纽甜合成工艺优化与研究方向探究

岳 红

（枣庄职业学院，山东 枣庄 277000）

引言

纽甜化学结构名称为N-[N-（3，3-二甲基丁基）-L-a-天门冬氨酰-L-苯丙氨酸-1-甲酯，甜味与蔗糖无异，相同添加量时甜度远超蔗糖，且满足安全性高、稳定性好的要求[1]。早在2002 美国食品药品监督管理局允许纽甜作为甜味剂添加在所有食品及饮料，我国卫生部也于2003 年允许纽甜以食品添加剂成分添加在食品中，这说明纽甜作为添加剂的安全性已被认可[2]。正因为纽甜的独特性质，使得它在某些领域独树一帜，诸如糖尿病等戒糖患者可以食用此类甜味剂，既满足了口感要求，同时也不会造成血糖不稳定的结果，因此，纽甜具有较好的产业化开发前景。

1 实验部分

1.1 实验原料与仪器

1.1.1 实验原料与药品

N-L-α-天冬氨酰-L-苯丙氨酸-1-甲酯；3，3-二甲基丁醛；乙二醇二甲醚；氯化锌；乙醚；碘化钾；甲酸；硫代硫酸钠；二氯甲烷；甲醇；Pd/C。

1.1.2 实验仪器

高温高压平盖反应釜，济宁市翰业机械设备有限公司；101 型数控自动控制箱，庆云县广纳机电设备有限公司；DZF-6021 真空干燥箱，深圳市三莉科技有限公司；SHZ-D（III）水环式真空泵，济宁市裕泽工业科技有限公司；AYAN-B220 多效蒸发器，杭州安研仪器制造股份有限公司。

1.2 合成工艺优化

在高温高压平盖反应釜中按质量比3∶1 加入阿斯巴甜和3，3-二甲基丁醛两种原料，甲醇350 mL，加入反应总体积1.5%的催化剂Pd/C，反复通入2 次氮气，排净反应釜内空气，再用氢气去除氮气，最后以500 r/min 速率匀速搅拌。控制釜内压力为0.6 MPa，控制反应温度为35 ℃，反应12 h 后停止搅拌，用氮气排净氢气后，分离反应产物，抽滤后洗涤滤饼，反复洗涤滤饼，并将滤液进行减压蒸馏，冷却后抽滤得到纯净产物[3-4]。反应过程见图1。

图1 非均相催化合成纽甜

1.3 结果与讨论

以阿斯巴甜、3，3-二甲基丁醛为原料，常温常压下经Pd/C 催化反应合成纽甜，以甲醇为溶剂，洗涤滤饼，得到纯度大于90%的纽甜产物，此时收率为45%；之后仍以上述物质为反应原料，Pd/C 为催化剂，蒸汽形式加入少量甲酸，将pH 值控制在4.0～6.0，恒温恒压条件反应8 h～12 h 后过滤，重复洗涤抽滤步骤，并将洗涤残液减压浓缩，冷却结晶，此时收率提高至78.8%，并获得纯度大于96%的纽甜[5-7]。上述纽甜合成反应为非均相催化反应，同时综合了均相催化反应效率高的优势以及非均相催化固液催化反应纯度高，较易分离的优势，显著降低了工业化成本。

2 研究方向

2.1 市场应用需求

根据市场需求推进纽甜研究方向，纽甜是一种安全性稳定性较高、高甜低能量的食品添加剂，除少数的酒品酿造外，纽甜的应用极为广泛。如碳酸饮料、乳制品、饼干、蛋糕等食品、营养品以外，还广泛应用于药品、饲料中，纽甜的添加量极少，这也导致了不能很好的融合，所以纽甜的使用会辅以复配剂，复配剂的加入会使得纽甜散发的甜味更加芳香诱人，因此，与复配剂更好融合的纽甜是今后一个研究方向[8]。此外，纽甜具有生产和应用的优势，不仅化学稳定性良好，还具有生产成本低的优势，因此，纽甜可以作为一种允许使用的添加剂之一。当下，许多人存在肥胖的困扰，纽甜可以作为一种替代人体摄入糖类的替代物，减少因肥胖带来的问题，利于身体健康；在医药领域，纽甜可作为糖衣或掩味剂，减轻病人服药痛苦[9]。

2.2 合成工艺研究展望

2.2.1 酶催化

纽甜的生产仍以化学合成法为主，但当突破成本和量产问题后，对于纽甜的生物合成法也是未来的研究方向。目前，酶合成纽甜的方法是利用酶的选择性催化作用进行水解合成纽甜，但因影响因素较多产物控制困难，所以这一技术发展较为缓慢。

酶合成法中因氨基酸酯较难水解，设计酶定向催化使纽甜酯完全水解转化为纽甜，因此，纽甜酯的种类作为酶合成法的关键因素，目前的研究方向有两个方面，一是利用多肽如BOP 剂进行合成，但是此种方法原料价格较高，不具备进一步研究条件，无法工业化量产，另一种是通过L-苯丙氨酸甲酯对N-（3，3-二甲基丁基）-L-α-天冬氨酰-β-酯的结构进行修饰，生成纽甜，反应过程较为复杂，仍需要进一步研究简化，从而获得更优化工艺，满足工业化量产条件。酶合成法虽然满足当下环保节能的时代主题，但最佳的酶合成工艺仍处于试验阶段，还需要大量的优化实验和投资资金，所以酶合成法虽然是当下较为可观的发展方向，但仍存在较多难以中和的问题[10]。

2.2.2 化学合成

化学合成法通常借助最接近纽甜结构的阿斯巴甜为原料，经过3，3-二甲基丁醛的通过不同的催化方式进行氢化还原反应，最终生产目标产物。目前合成技术较为成熟的由均相催化反应和非均相催化这两种催化反应，这两种反应区别是反应体系存在差异，其中均相催化反应多采用在氰基硼氢化钠、甲酸、醋酸硼氢化钠等还原性物质作为催化剂催化合成纽甜；非均相催化反应则是利用Pd、Pt 以及Pd/C 等作为催化剂，形成固液催化反应。两种方法各自具有其无可替代的优势，如均相催化反应具有催化效率高，但分离难度大，无疑是工业化成本最高的化学方法；而非均相催化法工艺复杂，生产设备要求高等特点。因此，未来纽甜的化学合成方面仍具有较大的空间，但发展趋势也会是低成本、工艺简便、收率高、纯度高的工艺。

3 结论

目前，工业化纽甜的生产仍以化学合成法为主，化学法收率较高，成本相对于其他方法更适宜工业化生产，但随着人们日益对健康、环保的重视，生物酶合成法具有较好的潜在优势。本文以阿斯巴甜，3，3-二甲基丁醛为原料，常温常压下经Pd/C 催化反应合成纽甜，以甲醇为溶剂，洗涤滤饼，得到纯度大于90%的纽甜产物，此时收率为45%，洗涤残液体减压浓缩，冷却结晶，此时收率提高至78.8%，并获得纯度大于96%的纽甜。合成实验为非均相催化反应，同时综合了均相催化反应效率高的优势以及非均相催化固液催化反应纯度高，较易分离的优势，显著降低了工业化成本。