三氯蔗糖研究进展及相关技术在我国的专利保护

朱洪杰 孔佳音

（国家知识产权局专利局，北京 100088）

三氯蔗糖研究进展及相关技术在我国的专利保护

朱洪杰 孔佳音

（国家知识产权局专利局，北京 100088）

朱洪杰，国家知识产权局专利局审查员，主要从事食品、保健食品、饲料领域发明专利申请实质审查工作。

E-mail：zhuhongjie@sipo.gov.cn

作者简介

孔佳音，国家知识产权局专利局审查员，主要从事食品、保健食品、饲料领域发明专利申请实质审查工作。

E-mail：kongjiayin@sipo.gov.cn

三氯蔗糖是以蔗糖为原料经氯化而成的一种非营养性甜味剂，因其具有的独特优点，被用于多种食品中。从涉及三氯蔗糖的中国专利申请出发，分析其技术发展趋势和在我国的专利保护情况。

总所周知，甜味剂是指能赋于食品甜味的一种调味剂，功能性甜味剂是指具有特殊生理功能或特殊用途的食品甜味剂，包括功能性单糖、功能性低聚糖、多元糖醇、强力甜味剂等12。

三氯蔗糖（sucralose/TGS），又称蔗糖素、蔗糖精，是一种新型高甜度非营养性甜味剂，由英国泰莱公司（Tate&Lyle）与伦敦大学共同研制，并于1976年申请相关技术专利3，1988年进入市场。

三氯蔗糖是继阿斯巴甜、AK糖之后开发出的新一代甜味剂，其甜味特性最接近蔗糖，甜度约为蔗糖的600倍，具有甜度高、甜味纯正、低热量、高度安全等特点，是目前颇具发展潜力的一种强力甜味剂。

1 三氯蔗糖的合成及应用

1.1 三氯蔗糖的合成

三氯蔗糖是蔗糖分子中的4、1'和6'三个位置上的羟基被氯原子取代而得。其合成工艺主要有3种，即单基团保护法、全基团保护法和化学-酶合成法。

单基团保护法是对蔗糖分子中C-6位上的羟基进行单独保护，然后通过选择性氯化取代C-4、1'、6'位上的羟基，最后脱去C-6位上的保护基团生成三氯蔗糖。该法工艺路线简单，设备投资少，收率高，成本低，中间产物易于分离提纯，可采取萃取或结晶的方法，是具有发展前景的工艺路线，适宜工业化。但是其主要困难在于如何高效保护6-C上伯羟基，提高蔗糖-6-乙酯的收率。

全基团保护法是利用蔗糖分子中8个羟基在空间位阻上的区别，利用体积较大的基团选择性地保护空间位阻相对较小的3个伯羟基，然后通过多步反应（脱除、迁移、氯化、脱乙酰基等）使3个氯原子取代的位置符合特定的要求。此法具有无需分离精制、产品得率高、纯度高的优点，但其合成步骤多，工艺复杂，成本较高。

化学-酶合成法采用了6位上的基团保护法，利用酶的专一性将糖类物质中C-6位羟基进行酰基化保护，再经过氯化、脱酰基、分离等步骤获得三氯蔗糖。酶法的优点在于使用酶作催化剂，专一性强，使用有机溶剂少，但是投资大、收率低，菌种的开发和优化以及提高酶活性、选择性和稳定性尤为重要。

1.2 三氯蔗糖的应用

经过多年研究，三氯蔗糖被证明对人体是安全的。目前，包括中国、美国、英国、日本等多个国家和地区已经批准其可作为食品添加剂使用。1997年7月，中国批准其使用，并将其列入食品添加剂使用标准。目前我国涉及三氯蔗糖的国家标准包括GB 2760—20144、GB 25531—20105和GB 22255—20146。

作为甜味剂，三氯蔗糖广泛应用于饮料、糖果、蜜饯等食品和酒类及酒类饮料中，目前已在数千种食品中添加使用。我国现行《食品添加剂使用标准》（GB 2760—2014）中明确规定了三氯蔗糖作为甜味剂的应用范围及最大使用量（表1）。

