糖精（Saccharin），學名鄰苯甲酰磺酰亞胺，化學式為C?H?NO?S，是人類最早發現的代糖類物質。常溫下為白色結晶性粉末，微溶于水。味極甜，甜度約為蔗糖的300～500倍，但在高濃度時會有苦味和金屬味。熔點為224℃，分解溫度為228℃，每日安全攝入量（ADI）為0～2.5mg/kg。糖精是一種無營養價值的化學合成甜味劑，可由鄰磺基苯甲酸與氨反應制得。市售糖精有3種商品形式即糖精、糖精鈉及糖精鈣，被廣泛應用于食品工業、醫療、香煙及化妝品等領域。2017年10月27日，世界衛生組織國際癌癥研究機構將糖精及其鹽類化合物列為3類致癌物。
歷史
發現歷史
像大多數人造甜味劑一樣，第一個人造甜味劑糖精是偶然發現的。1879年，約翰·霍普金斯大學伊拉·雷姆森實驗室的化學家康斯坦丁·法爾伯格（Constantin Fahlberg，俄裔美國化學家）首次發現了糖精。康斯坦丁·法爾伯格的目的原本是研究煤焦油中一類叫芳香族磺酸的化合物甲苯磺胺的氧化機理，在研究過程中，化學試劑不小心濺到了他的手指上，后來他舔了舔手指，這種物質被他們誤服。隨后他發現這種物質有一種甜味，這才有了糖精的發現。他的同事雷姆森（Remsen）同樣發現了這一現象。法爾伯格和伊拉·雷姆森從煤焦油中提取出苯甲酸磺酰亞胺甜味劑，實驗證明其甜度為糖的300-500倍，二人于1879和1880年共同發表了文章。
1885年，已經離開雷姆森實驗室的法爾伯格在德國申請了這種物質的專利，由于專利法的不完善，這項專利被通過，并且在美國同樣有效。這樣，法爾伯格在繞開了另一位發現人雷姆森的情況下，獨自獲得了糖精的專利權和獲益權。他給這種物質重新命名為“saccharin”，也就是中文中的“糖精”，伊拉·雷姆森當時并沒有在意這件事。在1886年，法爾伯格再次申請了糖精的專利，這一次專利中，法爾伯格成為了糖精的唯一發現者。這一次雷姆森終于憤怒了，向整個化學界痛斥法爾伯格是一個“無賴”，并認為他應該因自己實驗室發現的物質獲得榮譽。在19世紀90年代末，涉及法爾伯格的一場有爭議的訴訟首次引起了公眾對糖精的廣泛關注。
盡管糖精在被發現后不久就被商業化了，但直到2001年由皮爾遜（Pearson）的公司將其作為一種無熱量甜味劑的來大規模生產，PMC專業集團（PMC Specialties Group）是一家長期關注糖精生產的公司。糖精甜味劑有很多品牌，著名的美國甜味劑品牌是“低糖（Sweet'n Low）”，始于1958年。
政府監管
糖精是一種食品添加劑，安全因素至關重要，已經有多個國家和國際組織對糖精的食品安全進行評估和管理，包括世界衛生組織（WHO）、美國食品藥品監督管理局（FDA）、聯合國糧食及農業組織（FAO）及世界食品添加劑聯合專家委員會（JECFA）等權威機構。他們對糖精的安全情況及最大日攝入量（ADI）有嚴格規定，可接受日攝入量（ADI）為0-5mg/kg。
糖精在19世紀晚期被發現，至今仍在使用。然而，這種化合物并非沒有爭議。1906年，美國食品和藥物管理局一直在對糖精行業施壓，威利（Wiley）認為在食品中添加糖精是造假行為，因為其沒有任何營養價值。美國政府的調查報告讓人們了解到糖精是一種無卡路里的甜味劑，反而促進了糖精的流行。美國總統富蘭克林·羅斯福的醫生為了讓他控制飲食中糖類的攝入量，也建議他服用糖精。在1907年，糖精受到美國農業部（USDA）的審查和批評，從那時起，爭論就沒有停止過。
1977年，在動物實驗的基礎上，糖精被認為是一種可能的人類致癌物，但這種懷疑現在已經被推翻了。當時在觀察到糖精鈉會增加大鼠膀胱腫瘤發病率的基礎上，美國食品和藥物管理局于1977年發布了一項提案，禁止將該化合物用于食品和其他用途，但由于政治壓力，這一提案被美國國會通過的暫停。含有糖精的藥物被要求帶有以下警告:“該產品含有糖精，已被確定在實驗動物中導致癌癥，使用本產品可能對您的健康有害”。
