江苏省科技计划项目验收申请表 -

江苏省科技计划项目验收申请表

： BY2012194

：第二代人工甜味剂三氯蔗糖与纽甜清洁生产技术

：东南大学（盖章）

： 2014-12-02

江苏省科学技术厅

二○○八年

一、基本信息

1、项目概况

申

请

验

收

单

位

单位名称

东南大学

所在地区

玄武区

主管部门

东南大学

通信地址

南京玄武区四牌楼2号

联系人

沈彬

联系电话

13915987760

邮政编码

210096

电子信箱

binshen2000@hotmail.com

单位性质

1. 大专院校 2. 科研院所 3. 企业 4. 其他

项目起始时间

2012-7

项目计划完成时间

2014-6

验收形式

2、函评

验收时间

2014-12-08

验收地点

东南大学

成果形式

(可选多项)

1. 论文论著 2. 研究(咨询)报告

3. 新产品(或农业新品种) 4. 新装置

5. 新材料 6. 新工艺(或新方法、新模式)

7. 计算机软件 8. 技术标准

9. 专利 10. 其它

专利申请(件)

发明

实用新型

外观设计

专利授权(件)

发明

实用新型

外观设计

发表论文（篇）

论文总数

科学引文索引（SCI）

工程索引（EI）

出版科技著作

0 （部）

制定技术标准

0 （个）

新产品

0 （个）

其中：国标

0 （个）

建成新装置

1 （套）

农业新品种

0 （个）

软件著作权

0 （项）

新工艺

0 （项）

2. 项目负责人情况：

姓名	性别	出生年月	专业	学历	职称	联系电话
沈彬	男	1971-11-27	物理化学	博士研究生	副教授	13915987760
吴金山	男	1968-02-12	化学工程	研究生	高级工程师	13601419010

3. 项目研发人员情况：单位：人

项目研发人员总数	13
其中:博士	4
硕士	4
其中:高级职称	4
中级职称	4
其中:在校研究生	2
留学归国人员	0
外籍人才	0

4．项目实际到位经费情况：单位：万元

	项目总经费	其中
	项目总经费	省拨款	单位自筹	部门、地方配套	其他来源
预算总额（按合同自动生成）	250	25	225	0	0
已到位数	250	25	225	0	0

5．项目经费支出情况：单位：万元

	经费支出	其中:省拨款	备注
1、人员费	25	7.12	研究生助研费，酬金
2、设备费	120	2.08	真空泵、干燥箱、色谱配件、设备维修
3、材料费	37	6.72	化学试剂、玻璃仪器
4、测试化验加工费	18	1.8	付费使用本校及外单位大型分析仪器
5、燃料动力费	15.5	0
6、差旅费	15	2.46	出差交通、住宿等
7、会议费	7	1.8	学术会议注册费、会务费
8、出版费	6	1.72	论文发表、专利申请
9、管理费	6.5	1.25	校规定
10、其他费用	0	0
合计：	250	24.95

6. 项目获奖情况

	特等奖	一等奖	二等奖	三等奖
国家自然科学奖	0	0	0	0
国家发明奖	0	0	0	0
国家科技进步奖	0	0	0	0
国家部门科技进步奖	0	0	0	0
省科技进步奖	0	0	0	1

注：重大研发机构、高技术研究重点实验室、工程技术研究中心、公共技术服务平台项目填写建设期间的累计获奖数。

7. 主要技术指标完成情况

技术指标名称	单位	合同技术指标	技术指标实际完成情况
酶催化	％	转化率95％,选择性90％,重复20次	总收率96％，重复20次以上
清洁氯化	％	氯化收率80％	氯化收率86％
催化加氢	％	收率80％	收率85％
申请发明专利	项	4	4
建成4000吨/a三氯蔗糖生产线	条	1	已上报备案
发表科技论文	篇	—	2

