安賽蜜 環(huán)狀有機(jī)分子,一種人工合成甜味劑
安賽蜜的結(jié)構(gòu)式
安賽蜜(Acesulfame potassium),化學(xué)名乙酰磺胺酸鉀,簡稱AK糖,有機(jī)化合物,分子式為C?H?KNO?S,呈環(huán)狀結(jié)構(gòu),是一種可用于食品加工的非營養(yǎng)型人工合成甜味劑。外觀為白色無味固體,結(jié)晶粉末,甜度為 蔗糖 的200倍。極易溶于水,微溶于 乙醇 ,溶于苯, 氯仿 。在空氣中不吸潮,穩(wěn)定性較高。在工業(yè)生產(chǎn)中常用氨基磺酸-三氧化硫法制備安賽蜜。安賽蜜具有甜度高、不產(chǎn)熱量、口感好、協(xié)同性好等優(yōu)點(diǎn),被用作飲料、食品的甜味劑。安賽蜜已被視為一類新型有機(jī)污染物而得到關(guān)注。
發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用歷史 1967年,德國Hoechst AG實(shí)驗(yàn)室的德國人卡爾克勞斯(K.Clauss)和哈拉爾吉森(H.Jensen)為了合成一種同時(shí)含有氧、硫和氮原子的雜環(huán)化合物——氧雜噻嗪(氧、硫、 氮雜苯 )時(shí),得到了5,6-二甲基-1,2,3-氧雜噻嗪-4(3H)-酮-2,2-二氧化物,當(dāng)他為了拿起一張紙,無意間添了沾有這種物質(zhì)的手指,發(fā)現(xiàn)他是甜的??柨藙谒拱l(fā)現(xiàn)許多和 糖精 具有類似結(jié)構(gòu)的化合物,只要存在這一基本雜環(huán)母核,就會有不同程度的甜味,其環(huán)上5、6位置的各種不同取代基團(tuán)對甜度和甜味質(zhì)量有明顯的影響。所有的二氫氧硫氮雜環(huán)二氧化物,即使環(huán)上沒有任何取代基團(tuán),也帶有不同程度的甜味,其中帶短鏈烷基的化合物甜度最大。對各種不同的二氫氧硫雜環(huán)二氧化物的味覺評價(jià)認(rèn)為,環(huán)上不同的取代基團(tuán)不僅僅對其甜度而且對其甜味的純正性均有明顯的影響。他們將 雙乙烯酮 和 氨基磺酸 (H?NSO?OH)反應(yīng)后生成的產(chǎn)物,再和 三氧化硫 反應(yīng)時(shí)即得到環(huán)狀的乙?;前匪幔阉?/span>氧化鉀 中和后,即得到安賽蜜。 1982年,聯(lián)合國FAO/WHO聯(lián)合食品添加劑專家委員會同意安賽蜜用作A級食品添加劑。
1988年,美國食品和藥物管理局(FDA)批準(zhǔn)在食品中使用安賽蜜,規(guī)定日攝入量( ADI )為0~15 mg/kg。1998年FDA批準(zhǔn)安賽蜜在飲料、口香糖、布丁、無奶酪食品等中使用。全球多個(gè)國家已批準(zhǔn)安賽蜜用于食品,飲料,餐桌調(diào)味料及醫(yī)藥等領(lǐng)域中。
理化性質(zhì)
物理性質(zhì) 安賽蜜外觀為白色結(jié)晶性粉末,無味,在較高濃度下,可檢測到苦味和金屬味。甜度為蔗糖的200倍,呈味性質(zhì)與糖精相似。密度1.83 g/cm3,熔點(diǎn)123-123.5 °C,沸點(diǎn)332.7±25.0 °C( 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 下),安賽蜜極易溶于水,溶解度為270 g/L(20°C時(shí)),微溶于乙醇,在無水乙醇中的溶解度為1 g/L(20°C時(shí))。溶于苯,氯仿。油水分離系數(shù)logP=-1.33,安賽蜜在25 °C時(shí)蒸氣壓為9.03X10-6 mm Hg , 亨利定律 常數(shù)為9.63X10-9 atm-cu m/mol。
