糖精
糖精（Saccharin），学名邻苯甲酰磺酰亚胺，化学式为C₇H₅NO₃S，是人类最早发现的代糖类物质。常温下为白色结晶性粉末，微溶于水。味极甜，甜度约为蔗糖的300～500倍，但在高浓度时会有苦味和金属味。熔点为224℃，分解温度为228℃，每日安全摄入量（ADI）为0～2.5mg/kg。糖精是一种无营养价值的化学合成甜味剂，可由邻磺基苯甲酸与氨反应制得。市售糖精有3种商品形式即糖精、糖精钠及糖精钙，被广泛应用于食品工业、医疗、香烟及化妆品等领域。2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构将糖精及其盐类化合物列为3类致癌物。
历史
发现历史
像大多数人造甜味剂一样，第一个人造甜味剂糖精是偶然发现的。1879年，约翰·霍普金斯大学伊拉·雷姆森实验室的化学家康斯坦丁·法尔伯格（Constantin Fahlberg，俄裔美国化学家）首次发现了糖精。康斯坦丁·法尔伯格的目的原本是研究煤焦油中一类叫芳香族磺酸的化合物甲苯磺胺的氧化机理，在研究过程中，化学试剂不小心溅到了他的手指上，后来他舔了舔手指，这种物质被他们误服。随后他发现这种物质有一种甜味，这才有了糖精的发现。他的同事雷姆森（Remsen）同样发现了这一现象。法尔伯格和伊拉·雷姆森从煤焦油中提取出苯甲酸磺酰亚胺甜味剂，实验证明其甜度为糖的300-500倍，二人于1879和1880年共同发表了文章。
1885年，已经离开雷姆森实验室的法尔伯格在德国申请了这种物质的专利，由于专利法的不完善，这项专利被通过，并且在美国同样有效。这样，法尔伯格在绕开了另一位发现人雷姆森的情况下，独自获得了糖精的专利权和获益权。他给这种物质重新命名为“saccharin”，也就是中文中的“糖精”，伊拉·雷姆森当时并没有在意这件事。在1886年，法尔伯格再次申请了糖精的专利，这一次专利中，法尔伯格成为了糖精的唯一发现者。这一次雷姆森终于愤怒了，向整个化学界痛斥法尔伯格是一个“无赖”，并认为他应该因自己实验室发现的物质获得荣誉。在19世纪90年代末，涉及法尔伯格的一场有争议的诉讼首次引起了公众对糖精的广泛关注。
尽管糖精在被发现后不久就被商业化了，但直到2001年由皮尔逊（Pearson）的公司将其作为一种无热量甜味剂的来大规模生产，PMC专业集团（PMC Specialties Group）是一家长期关注糖精生产的公司。糖精甜味剂有很多品牌，著名的美国甜味剂品牌是“低糖（Sweet'n Low）”，始于1958年。
政府监管
糖精是一种食品添加剂，安全因素至关重要，已经有多个国家和国际组织对糖精的食品安全进行评估和管理，包括世界卫生组织（WHO）、美国食品药品监督管理局（FDA）、联合国粮食及农业组织（FAO）及世界食品添加剂联合专家委员会（JECFA）等权威机构。他们对糖精的安全情况及最大日摄入量（ADI）有严格规定，可接受日摄入量（ADI）为0-5mg/kg。
糖精在19世纪晚期被发现，至今仍在使用。然而，这种化合物并非没有争议。1906年，美国食品和药物管理局一直在对糖精行业施压，威利（Wiley）认为在食品中添加糖精是造假行为，因为其没有任何营养价值。美国政府的调查报告让人们了解到糖精是一种无卡路里的甜味剂，反而促进了糖精的流行。美国总统富兰克林·罗斯福的医生为了让他控制饮食中糖类的摄入量，也建议他服用糖精。在1907年，糖精受到美国农业部（USDA）的审查和批评，从那时起，争论就没有停止过。
1977年，在动物实验的基础上，糖精被认为是一种可能的人类致癌物，但这种怀疑现在已经被推翻了。当时在观察到糖精钠会增加大鼠膀胱肿瘤发病率的基础上，美国食品和药物管理局于1977年发布了一项提案，禁止将该化合物用于食品和其他用途，但由于政治压力，这一提案被美国国会通过的暂停。含有糖精的药物被要求带有以下警告:“该产品含有糖精，已被确定在实验动物中导致癌症，使用本产品可能对您的健康有害”。
