽樣檢測，測定未反應(yīng)的蔗糖濃度和產(chǎn)生的環(huán)酯濃度，直至蔗糖全部溶解后1h。

1.3 考察常溫條件下蔗糖的酯化

蔗糖過60目篩，取60目至80目蔗糖18g，DMF40mL，原乙酸三甲酯9g，對甲苯磺酸0.1g，在100mL四口瓶中攪拌，設(shè)定恒溫20℃反應(yīng)，每隔1h抽樣檢測，測定未反應(yīng)的蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)和產(chǎn)生的環(huán)酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)，直至蔗糖完全溶解后1h。

1.4 考察粉碎后的蔗糖常溫條件下酯化

蔗糖粉碎，過200目篩，取小于200目的蔗糖18g，DMF40mL，原乙酸三甲酯9g，對甲苯磺酸0.1g，設(shè)定恒溫20℃反應(yīng)，每隔1h抽樣檢測，測定未反應(yīng)的蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)和產(chǎn)生的環(huán)酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)，至蔗糖完全溶解后1h[3]。

1.5 考察超聲條件下蔗糖的酯化

蔗糖過60目篩，取60目至80目蔗糖18g，DMF40mL，原乙酸三甲酯9g，對甲苯磺酸0.1g，在100mL四口瓶中攪拌，設(shè)定恒溫20℃反應(yīng)，因反應(yīng)過程蔗糖不能完全溶解，按照反應(yīng)時間，每隔1h抽樣檢測，至蔗糖完全溶解后1h。

2 結(jié)果與討論

2.1 可觀察到的蔗糖溶解時間

從表1看出，反應(yīng)溫度能明顯加快蔗糖溶解，蔗糖粉碎也能明顯加快蔗糖溶解，這說明由于粉碎后的蔗糖表面積大，溶解和反應(yīng)都快。而反應(yīng)是在蔗糖表面和溶液中進行的。

表1 蔗糖溶解與反應(yīng)時間表

2.2 溶液中剩余蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)與時間的關(guān)系

從表2看出，蔗糖在沒完全溶解時，溶液中的蔗糖濃度基本是穩(wěn)定的，反應(yīng)速度完全由蔗糖的溶解速度決定。穩(wěn)定高，蔗糖溶解度大，反應(yīng)速度快，蔗糖粉碎過篩后，細(xì)顆粒蔗糖在DMF中溶解快，反應(yīng)速度也快。超聲可以在液體中非?？斓貙⒐腆w蔗糖粉碎，而且粉碎速度快，粉碎顆粒細(xì)度比機械粉碎快，所以，溶液中蔗糖濃度在同等溫度下略大，反應(yīng)也在很快時間內(nèi)就完成了。

表2 溶液中蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)與時間的關(guān)系 %

2.3 溶液中環(huán)酯濃度（%）與時間的關(guān)系

從表3可以看出，超聲波用于蔗糖與原乙酸三甲酯的反應(yīng)，在一個多小時就能完成，其反應(yīng)速度比升溫反應(yīng)快了5倍，比常溫反應(yīng)快了十多倍。

表3 溶液中環(huán)酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)與時間的關(guān)系 %

3 結(jié)論

在三氯蔗糖合成過程中，利用超聲粉碎助溶的特性，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，可以有效降低高溫反應(yīng)帶來的副反應(yīng)，收率提高10%左右，具有非常大的經(jīng)濟意義和實用價值。