2002年，一項新的研究得出結論，糖精鈉僅通過尿沉淀的形成引起膀胱表面的侵蝕和細胞增生，進而誘導雄性大鼠膀胱損傷。這種影響是由于一種與人類無關的生理機制，在典型的攝入水平下，人類沒有患癌癥的風險。后續的研究確定，與非糖尿病患者相比，攝入大量糖精的糖尿病患者患膀胱癌的概率不會增加，糖精與人類膀胱癌或其他惡性腫瘤發病率無顯著關聯。
國際癌癥研究機構（IARC）最初根據大鼠研究將糖精歸為2B類（對人類可能致癌），但在2012年審查研究后，將其降為3類（對人類不具有致癌性）。
1995年，歐洲食品科學委員會得出結論，糖精不會對人類造成癌癥風險。糖精今天在美國、加拿大和歐盟被批準使用。隨后這種甜味劑在美國繼續被廣泛使用，成為僅次于三氯蔗糖和阿斯巴甜的第三大人工甜味劑。糖精作為食品添加劑在多數國家都是允許的，加拿大等國家已經解除了之前禁止糖精作為食品添加劑的禁令。
理化性質
物理性質
糖精常溫下為白色結晶性粉末，芳香化合物，稍有香氣。糖精味極甜，以10000：1的質量比配制的水溶液仍有甜味，其稀溶液的甜度約為蔗糖的500倍，是人類最早發現的代糖類物質，但在高濃度時舌頭上會感到苦味和金屬味。熔點為224°C，分解溫度為228℃。25°C下密度為0.828g/cm3，蒸汽壓為1.03X10??mmHg。微溶于水、苯、乙醇、乙醚、氯仿等，其鈉鹽易溶于水（室溫下在水中為0.67g/ml）。
化學性質
糖精是熱穩定的，不會與其他食物成分發生化學反應，易于儲存。加熱分解時，它會釋放出氮氧化物、硫氧化物和氧化鈉等劇毒煙霧，遇酸分解并喪失甜味，產生苦銹味。糖精在酸性條件下會發生親核取代。
市售糖精有3種商品形式即糖精、糖精鈉及糖精鈣，以其鈉鹽的形式為主。
制備方法
糖精的生產方式有很多種，報道的化學合成生產工藝主要是基于甲苯和苯甲酸類化合物。第一種是甲苯法，另一種是基于苯甲酸，如鄰氨基苯甲酸法。
甲苯法
伊拉·雷姆森和法爾伯格制備糖精最初的路線是從甲苯開始的，第一步是磺化，通過向氯磺酸中加入甲苯，得到鄰甲苯磺酰氯和4-甲苯磺酰氯的混合物。再向反應混合物中加入冰水混合物，析出白色對甲基苯磺酰氯結晶。過濾出固體后將有機相減壓蒸餾，收集I mm Hg條件下96°C?98°C的餾分，得到的油狀物即為鄰甲基苯磺酰氯。
磺化之后的流程是胺化，然后將鄰位異構體用氨處理成鄰甲苯磺酰胺。胺化之后是氧化流程，將上一步的產物鄰甲苯磺酰胺用高錳酸鉀氧化、閉環，得到鄰磺酰苯鉀酰亞胺，繼續加入碳酸氫鈉處理，最后經結晶、脫水，最終得到糖精。
“甲苯法”是早期的生產工藝，因總收率較低、質量不太好，目前很少有糖精生產企業使用該法。
鄰氨基苯甲酸法
1950年，俄亥俄州托萊多市的莫米化學公司研制出一種改進的合成方法。從鄰氨基苯酸甲酯開始。該工藝第一步使用鄰氨基苯甲酸甲酯在低溫下與亞硝酸鈉和鹽酸的重氮化反應得到重氮鹽，然后用二氧化硫和處理重氮鹽得到磺酸，經過氯和氨水生成磺酰氯，然后進行酸化處理，調整產物的PH最終得到糖精。
以上制造糖精方法中用到很多原料均為石油化工產品，如甲苯、氯磺酸等。甲苯易揮發和燃燒，甚至會引起爆炸，大量攝入人體后會引起急性中毒，對人體健康危害較大；氯磺酸極易吸水分解產生氯化氫氣體，對人體有害，并易爆炸；糖精生產過程中產生的中間體物質對人體健康也有危害，還會嚴重污染環境。它們在人體中長期存留、積累，不同程度地影響著人體的健康，所以生產中需注意安全問題。
應用領域
食品領域
糖精及其鈣鹽或鈉鹽最主要的作用就是作為甜味劑，用來增加食品的甜味，這三種形式的甜度沒有太大的差別，所以實際應用中多選用其鈉鹽形式。