2002年，一项新的研究得出结论，糖精钠仅通过尿沉淀的形成引起膀胱表面的侵蚀和细胞增生，进而诱导雄性大鼠膀胱损伤。这种影响是由于一种与人类无关的生理机制，在典型的摄入水平下，人类没有患癌症的风险。后续的研究确定，与非糖尿病患者相比，摄入大量糖精的糖尿病患者患膀胱癌的概率不会增加，糖精与人类膀胱癌或其他恶性肿瘤发病率无显著关联。
国际癌症研究机构（IARC）最初根据大鼠研究将糖精归为2B类（对人类可能致癌），但在2012年审查研究后，将其降为3类（对人类不具有致癌性）。
1995年，欧洲食品科学委员会得出结论，糖精不会对人类造成癌症风险。糖精今天在美国、加拿大和欧盟被批准使用。随后这种甜味剂在美国继续被广泛使用，成为仅次于三氯蔗糖和阿斯巴甜的第三大人工甜味剂。糖精作为食品添加剂在多数国家都是允许的，加拿大等国家已经解除了之前禁止糖精作为食品添加剂的禁令。
理化性质
物理性质
糖精常温下为白色结晶性粉末，芳香化合物，稍有香气。糖精味极甜，以10000：1的质量比配制的水溶液仍有甜味，其稀溶液的甜度约为蔗糖的500倍，是人类最早发现的代糖类物质，但在高浓度时舌头上会感到苦味和金属味。熔点为224°C，分解温度为228℃。25°C下密度为0.828g/cm³，蒸汽压为1.03X10⁻⁷mmHg。微溶于水、苯、乙醇、乙醚、氯仿等，其钠盐易溶于水（室温下在水中为0.67g/ml）。
化学性质
糖精是热稳定的，不会与其他食物成分发生化学反应，易于储存。加热分解时，它会释放出氮氧化物、硫氧化物和氧化钠等剧毒烟雾，遇酸分解并丧失甜味，产生苦锈味。糖精在酸性条件下会发生亲核取代。
市售糖精有3种商品形式即糖精、糖精钠及糖精钙，以其钠盐的形式为主。
制备方法
糖精的生产方式有很多种，报道的化学合成生产工艺主要是基于甲苯和苯甲酸类化合物。第一种是甲苯法，另一种是基于苯甲酸，如邻氨基苯甲酸法。
甲苯法
伊拉·雷姆森和法尔伯格制备糖精最初的路线是从甲苯开始的，第一步是磺化，通过向氯磺酸中加入甲苯，得到邻甲苯磺酰氯和4-甲苯磺酰氯的混合物。再向反应混合物中加入冰水混合物，析出白色对甲基苯磺酰氯结晶。过滤出固体后将有机相减压蒸馏，收集I mm Hg条件下96°C〜98°C的馏分，得到的油状物即为邻甲基苯磺酰氯。
磺化之后的流程是胺化，然后将邻位异构体用氨处理成邻甲苯磺酰胺。胺化之后是氧化流程，将上一步的产物邻甲苯磺酰胺用高锰酸钾氧化、闭环，得到邻磺酰苯钾酰亚胺，继续加入碳酸氢钠处理，最后经结晶、脱水，最终得到糖精。
“甲苯法”是早期的生产工艺，因总收率较低、质量不太好，目前很少有糖精生产企业使用该法。
邻氨基苯甲酸法
1950年，俄亥俄州托莱多市的莫米化学公司研制出一种改进的合成方法。从邻氨基苯酸甲酯开始。该工艺第一步使用邻氨基苯甲酸甲酯在低温下与亚硝酸钠和盐酸的重氮化反应得到重氮盐，然后用二氧化硫和处理重氮盐得到磺酸，经过氯和氨水生成磺酰氯，然后进行酸化处理，调整产物的PH最终得到糖精。
以上制造糖精方法中用到很多原料均为石油化工产品，如甲苯、氯磺酸等。甲苯易挥发和燃烧，甚至会引起爆炸，大量摄入人体后会引起急性中毒，对人体健康危害较大；氯磺酸极易吸水分解产生氯化氢气体，对人体有害，并易爆炸；糖精生产过程中产生的中间体物质对人体健康也有危害，还会严重污染环境。它们在人体中长期存留、积累，不同程度地影响着人体的健康，所以生产中需注意安全问题。
应用领域
食品领域
糖精及其钙盐或钠盐最主要的作用就是作为甜味剂，用来增加食品的甜味，这三种形式的甜度没有太大的差别，所以实际应用中多选用其钠盐形式。