8. 主要经济指标完成情况

经济指标名称	单位	合同经济指标	经济指标实际完成情况
新增产值	万元
新增销售额	万元
新增利税	万元
新增出口创汇	万美元
新增服务收入	万元

9. 主要建设任务完成情况

建设任务名称	单位	合同建设任务	建设任务实际完成情况

注：主要建设任务完成情况由重大研发机构、高技术研究重点实验室、科技公共服务平台、工程技术研究中心项目填写，其他项目不填写。

二、主要研究内容及研究成果

1、主要研究内容

1、研究内容：
■固定化脂肪酶催化法合成蔗糖-6-酯：以蔗糖为底物，对不同脂肪酶、溶剂体系以及酰基供体等进行筛选，找出合适的转酯化反应体系；并对筛选出的体系各因素用量及过程控制参数进行考察优化，找出最佳反应条件。
■固体光气对蔗糖-6-酯的氯化：以固体光气与DMF形成的Vilsmeier盐为氯化试剂对蔗糖-6-酯进行氯化，对Vilsmeier盐、蔗糖-6-酯及DMF的比例、氯化温度、时间等工艺条件进行深入研究，以提高反应收率，减少副产物的产生，适应工业化生产。
■林德拉催化剂还原特戊酰氯生成3,3-二甲基丁醛：特戊酰氯（3,3-二甲基丁酰氯）是酰胺类及酚脂类药物制备中广泛使用的重要要原料，国内供应充足。拟采用特戊酰氯催化加氢生产3,3-二甲基丁醛，选择适当的催化剂，调节工艺条件，避开国外专利专利路线，满足国内工业化生产需要。
2、研发目标：
拟采用脂肪酶、固体光气、林德拉催化剂为清洁原料，通过酶催化、清洁氯化及催化加氢等清洁生产技术，解决目前生产中酯化收率偏低、副产物多、氯化收率低及释放大量二氧化硫，从而造成废弃物排放污染环境等问题。推动清洁生产的实用化，形成系列自主知识产权。
3、重点解决的关键技术问题：
■生物酶催化中酰基供体、反应介质对酶的催化活性及稳定性的影响
酰基供体在文献报道中为8-18C的脂肪酸乙烯酯，我们将改用短链脂肪酸乙烯酯，避免长链基团对后继氯化过程中氯化试剂的空间位阻。反应介质的选择要综合考虑三方面因素：蔗糖的溶解、对酶活性的影响及溶剂本身的毒性。能溶解蔗糖的溶剂极性一般很强，具有很强的亲水性，可能剥夺了酶的“必需水”，从而导致了酶的失活；另外由于溶剂性质的不同，使酶与底物结合形成中间态的取向不同，导致不同酰化位点的暴露而产生了选择性差异。我们设想选择强极性溶剂(DMSO、DMF、DMA)和弱极性溶剂（叔丁醇、叔戊醇）的混合溶剂，同时兼顾了蔗糖溶解性、酶稳定性及收率最大化。
■清洁氯化生产过程
蔗糖-6-酯的氯化改进通常包括反应温度的调整与反应原料配比优化。改用清洁原料固体光气作氯化试剂，选用合适的反应溶剂及原料配比，同时改进程序升温，从源头上减少污染物的产生，并降低能耗，满足清洁生产的需要。
■加氢反应催化剂的筛选
酰氯氢化制醛的关键在于加氢催化剂的活性与选择性，既要防止催化剂活性太低造成转化率过低、又要防止活性过高引起过度还原生成醇。因此，采用抑制剂使催化剂部分失活，保留适当的活性与选择性是加氢反应成功的关键技术。
4、项目创新点：
■清洁氯化，保持较高的氯化收率，并避免二氧化硫的产生，克服氯化产率与原料毒性和副产物污染相互矛盾的问题；
■脂肪酶催化，条件温和，活性高，选择性强；
■通过催化剂改性，保证加氢反应的高收率低消耗，避免了催化剂活性不足或活性过高造成的副反应问题。

2、获得研究成果情况：专利（专利名称、专利号、申请授权时间、主要完成人等）；标准（标准名称、编号、发布部门、发布时间、主要完成人等）；论文（论文名称、主要完成人、发表刊物名称、发表时间、影响因子等）；科技专著（专著名称、出版单位、时间、主要完成人等）；新产品、农业新品种、新工艺、新装置等（名称、认定部门、主要完成人等）；软件著作权（著作权名称、著作权号、申请授权时间、主要完成人等）

■申请发明专利四项（附件一）：
1、一种恒磁场促进脂肪酶催化合成蔗糖-6-酯的方法，申请号：201410257672.0，申请日：2014.6.12，申请人：东南大学，发明人：沈彬、申桂贤、张衡、赵芬利
2、一种微波辅助脂肪酶催化合成蔗糖-6-酯的方法，申请号：201410233056.1，申请日：2014.5.29，申请人：东南大学，发明人：沈彬、申桂贤、张衡、赵芬利
3、适合工业生产的超声波辅助酶催化合成蔗糖-6-酯的方法，申请号：201410017910.0，申请日：2014.1.15，申请人：盐城捷康三氯蔗糖制造有限公司，发明人：朱国廷、吴金山、沈彬、申桂贤
4、一种高热稳定性三氯蔗糖及其制备方法,申请号：201310287042.3，申请日：2013.7.9，申请人：盐城捷康三氯蔗糖制造有限公司，发明人：吴金山、朱国廷、李林、侍军、丁振友、陈宜武、罗涛、叶波、张正东、沈彬