2 我国三氯蔗糖相关专利情况介绍

中国专利文献检索系统中三氯蔗糖相关专利申请共155件。以下对专利申请的基本情况，包括年份分布、申请类型和技术主题、申请人分布等进行简要介绍，并结合主要申请人的专利申请，对其研发重点、技术发展趋势作简要分析。

2.1 专利申请基本情况

2.1.1 申请年份分布

从申请时间上看，我国三氯蔗糖相关专利申请始于20世纪90年代初期，但2000年前仅有3件专利申请，申请人均是箭牌糖类有限公司，主要涉及含有包封三氯蔗糖的口香糖。我国申请人涉及三氯蔗糖相关技术的专利申请始于2001年，2006年起申请量有显著增长（图1）。

2.1.2 申请的类型和技术主题

从专利申请的类型上看，155件专利申请包括发明专利137件、实用新型专利18件。

郑建仙. 功能性食品甜味剂. 北京：中国轻工业出版，1997.

2 参考文献

郑建仙. 低能量食品. 北京：中国轻工业出版社，2001.

3 参考文献

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

4 参考文献

中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会. 食品安全国家标准 食品添加剂使用标准 GB 2760-2014.北京： 中国标准出版社. 2014. ［2014-12-24］.

5 参考文献

中华人民共和国卫生部. 食品安全国家标准 食品添加剂 三氯蔗糖：GB 25531-2010. 北京：中国标准出版社. 2010. ［2010-12-21］.

6 参考文献

中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会. 食品安全国家标准 食品中三氯蔗糖（蔗糖素）的测定：GB 22255-2014. 北京：中国标准出版社. 2015. ［2015-01-28］.

7 参考文献

上海迪赛诺维生素有限公司. 一种三氯蔗糖的合成方法：200610023267.8. 2008-06-18.

8 参考文献

清远天基谷醣实业有限公司. 改进的三氯蔗糖的生产方法：200610109687.8. 2008-02-20.

9 参考文献

南京仕浪药业有限公司. 一种三氯蔗糖的合成方法：200810021791.0. 2010-02-24.

10 参考文献

肖志勇， 陈永梅. 从捷康胜诉“三氯蔗糖案”解毒美国对华337调查. 软科学， 2010， 24（5）：60-63，82.

11 参考文献

淄博联技甜味剂有限公司. 三氯蔗糖生产用多管均匀分布蒸汽直接加热系统：201220564028.4. 2013-04-24.

12 参考文献

淄博联技甜味剂有限公司. 三氯蔗糖专用结晶罐：201220575867.6. 2013-04-24.

13 参考文献

淄博联技甜味剂有限公司. 三氯蔗糖溶剂回收系统：201220575872.7. 2013-04-24.

14 参考文献

溧阳维信生物科技有限公司. 一种用于三氯蔗糖生产的板框式过滤机：201320006575.5. 2013-08-28.

15 参考文献

溧阳维信生物科技有限公司. 一种用于三氯蔗糖废气回收的降膜吸收塔：201320743921.8. 2014-07-09.

表1 GB 2760—2014中规定的三氯蔗糖应用范围及最大使用量

从技术主题上看，主要涉及三氯蔗糖合成方法、中间体制备方法，纯化分离方法，含三氯蔗糖的组合物，含三氯蔗糖的食品、药品以及三氯蔗糖制备中使用的装置设备。其中，涉及三氯蔗糖合成方法与中间体制备方法的专利申请占绝大部分。从合成的具体方法看，90%左右涉及单基团保护法，仅有个别申请涉及全基团保护法78和酶法9。这与我国三氯蔗糖企业的实际生产情况相符，国内主要生产企业均采用单基团保护法。

2.1.3 申请人分布

155件专利申请中企业申请达到130件，明显高于个人和科研院校各15件的申请量（存在联合申请的情况），这说明企业重视在三氯蔗糖这一领域中的技术研究并努力寻求国内的专利保护。专利申请中，国外申请20件，涉及5个国家共7个申请人（图2）。国内申请135件，申请人主要集中在盐城捷康三氯蔗糖制造有限公司、常州市牛塘化工厂有限公司、淄博联技甜味剂有限公司、溧阳维信生物技术有限公司等几家国内知名企业。