糖精的甜味强度取决于浓度，也取决于溶液的组成。与大多数其他甜味剂一样，与蔗糖溶液相比，糖精的甜味强度和浓度之间呈反比关系。例如，1%的糖精溶液的甜度约为蔗糖溶液的800倍，而3%的蔗糖溶液的甜度仅为蔗糖溶液的500倍。
混合各种甜味剂会导致口味改变，即使是少量的额外甜味剂也能大大减少糖精轻微的苦涩金属余味。为此，糖精和其他甜味剂的混合物是被广泛应用的食品添加剂，如甜蜜素-糖精混合物，糖精-阿斯巴甜混合物。在食品工业中，目前很少单纯应用糖精做为添加剂，一般用糖精钠作为添加剂。由于糖精主要通过尿液排出，所以最适合糖尿病患者或超重人群作为糖的替代品。
电镀领域
糖精为电镀的光亮剂，同时也是一种有效的去应力剂，在电镀的时候常常被用于半光亮镀，有一定的光亮作用。糖精具有（=C-SO₂-）的结构，所以其具有容易被吸附和金属活化度高的特点。由于电镀镍层为结晶型，当阴极被光亮剂覆盖，可以增加阴极的极化程度，与此同时镍的沉积也被抑制，电极表面原有晶体停止生长，离子转而形成新的晶核，新生成的晶核再次被糖精覆盖，这样周而复始可以形成大量细小晶粒，使阴极表面细微光滑。
其他应用
除了上述应用外，糖精还有很多其他的应用，如作为防腐蚀镍涂料中的增白剂，可用作防腐剂，起到主要的防腐效果，也可作为化妆品、牙膏、漱口水、制药、香烟中的添加剂。
糖精还可作为动物饲料中的调味剂。苦味物质如呕吐毒素、药物添加剂及杂粕等会影响饲料的适口性，降低家畜的食欲，依靠传统方法很难配制出适口性较佳的饲料，可以通过添加糖精解决。
安全事宜
毒性
（1）大鼠腹腔注射糖精钠LD50 7100mg/kg，大鼠口服糖精钠LD50 14,200mg/kg。
（2）糖精按标准食用不会对人体产生毒副作用，基于小鼠长期喂养试验结果，世界食品添加剂联合专家委员会（JECFA）将糖精及其盐的ADI制定为0~5mg/kg。对于糖尿病患者来说，食用糖精可有效控制糖类摄入量，保证血糖稳定。全世界已经大规模使用糖精一百多年，还没有出现在正常使用的情况下，对人体有不良影响的记录。但是如果一次摄入大量的糖精，则会对人体产生一定影响，例如影响营养物质的消化吸收，影响肠胃消化酶的正常分泌，降低小肠的吸收能力，使食欲减退等。
（3）对磺胺过敏的人可能会对糖精产生过敏反应，因为糖精是磺胺衍生物，可能会引发相关反应。如牙膏中的糖精会引起敏感人群口腔和嘴唇的烧灼感、肿胀、皮疹和荨麻疹。有少数的消费者在完全不知道糖精危害的情况下，短时间内食用大量糖精，引起血小板减少而造成急性大出血、多脏器损害等，引发恶性中毒事件
（4）糖精钠通过一种非脱氧核糖核酸反应机制在大鼠体内产生尿路上皮性膀胱肿瘤，该机制包括尿中含有沉淀的磷酸钙的形成、细胞毒性和细胞增殖增强，但这一机制与人类无关，因为物种间差异，糖精并不会在人体诱发膀胱癌。
代谢情况
糖精无法被人体代谢消化吸收，除了在味觉上引起甜的感觉外，对人体无任何营养价值，食用后大部分随尿液排出体外。糖精经口摄入后0.5h后即可在尿中出现，16~24h后可全部排出体外，其化学结构无变化。该结果在实验中得到充分证实，约80-90%的剂量通过尿液排出，10-20%通过粪便排出。
储存运输
糖精是热稳定的，不会与其他食物成分发生化学反应，易于储存，宜存放于通风低温干燥处。
法律法规
2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构将糖精及其盐类化合物列为3类致癌物。
检测方法
目前对其检测方法有薄层色谱法、紫外分光光度法、气相色谱法、液相色谱法、气-液质联用法、毛细管电泳法等。
参考资料
Saccharin | C7H5NO3S - PubChem.ncbi.2023-02-19