糖精的甜味強度取決于濃度，也取決于溶液的組成。與大多數其他甜味劑一樣，與蔗糖溶液相比，糖精的甜味強度和濃度之間呈反比關系。例如，1%的糖精溶液的甜度約為蔗糖溶液的800倍，而3%的蔗糖溶液的甜度僅為蔗糖溶液的500倍。
混合各種甜味劑會導致口味改變，即使是少量的額外甜味劑也能大大減少糖精輕微的苦澀金屬余味。為此，糖精和其他甜味劑的混合物是被廣泛應用的食品添加劑，如甜蜜素-糖精混合物，糖精-阿斯巴甜混合物。在食品工業中，目前很少單純應用糖精做為添加劑，一般用糖精鈉作為添加劑。由于糖精主要通過尿液排出，所以最適合糖尿病患者或超重人群作為糖的替代品。
電鍍領域
糖精為電鍍的光亮劑，同時也是一種有效的去應力劑，在電鍍的時候常常被用于半光亮鍍，有一定的光亮作用。糖精具有（=C-SO?-）的結構，所以其具有容易被吸附和金屬活化度高的特點。由于電鍍鎳層為結晶型，當陰極被光亮劑覆蓋，可以增加陰極的極化程度，與此同時鎳的沉積也被抑制，電極表面原有晶體停止生長，離子轉而形成新的晶核，新生成的晶核再次被糖精覆蓋，這樣周而復始可以形成大量細小晶粒，使陰極表面細微光滑。
其他應用
除了上述應用外，糖精還有很多其他的應用，如作為防腐蝕鎳涂料中的增白劑，可用作防腐劑，起到主要的防腐效果，也可作為化妝品、牙膏、漱口水、制藥、香煙中的添加劑。
糖精還可作為動物飼料中的調味劑。苦味物質如嘔吐毒素、藥物添加劑及雜粕等會影響飼料的適口性，降低家畜的食欲，依靠傳統方法很難配制出適口性較佳的飼料，可以通過添加糖精解決。
安全事宜
毒性
（1）大鼠腹腔注射糖精鈉LD50 7100mg/kg，大鼠口服糖精鈉LD50 14,200mg/kg。
（2）糖精按標準食用不會對人體產生毒副作用，基于小鼠長期喂養試驗結果，世界食品添加劑聯合專家委員會（JECFA）將糖精及其鹽的ADI制定為0~5mg/kg。對于糖尿病患者來說，食用糖精可有效控制糖類攝入量，保證血糖穩定。全世界已經大規模使用糖精一百多年，還沒有出現在正常使用的情況下，對人體有不良影響的記錄。但是如果一次攝入大量的糖精，則會對人體產生一定影響，例如影響營養物質的消化吸收，影響腸胃消化酶的正常分泌，降低小腸的吸收能力，使食欲減退等。
（3）對磺胺過敏的人可能會對糖精產生過敏反應，因為糖精是磺胺衍生物，可能會引發相關反應。如牙膏中的糖精會引起敏感人群口腔和嘴唇的燒灼感、腫脹、皮疹和蕁麻疹。有少數的消費者在完全不知道糖精危害的情況下，短時間內食用大量糖精，引起血小板減少而造成急性大出血、多臟器損害等，引發惡性中毒事件
（4）糖精鈉通過一種非脫氧核糖核酸反應機制在大鼠體內產生尿路上皮性膀胱腫瘤，該機制包括尿中含有沉淀的磷酸鈣的形成、細胞毒性和細胞增殖增強，但這一機制與人類無關，因為物種間差異，糖精并不會在人體誘發膀胱癌。
代謝情況
糖精無法被人體代謝消化吸收，除了在味覺上引起甜的感覺外，對人體無任何營養價值，食用后大部分隨尿液排出體外。糖精經口攝入后0.5h后即可在尿中出現，16~24h后可全部排出體外，其化學結構無變化。該結果在實驗中得到充分證實，約80-90%的劑量通過尿液排出，10-20%通過糞便排出。
儲存運輸
糖精是熱穩定的，不會與其他食物成分發生化學反應，易于儲存，宜存放于通風低溫干燥處。
法律法規
2017年10月27日，世界衛生組織國際癌癥研究機構將糖精及其鹽類化合物列為3類致癌物。
檢測方法
目前對其檢測方法有薄層色譜法、紫外分光光度法、氣相色譜法、液相色譜法、氣-液質聯用法、毛細管電泳法等。
參考資料 >
Saccharin | C7H5NO3S - PubChem.ncbi.2023-02-19