图1 三氯蔗糖相关专利申请量年代分布图

图2 三氯蔗糖专利外国申请人分布

2.2 主要申请人研发重点和技术发展趋势

2.2.1 主要申请人研发重点

①塔特和莱利有限公司。作为研究三氯蔗糖最早也是长期处于全球垄断地位的三氯蔗糖生产企业，塔特和莱利有限公司注重该技术领域的专利保护。目前在全球拥有百余件三氯蔗糖相关专利申请，主要在美国、日本、欧洲、英国、中国等国家和地区进行专利布局。该公司自2001年至今，在中国申请三氯蔗糖相关专利10余件，从其技术主题看，主要涉及三氯蔗糖组合物、提高三氯蔗糖纯度和产率的方法（表2），而非三氯蔗糖的合成方法或中间体的制备方法。这说明该公司的研发重点在于如何改善三氯蔗糖的甜度以及提高产品的产率和品质。

②盐城捷康三氯蔗糖制造有限公司。该公司成立于2006年1月，是全球第二大、中国最大的三氯蔗糖专业生产企业。为了自身发展、维护国内三氯蔗糖行业的利益，2007年7月捷康公司向美国国际贸易委员会（ITC）提交了主动加入Tate&Lyle公司请求启动ITC-337调查的申请。2009年，ITC作出终审裁决，裁定参与应诉的捷康公司等4家中国三氯蔗糖生产企业没有侵犯Tate&Lyle公司的专利10。诉讼案的胜利极大振奋了相关企业的信心，促进了我国三氯蔗糖行业的发展，并为我国企业和产品进军国际市场奠定了基础。盐城捷康三氯蔗糖制造有限公司自成立之初就注重技术研发和知识产权保护，在中国申请三氯蔗糖相关专利12件（表3）。该公司的专利申请主要涉及提高中间体或终产品纯度和收率的方法，生产过程中溶剂、废水废气的回收和处理方法等。由此可见，该公司致力于产品质量的提升、生产原料的有效利用。

表2 塔特和莱利有限公司主要专利申请举例申请号 发明名称 技术要点 法律状态01822059.2 三氯蔗糖的可熔形式可熔的含三氯蔗糖的甜味剂，包含三氯蔗糖和丁磺氨钾的均质混合物。该甜味剂可用在各种食品中，如糖、微波食品、油炸制品等，还可作为通常受热熔化甜味剂的替代品专利权失效03805528.7 提高三氯蔗糖纯度和产率的方法从粗制三氯蔗糖溶液中纯化三氯蔗糖的方法，对包含粗制三氯蔗糖溶液的原料进行非结晶纯化，对纯度提高的三氯蔗糖溶液进行结晶以获得结晶三氯蔗糖和母液，将至少一部分母液再循环至起始原料中，对结晶三氯蔗糖进行至少三次另外的连续结晶专利权有效200680008664.6 粒状三氯蔗糖及其制备方法从溶液涂敷三氯蔗糖而形成颗粒，涂敷的三氯蔗糖在其外部区域上，颗粒可以结合附聚的三氯蔗糖粉粒，溶液涂敷的三氯蔗糖增加质量并且导致颗粒是相对光滑和圆的。颗粒具有良好的流动性质，是低粉化且耐结块的。制造所述颗粒的方法涉及将三氯蔗糖水溶液喷雾到三氯蔗糖粉粒的流化床上，接着干燥而形成所述颗粒专利权有效200880002295.9 改进的三氯蔗糖制备方法用于从由蔗糖-6-酰化物在反应媒介物中的氯化产生的原料流制备三氯蔗糖的方法。原料流包含三氯蔗糖-6-酰化物、反应媒介物和包含高分子量有色物质的副产物，方法包括用碱处理使三氯蔗糖-6-酰化物脱酰以提供三氯蔗糖，在所述脱酰之前或之后，去除反应媒介物并且分离三氯蔗糖，在即将去除反应媒介物之前，对反应流进行包括用金属或铵氢氧化物和二氧化碳进行处理的沉淀步骤，随后分离所述沉淀失效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体能够降解氯化碳水化合物的分离的微生物聚生体和使微生物在特定温度和盐条件下适用于降解氯化碳水化合物的方法以及利用微生物聚生体降解废料流中的氯化碳水化合物的方法专利权有效