■发表论文两篇（附件二）：
1、Bin Shen（沈彬）, Jinshan Wu（吴金山）, and Guoting Zhu（朱国廷）. Attempt on Rapid Quantification of Sucrose 6-Acetate Using HPLC-DAD，JOURNAL OF BIOBASED MATERIALS AND BIOENERGY，Vol.6(6), 687–689, 2012. IF 0.826
2、Bin Shen(沈彬), Bo Tang(汤波), Zhengqing Lu(陆正清), Minghua Li(李明华), Jinshan Wu(吴金山)and Guoting Zhu(朱国廷). Recovery and purification of sucralose-6-ester from the crystalline residue by macroporous resin，Journal of Food, Agriculture & Environment，11(3&4): 63-66，2013

■获省部级奖励一项（附件三）：
“三氯蔗糖中间体蔗糖-6-酯脂肪酶选择性催化合成方式的研究”获2013年江苏省科学技术三等奖，证书号：2013-3-16-D2

■扩建4000吨/a三氯蔗糖生产线一条（附件四）：
已上报备案

■江苏省（捷康）甜味剂工程技术研究中心验收合格（附件五）
苏科条发【2014】66号

三、目标任务完成情况

1. 主要解决的关键技术与创新点

1) 物理场辅助酶催化合成蔗糖-6-酯
蔗糖-6-酯是制备三氯蔗糖的重要中间体，传统上采用化学法制备蔗糖-6-乙酯中间体，主要有原酸酯法与有机锡催化法等。原酸酯法操作简单，但收率低于75％；有机锡法收率约85-90％，但存在操作及后处理复杂，并可能造成产品中重金属超标的风险。酶催化具有专一性强、反应条件温和、环境友好、安全性好等优势。然而目前国内外酶催化法合成蔗糖-6-乙酯尚存在反应时间长、收率不高（不超过化学法）等缺点。本项目采用超声、微波、磁场等物理场辅助酶催化合成蔗糖-6-乙酯的技术，解决了生产难、收率低的难题，获得反应时间缩短至3 小时、产物收率高达94％的成果。
2）采用固体光气氯代制备三氯蔗糖-6-乙酯
在三氯蔗糖的制备中，氯代是关键问题。蔗糖-6-酯的氯代过程通常采用Vilsmeier盐。Vilsmeier 盐由二甲基甲酰胺与光气或氯化亚砜等反应生成。使用氯化亚砜简单安全，但产物收率较低，并且氯代中释放大量二氧化硫气体，增加后继处理步骤和设备要求。使用光气虽收率很高，但光气是一种剧毒气体，不宜储存和运输，同时光气作为气体也不方便进行准确计量，过量使用容易造成副反应。本项目采用双（三氯甲基）碳酸酯（固体光气）替代光气或氯化亚砜的氯代路线，以1,1,2-三氯乙烷为溶剂，固体光气具有高选择性和氯化活性，可以有效地氯代蔗糖-6-酯分子中的4、1’和6’位羟基，并且其毒性低、无二氧化硫排放，可彻底解决氯代产率与毒性和污染相矛盾的问题，氯化收率达到86％。
3）高热稳定性三氯蔗糖及其制备
传统结晶制备的三氯蔗糖产品使用中易产生粉尘、结块及流动性差、性质不稳定等缺点。本项目研发一种高热稳定性三氯蔗糖及其制备方法，产品外观为白色近球状颗粒，内部有许多的孔隙状结构，具有在0.4g/L—0.8g/L 之间的松散堆密度；流动性良好，具有25°—40°之间的休止角；粒径分布范围窄，颗粒强度较大，不容易因破碎而产生工业应用不希望的粉尘；70 摄氏度的条件下烘烤14.5 个小时外观几乎无变化且有效含量保持90％以上，超过泰莱公司产品。
4）林德拉催化剂催化加氢还原特戊酰氯生成3,3-二甲基丁醛
3,3-二甲基丁醛是生产纽甜的重要中间体，传统方法是根据Kornblum氧化原理，采用NaI/DMSO/NaHCO3或NaBr/DMSO/NaHCO3系统氧化1-氯-3,3-二甲基丁烷制备3,3- 二甲基丁醛。该方法生成二甲硫醚副产物，因此产物必须经过严格精制处理，避免硫化物造成下一步催化加氢反应的Pd/C催化剂中毒。本项目采用轻质碳酸钙上负载钯，再加上经Pb等拟制剂制备合成林德拉催化剂。常压下对特戊酰氯催化加氢生成3,3-二甲基丁醛，产率达到85％。

