申屠陽 李常青 劉志濱
(浙江普洛醫(yī)藥科技有限公司,浙江 東陽 322118)
甜味劑是人類生活中不可或缺的甜味感受物質(zhì),一種既安全,又低或無熱量的甜味劑是人們長期以來所追求的。早在上世紀(jì)70年代Tale&Lyle公司和英國倫敦大學(xué)Qurren Elizabeth學(xué)院的Haugh[1]教授課題組之間的合作研究項(xiàng)目期間,發(fā)現(xiàn)鹵素有選擇地取代蔗糖分子的一些羥基就能夠大大增強(qiáng)其甜味度,要比蔗糖的甜味度高出數(shù)百倍甚至千倍以上。表1匯集了蔗糖的一些氯代衍生物與蔗糖的相對甜度。該表是由檢測氯代蔗糖衍生物的甜味與10%(W/V)蔗糖水溶液的甜味進(jìn)行比較而獲得的[2]。
由表 1 可知,化合物(1)(1’,4,6,6’-四氯代物)的甜味度可與糖精相比,但是在品質(zhì)方面,化合物(1)類似于蔗糖[1]。 而化合物(2)(6,6’-二氯代物)是不甜的,可以假設(shè)化合物(1)的1’-位和4-位是增強(qiáng)蔗糖甜味度的重要因素,該假設(shè)是受到化合物(3)(1’-氯代物)和化合物(4)(4-氯代物)與蔗糖比較的結(jié)果所支持的,其甜味度分別是蔗糖的20倍和5倍,同時(shí)化合物(5)(6-氯代物)是苦的,然而驚奇的是化合物(6)(6’-氯代物)的甜味如同化合物(3)(1’-氯代物)。 可以得出:蔗糖的碳-1’與碳-4(反手性的)或碳-6’的羥基被氯取代后的結(jié)果,其甜味就會(huì)更加增強(qiáng)了。這是具有二個(gè)協(xié)同聯(lián)合增強(qiáng)效應(yīng)的取代物,即化合物(7)(1’,4-二氯代物)和化合物(8)(1’,6’-二氯代物)。其甜味度是蔗糖的500~600倍。當(dāng)然,在所有的三個(gè)協(xié)同聯(lián)合增強(qiáng)效應(yīng)的取代物中以化合物(9)(1’,4,6’-三氯代物)為該系列中最甜的化合物,是蔗糖的甜味度的2000倍。在所有的情況下,當(dāng)由氯取代具有甜味的二氯代物或三氯代物的6-位的羥基時(shí),都會(huì)導(dǎo)致這些化合物原有甜味的降低。
順便指出:化合物(9)(1’,4,6’-三氯代物)的LD50≥16 g/kg(按鼠),在實(shí)踐中都是能夠控制的,同時(shí)化合物 (9)(1’,4,6’-三氯代物) 不能被 α-D-葡糖苷酶或β-D-呋喃果糖苷酶水解,所以不可能代謝。
由上述的事實(shí)可以看出:甜味與蔗糖及其氯代衍生物的化學(xué)結(jié)構(gòu)存在著一定的關(guān)系 ,在1967年Shallenberger和Acree[3]將甜味與蔗糖或多元醇的一些1,2-亞乙基二元醇的結(jié)構(gòu)單元聯(lián)系起來,即分子中一個(gè)羥基起著氫鍵供體(AH)的作用,而另一個(gè)羥基就成為氫鍵受體(B),并且AH質(zhì)子和電負(fù)性基團(tuán)B之間 的軌道距離約為3魡,如此的分子結(jié)構(gòu)關(guān)系稱為“生甜團(tuán)”。甜味就是該“生甜團(tuán)”的氫和在“感受器”的位置點(diǎn)上類似開AH、B單位之間的鍵合而產(chǎn)生的,“感受器”很可能是蛋白質(zhì)分子的細(xì)胞膜。
表1 蔗糖與其氯代衍生物的相對甜味度
在1972年Kier[4]指出對于立體專一性的“感受器”位置點(diǎn)還需要增設(shè)第三鍵合點(diǎn)(X),基為疏水性的,相距A(AH)位置點(diǎn)為3.5魡,相距B位置點(diǎn)為5.5魡,若要增強(qiáng)蔗糖的甜味度就必須認(rèn)可AH,B,X三角形模型,將基團(tuán)X的疏水性(多數(shù)為羥基)由更起疏水作用的取代基(氯)而取代,蔗糖是非常親水的,由氯取代羥基之后,增強(qiáng)了分子的親油性,就更便于吸入“感受器”位置點(diǎn)上。