表3 盐城捷康三氯蔗糖制造有限公司主要专利申请举例申请号 发明名称技术要点 法律状态200710148951.3 三氯蔗糖生产过程中回收叔酰胺溶剂的方法回收方法包括进料、蒸发、精馏、分离、除酸、热回收和出料工序，其中蒸发采用自然循环加热，使叔酰胺气相部分由精馏塔中段进入精馏塔，蒸馏塔采用填料与板式复合塔。自然循环精馏技术与用泵强制循环相比，电耗下降50%以上。采用复合式精馏塔，降低了塔高，解决了堵塔问题专利权有效200910033417.7 工业生产三氯蔗糖-6-乙酸酯的氯化方法采用芳香烃、卤代烃等溶剂代替通常使用的取代酰胺溶剂，利用原位生成vilsmeier试剂，与蔗糖-6-乙酸酯反应生成三氯蔗糖-6-乙酸酯专利权有效201110440248.6 溶剂热回流纯化三氯蔗糖的方法利用三氯蔗糖产品与四氯蔗糖杂质熔点差异大的物性特点，在高于四氯蔗糖熔点64℃以上，通过回流热溶剂的溶解或流动冲刷作用，将处于流动态的四氯蔗糖从固态三氯蔗糖中分离出来。回流法生产周期短、效率高、有机溶剂用量少，与传统萃取/结晶方法相比，三氯蔗糖产品损失小专利权有效201310287042.3 一种高热稳定性三氯蔗糖及其制备方法将粉碎后的结晶三氯蔗糖微粉加入造粒设备中，喷入水或三氯蔗糖水溶液作为黏结剂，形成粒径为50～800μm具有疏松状多孔隙微观结构的小颗粒，再经过干燥、整形、筛分等步骤获得高热稳定性的三氯蔗糖专利权有效201510259701.1 从三氯蔗糖生产废水中回收二甲胺的方法在含10%～30%二甲胺盐酸盐和1%～5%N，N-二甲基甲酰胺的废水中加入强碱性物质，得到二甲胺浓度为10%～30%的中间产物；对中间产物精馏提纯，得到浓度大于35%的二甲胺溶液在审

③常州市牛塘化工厂有限公司。该公司始建于1969年，是国内知名食品添加剂生产企业，在我国的专利申请主要涉及三氯蔗糖的合成方法，包括单基团保护法和全基团保护法（表4）。专利申请主要集中在2006～2010年，近3年未见有关三氯蔗糖制备方法和相关产品的专利申请。

表4 常州市牛塘化工厂有限公司主要专利申请举例

④淄博联技甜味剂有限公司和溧阳维信生物技术有限公司。2012、2013年，两家公司申请了多件专利申请，但与上述几家企业不同，这两家公司申请的专利均是实用新型专利，主要涉及三氯蔗糖制备过程中使用的装置、设备，例如加热系统、过滤装置、干燥及冷却系统、结晶罐、溶剂回收系统、尾气处理装置等11～15。

2.2.2 技术发展趋势

分析近几年三氯蔗糖相关专利申请的技术主题，合成方法类申请的数量逐年下降，涉及提高中间体得率、提纯结晶方法、废水废气处理方法等技术主题的专利申请数量呈上升趋势。这说明在三氯蔗糖合成工艺基本成熟和稳定的情况下，更多申请人、发明人将研究的重点从全流程合成工艺转向针对中间产物的获得、特定反应步骤的改进和优化；同时为了减少污染、提高资源利用率，反应过程中产生废弃物的处理方法及反应溶剂、催化剂的回收方法也逐步成为研究的热点和重点。

3 结 语

我国是甜味剂消费大国，随着人们对三氯蔗糖这一高强度甜味剂的认知逐步增强，三氯蔗糖在我国必将有良好的发展空间和广阔的应用前景。国内各大三氯蔗糖生产企业应注重技术研发，在如何降低生产成本、提高原料利用率和产品纯度、得率等方面下功夫，同时利用知识产权保护自身特有技术和相关产品，提升产品市场占有率和企业市场竞争力。

doi:10.3969/j.issn.1674-0319.2016.05.010

10.3969/j.issn.1674-0319.2016.05.009