2. 主要技术与经济指标完成情况

本项目技术成果应用于盐城捷康三氯蔗糖制造有限公司的三氯蔗糖生产上，生产及产品主要技术指标：酶催化原料采用乙酸乙烯酯；酶催化收率达到94％；氯化收率86％；产品相关杂质含量0.3％；产品热稳定性测试在70℃下14.5小时后，外观几乎无变化，有效含量仍达到90％以上。
2013年盐城捷康三氯蔗糖制造有限公司总资产53762万元，销售三氯蔗糖1003吨，销售收入39893万元，税收2323万元，净利润4205万元，出口创汇4329万美元（附件六），主要经济指标居于国内三氯蔗糖生产企业榜首。2014年公司依然保持良好发展态势。

3. 项目实施的经济、社会效益

本项目一期建成后，计划形成年产2000吨三氯蔗糖的生产能力，计划新增销售收入70000 万元,缴税总额4000万元，净利润达6900万元,创汇额达7500万美元。公司成为全球最大的三氯蔗糖生产销售企业。
目前我国甜味剂市场已形成高、中、低倍共存的局面，高倍甜味剂生产和应用较成熟的产品主要包括糖精纳、甜蜜素、AK 糖、阿斯巴甜等，市场需求量大概为10万吨左右，其中甜蜜素的使用量最大，为4 万吨左右，糖精纳的用量也达到了2万多吨，但由于糖精和甜蜜素的安全性日益受到质疑，许多国家已经将其列入禁止项目，市场分额在逐步缩小。阿斯巴甜的需求量呈逐年上升的趋势，但该产品在应用方面存在容易分解及安全性的问题。甜菊糖则由于原料有限，不具备大规模推广的前提；安赛蜜由于稳定性较差发展前景也较为黯淡。
三氯蔗糖产品却克服了这些弱点，因此会越来越显得优势明显。另外，以目前的蔗糖在同样甜度的情况下，蔗糖的价格高出三氯蔗糖的一倍以上，使三氯蔗糖立足市场的优势更稳定。目前，在高倍甜味剂市场，三氯蔗糖最大的竞争产品是阿斯巴甜。三氯蔗糖占高倍甜味剂市场规模的26％左右，阿斯巴甜占高倍甜味剂市场规模的45％左右。三氯蔗糖除了和其他高倍甜味剂相比具有明显的竞争优势，长期来看，三氯蔗糖还将逐步取代蔗糖的市场地位。据统计我国约有1500~2000 万糖尿病患者，每年需要约13 万吨代替蔗糖的低热量甜味剂以满足患者要求；有9500 万高血脂患者，每年需要几十吨脂肪代用品。随着人们生活水平的提高，食糖替代品三氯蔗糖的普及与推广使用，预测十年后全球三氯蔗糖的用量将达到20000 吨以上，中国的需求量将达到1000 吨以上，年需求量的增长速度在30％以上。因此，三氯蔗糖作为糖代品具有长期的发展前景，可观的经济效益。

四、项目主要参加人员名单

姓名	性别	出生年月	技术职称	学历	工作单位	承担的主要研究任务	本人签名
王志飞	男	1977-12-23	副教授	博士研究生	东南大学	酶催化工艺
朱国廷	男	1967-03-16	高级工程师	大专	盐城捷康三氯蔗糖制造有限公司	生产工艺流程优化与方案
齐齐	男	1980-11-25	讲师	博士研究生	东南大学	中间体合成
焦真	男	1979-11-08	讲师	博士研究生	东南大学	产品分离纯化
汤波	男	1987-12-01		硕士研究生	东南大学（已毕业）	氯化工艺
姚博	男	1986-11-29		硕士研究生	东南大学（已毕业）	林德拉催化剂制备及加氢
贾敏	女	1986-09-26		硕士研究生	东南大学（已毕业）	产品检测
陈宜武	男	1973-10-28	工程师	大专	盐城捷康三氯蔗糖制造有限公司	反应工艺的优化
侍军	男	1960-11-26	工程师	大专	盐城捷康三氯蔗糖制造有限公司	项目工程负责人
申桂贤	女	1987-06-26		硕士生（在读）	东南大学	溶剂回收和纯化
张衡	男	1989-02-18		硕士生（在读）	东南大学	中间体合成