化學(xué)性質(zhì) 安賽蜜穩(wěn)定性較高,可以進(jìn)行巴氏殺菌 ,不吸濕。當(dāng)加熱到分解時(shí),會釋放出有毒氣體;被排放到環(huán)境中后,會進(jìn)行自然光解。安賽蜜不含熱量,在人體內(nèi)不參與代謝、不被人體吸收,24h內(nèi)可完全排出體外。可單獨(dú)使用,也能同其它甜味劑一起使用,有很強(qiáng)的協(xié)同效果。
制備方法
乙酰乙酰胺-N-磺酰氟法 由異氰酸氟磺酰(或異氰酸氯磺酰)與各種活性亞甲基化合物(包括炔、酮、 β-二酮 、β-酮酸、β-酮酯等)加成,再經(jīng)環(huán)化、成鹽過程制得,其中由叔丁基乙酰乙酸酯與異氰酸氟磺酰的加成反應(yīng)是唯一的具有實(shí)際用途的反應(yīng)。這兩種物質(zhì)反應(yīng)形成的中間產(chǎn)物α-(N-氟磺氨基甲?;? 乙酰乙酸 叔丁基酯即使在室溫下也很不穩(wěn)定,會釋放二氧化碳?xì)怏w和異丁烯,轉(zhuǎn)變成N-氟磺乙酰乙酸胺。 在 KOH 作用下,氟磺乙酰乙酸胺分解出氟化物,可環(huán)化成二氫氧硫氮雜環(huán)二氧化物。由于二氫氧硫氮雜環(huán)二氧化物酸性強(qiáng),與KOH作用易生成鹽類,也可用 NaOH 或 Ca(OH)? 代替KOH生成相應(yīng)的鹽類產(chǎn)品。此法涉及到氟化物,具有較強(qiáng)腐蝕性,有污染環(huán)境的隱患,且原料來源苛刻,不利于工業(yè)生產(chǎn)。
乙酰乙酰胺-三氧化硫法 乙酰乙酰胺與兩倍以上的SO?在惰性溶劑中反應(yīng),然后與KOH成鹽獲得安賽蜜。此法反應(yīng)條件比較苛刻。
氨基磺酸-三氧化硫法 以工業(yè)上易得的氨基磺酸、雙乙烯酮、 三乙胺 、三氧化硫、冰醋酸為原料,經(jīng)過乙酰乙?;?、環(huán)化、水解、成鹽4步反應(yīng)合成安賽蜜。使用堿性較強(qiáng)的 鉀鹽 (如KOH等)作為中和使用的堿,可以加快反應(yīng)速率。氨基磺酸-三氧化硫法原料來源廣,生產(chǎn)成本低,容易產(chǎn)生反應(yīng),產(chǎn)量高、產(chǎn)品純度高、質(zhì)量好,在工業(yè)生產(chǎn)中常用此法制備安賽蜜。
應(yīng)用領(lǐng)域
甜味劑領(lǐng)域 安賽蜜在溶液狀態(tài)下更具穩(wěn)定性;在放置過程中不會生成渾濁或者沉淀,也不會與其他成分反應(yīng),容易配成高濃度糖漿或 母液 。單獨(dú)使用的話,飲料中只要含有800~1000 mg/L或更少的濃度就可得到滿意的甜味。在飲料的加工過程中,可防止由于溫度過高而導(dǎo)致的甘蔗糖漿燒壞等問題。若與 果糖 、 葡萄糖 、高果糖或甘蔗糖等混在一起,可使其味道更甜美,能提高飲料的稠度和粘度,且可大幅度減少生產(chǎn)費(fèi)用,節(jié)約成本。 安賽蜜甜味與蔗糖相似。適用于各種甜口味的果脯。由于它不含熱量,不會被人體吸收,也不會在人體中積累,24h后就會被徹底的排出。當(dāng)生產(chǎn)果醬、果凍時(shí),為了改善這類產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu),必須添加些山梨糖醇之類的填充劑,這樣可以生產(chǎn)出較蔗糖產(chǎn)品能量低得多的產(chǎn)品來。相對于用蔗糖的產(chǎn)品來說,使用安賽蜜的果醬、果凍由于含滲透活性的化合物濃度低,因此不易受微生物侵染而腐敗,適當(dāng)添加些防腐劑也有助于避免微生物的侵染。 