我們以化合物 (9)(1’,4,6’-三氯代物)(圖1)為例,由上述結(jié)果得到如下結(jié)論:第一,1’-氯取代對于蔗糖甜味的增強(qiáng)是重要的,它為“生甜團(tuán)”三角形模型的B單位,可以起到來自“感受器”位置點(diǎn)氫鍵受體的作用。第二,4-位直立鍵的親油性基團(tuán)也是甜味增強(qiáng)的關(guān)鍵,當(dāng)然是鎖定X,當(dāng)4-氯代后,就增強(qiáng)了親油性。第三,2-羥基為平伏鍵,就必然起到AH的作用,那么化合物(9)(1’,4,6’-三氯代物)的生甜團(tuán)為:B=1’-Cl,AH=2-OH,X=4-Cl。該生甜團(tuán)三角形模型可以很好的解釋:化合物(3)(1’-氯代物),化合物(4)(4-氯代物)以及化合物(7)(1’4-二氯代物)的甜味增強(qiáng)的原因。
圖 1 化合物(9)(1’,4,6’-三氯蔗糖)的 1’,2,4-生甜團(tuán)三角形圖
有一個(gè)問題:為什么化合物(8)(1’,6’-二氯代物)和化合物(9)(1’,4,6’-三氯代物)的甜味增強(qiáng)是6’-位為重要呢?研究分子模型顯示:當(dāng)圍繞著C-O-C糖苷鍵間稍加旋轉(zhuǎn)時(shí),就能夠形成另一種生甜團(tuán)(圖2)。如此6’-氯就起著4-氯或4-氫作為親油基團(tuán)X的作用,所以生甜團(tuán)為:B=1’-Cl,AH=2-OH,X=6’-Cl。在上述兩種情況下,分子模型與Kier的三角形尺寸大約一致,生甜團(tuán)的取代基是共平面的,并且以相同的順序適合著“感受器”位置點(diǎn)的手征性。
圖 2 化合物(8)(1’,6’-二氯蔗糖)的 1’,2,6’-生甜團(tuán)三角形圖
還有一點(diǎn):6-氯親油基團(tuán)起到相反的作用,還有待進(jìn)一步闡明。若6-氯與軸向的4-取代基團(tuán)(X)因競爭而分散開,要鎖定“感受器”位置點(diǎn)時(shí),就要阻止2-OH(AH)粘結(jié)到味蕾相應(yīng)的“感受器”位置點(diǎn)上。
將氯引入蔗糖分子結(jié)構(gòu)中,顯然是增強(qiáng)蔗糖的親油性,這是增強(qiáng)蔗糖甜味的一個(gè)重要因素,當(dāng)最佳狀態(tài)親水的和親油的化學(xué)結(jié)構(gòu)與AH,B,X偶合,即化合物(9)(1’,4,6’-三氯代物)粘繞到“感受器”位置點(diǎn)為最佳狀態(tài)。應(yīng)用該知識(shí)就能夠制造出一種既安全、低或無熱量的、又能降低牙齒齲齒風(fēng)險(xiǎn)的甜味劑。同樣,深刻了解甜味分子結(jié)構(gòu)與活性之間的關(guān)系,并伴隨相關(guān)的生理機(jī)理的闡明,發(fā)展甜味劑的前景將激動(dòng)人心。
[1]Hough L,Phadnis S R.Enhancement in the sweetness of sucrose[J].Nature,1976,263:800.
[2]Hough Phadnis S R,Kh R,Jenner M R.Sweeteners:GB,1543167[P].1976-01-08.
[3]Shallenberger R S,Acree T E.Molecular theory of sweet taste[J].Nature,1976,216:480-482.
[4]Kier L B.A molecular theory of sweet taste[J].J.Pharm.Sci,1972,61:1394-1397.