糖果 類食品也可用安賽蜜來增甜。由于安賽蜜的熱穩(wěn)定性非常好,故適用于油炸、焙烤及罐裝消毒食品以及任何酸性或堿性食品,對高溫制作的食品尤為適宜。 用安賽蜜可以制出各種薄片狀、顆粒狀、粉末狀以及溶液狀的的餐桌甜味劑。在正常貯藏條件下,不存在溶液的貨架壽命問題,也未見有粉末狀和薄片狀產(chǎn)品溶解困難的報(bào)道。固體片狀餐桌甜味劑通常用在熱飲料中,在這樣高的溫度下安賽蜜也能穩(wěn)定存在。在歐美及其他發(fā)達(dá)國家,常作成小包裝調(diào)味品,由于安賽蜜國際使用規(guī)定的ADI值比較大,使用安全,故廣泛用于飯店,賓館及家庭。
其他領(lǐng)域 安賽蜜可單獨(dú)使用,也能同其它甜味劑一起使用,與阿斯巴甜、 甜蜜素 和山梨糖醇組合使用有強(qiáng)協(xié)同作用,與糖精和 三氯蔗糖 組合無協(xié)同作用。安賽蜜特別適合應(yīng)用在無能量糖果和要求有填充劑的食品上。 牙膏和口腔清潔劑類產(chǎn)品會因添加表面活性劑而有苦味,安賽蜜甜味作用快,可以用于掩蓋口腔衛(wèi)生制品上。
安賽蜜在醫(yī)藥上可用于制作糖衣,糖漿等,帶有不良?xì)馕兜幕瘖y品也可用安賽蜜來掩蓋。
安全事宜
毒理 安賽蜜沒有口服急性方面的毒性,在各種致突變試驗(yàn)中均未發(fā)現(xiàn)安賽蜜有任何致突變現(xiàn)象。
環(huán)境危害 安賽蜜不參與人體代謝,隨排泄物直接排入生活污水。安賽蜜是最持久,遍布在水環(huán)境中的人工合成甜味劑,安賽蜜已被視為一類新型有機(jī)污染物而得到關(guān)注。
常用處理工藝的去除效果 活性污泥法是最早最常見的污水處理方法,細(xì)分為兩種方法 ,1.污泥吸附。2.生物降解。安賽蜜具有較強(qiáng)的親水性,固液分配時(shí)易分到液相中,污泥吸附法對安賽蜜的去除效果并不好。微生物降解對其他甜味劑(糖精和甜蜜素等)的去除效果比較好,降解后可較大幅度降低其濃度;但是對安賽蜜的去除率不高。
深度處理工藝的去除效果
臭氧 研究人員在對安賽蜜的主要臭氧氧化產(chǎn)物進(jìn)行探索時(shí)發(fā)現(xiàn),其主要氧化產(chǎn)物是乙酸和一種質(zhì)荷比為170的磺酰胺類醛水化合物,從產(chǎn)物分析安賽蜜分子上的 碳碳雙鍵 是臭氧分子的進(jìn)攻位點(diǎn)。 臭氧濃度和反應(yīng)時(shí)間會影響安賽蜜在臭氧氧化過程中的降解,安賽蜜在水中的溶解度較高,因此在實(shí)際的臭氧氧化處理后仍會檢出安賽蜜的存在。自來水廠 中臭氧過程對安賽蜜的去除率為18%~60%。
活性炭吸附 在飲用水處理中, 活性炭 被普遍用于去除微量有機(jī)污染物如殺蟲劑或產(chǎn)生臭味的化合物。所使用的活性炭的形式為 粉末活性炭 或 顆粒活性炭 。對于不同的有機(jī)分子,活性炭的吸附親合力相差較大?;钚蕴课奖徽J(rèn)為是去除原水中組分的一種非常有效的方法,抗生素、 卡馬西平 和酸性組分均可被其吸附去除?;钚蕴繉Π操惷鄣娜コЧ瑸V層過濾負(fù)荷有很大的關(guān)系,當(dāng)其負(fù)荷低于30 m3/kg時(shí),去除效果較為明顯。
個(gè)人防護(hù) 處理安賽蜜時(shí)需帶上手套。根據(jù)其類型、危險(xiǎn)物質(zhì)的濃度和數(shù)量以及具體的工作環(huán)境來選擇 身體方面的防護(hù)。無需呼吸防護(hù)。
儲存方法 密封盛裝安賽蜜,將容器放在干燥、通風(fēng)良好的地方。
防治方法 避免吸入蒸汽、霧或氣體。環(huán)境保護(hù)措施:不要讓安賽蜜進(jìn)入下水道,將泄露的安賽蜜保存在合適的密閉容器中,以備處置。