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人造甜劑
三種人造甜劑的「發明」都是意外的「發現」,但發明者能有「準備的心」,當意外嘗到甜味時,能進一步追查、精煉、用心再合成,這些都符合科學家的研究精神。
 
 
 
化學家常常要做很多實驗才能找到所要的產物,把 A 加上 B,在不同條件下(如溫度、壓力、pH 值、溶劑等)可能產生不同的產物。但在化學史上,有許多產物是無意中發現的,現在就讓我們來看 3 個人造甜劑:糖精(Saccharin)、Sucaryl 及 NutraSweet(也稱 Equal)的發明經過。

小百科

天然的甜劑以蔗糖為主,是葡萄糖和果糖結合形成的。人體藉由胰島素把葡萄糖帶進細胞當作養分,但有糖尿病的人缺乏胰島素,無法代謝葡萄糖,糖分就滯留在血液中,最後以尿液的形式排泄,因此有糖尿之稱。人造甜劑的發明,使得患糖尿病的人也能嘗到甜頭。第1個人造甜劑是糖精,化學學名是苯甲醯正—磺胺;其次是 Sucaryl,學名是六環烷磺胺鈉;最後的 NutraSweet 是阿斯巴甜,學名是 N- (L-α-aspartyl)-L-phenylalanine,1-methylester。

發明者

這3種人造甜劑都是在美國發明的。糖精的發明專利是由法堡(Constantin Fahlberg)於 1885 年獨得,法堡是約翰霍普金斯大學的化學研究生。Sucaryl 的發明專利是由史偉達(Michael Sveda)於 1937 年申請得到的,當時史瓦達是在伊利諾大學化學系攻讀博士學位的研究生。NutraSweet  是由謝拉特(James Schlatter)於 1965 年申請發明專利,謝拉特是瑟爾藥廠(Searle)的研究員,擁有博士學位。

靈機一動

這 3 種人造甜劑都是無意中發現的,再進一步測定、精製、合成而申請到專利。先來看法堡是如何發現糖精的甜味。有一天晚上,法堡在家裡用晚餐,他發現手裡拿著的麵包有甜甜的味道。他就隨口問老婆是否加了糖或用特別方法做的,老婆說還是用和往日一樣的麵粉,也沒有加什麼特別成分。他的老婆抓了一塊麵包嘗嘗,卻沒有什麼味道,她說大概法堡在實驗室忙壞了吧。

法堡覺得奇怪,就用肥皂把手洗乾凈,再抓另外一塊麵包嘗嘗,這次沒有甜味了。因此法堡斷定甜味是來自他的手,猜想是下午在實驗室沾到什麼藥品得來的。吃完晚餐後,甜點也沒吃,他就跑回實驗室尋找甜味的來源。

他把那天下午碰過的藥品和產物一個個找出來,然後用手指沾一點嘗嘗味道,發現甜味是來自他正在合成的化合物苯甲醯正—磺胺。他就把它命名為  Saccharin,取自拉丁文 saccharum,是蔗糖的意思。後來發現糖精的甜度比天然蔗糖要高三百多倍,是世界上最甜的化合物。當時法堡的博士論文指導教授是雷姆先(Ira Remsen),雖然師生曾經共同發表過糖精的合成論文,法堡卻獨自申請專利。

再來看 Sucaryl 的發明。當時史偉達是在伊利諾大學化學系攻讀博士學位的研究生,他的研究工作是藥物合成,尋找可以殺死細菌的磺胺藥品。史偉達是個抽煙斗的人,但 1936 年俄亥俄州患水災,煙草都泡了湯,因此有一陣子煙斗用的煙草都有霉味,史偉達只好改抽香煙。但他不喜歡香煙,因為抽煙斗可以咬煙管過癮,抽香煙只能咬煙頭,很不過癮,常常煙頭煙紙都是濕濕的。

1937 年的一個下午,在做實驗時,他把抽了一半的香煙放在實驗檯上,做了幾個步驟的實驗後,又拿起香煙再抽,卻發現有甜味道。他就開始找甜味的來源,把那天下午動用過的藥品都找出來,然後一一試味道,結果發現是來自他剛合成的一些六環烷磺胺鈉結晶體,是屬於 cyclamate 族的化合物,史偉達把它命名為 Sucaryl。

Sucaryl 的甜度比天然蔗糖高三十多倍,但比起糖精的甜度還差十倍,因此當時沒有人問津。不過食用糖精後會有苦味,而且糖精的甜度在加高溫後會大降,後來就有公司把糖精和 Sucaryl 混合當甜劑,風水輪流轉,Sucaryl 也變得很普遍。但是到了 1970 年代,動物實驗發現糖精和 Sucaryl 會引起膀胱癌,美國食品藥物管理局就開始禁止製造。

最後來看 NutraSweet 的發明。發明者謝拉特是瑟爾藥廠的研究員,他的工作是抗癌藥物的合成。1965 年他在實驗室做一個加熱反應實驗,不小心碰到反應瓶,把一些溶液潑到瓶外。後來他把反應瓶拿到別的櫃檯上,剛好有一張紙掉到地上。他想去撿那紙張,因此先用口水舔一下手指再彎腰去撿,但發現手指有甜味。謝拉特注意到剛才潑到反應瓶外的一些溶液已經產生結晶粉末,他的手指曾經沾到那溶液,他推測一定是那反應產物帶來的甜味。進一步地嘗試,果然不出所料。他就把它命名為 NutraSweet。

NutraSweet 的化學結構是由二個胺基酸(aspartic acid 與 phenylalanine)組成的,目前還沒發現會對人體造成任何危害,是最常用的人造甜劑。

擊掌回響

雖然這3種人造甜劑的「發明」都是意外的「發現」,但發明者能有「準備的心」,當意外嘗到甜味時,能進一步追查、精煉、用心再合成,這些都符合科學家的研究精神:在有甜味的前提下,重複求證,最後得到一致的答案。但是這3種人造甜劑的化學結構完全不同,為什麼會有甜味是一個謎。後續的突破的故事會報導,近年來科學家如何利用基礎科學去探討甜劑的結構。

深度閱讀
  1. Flatow, I. (1993) They All Laughed... From Light Bulbs to Lasers: The Fascinating Stories Behind the Great Inventions That Have Changed Our Lives, Harper Paperbacks, New York, USA.
  2. http://en.wikipedia.org/wiki/Saccharin
  3. http://en.wikipedia.org/wiki/Sugar_substitute#Cyclamate
  4. http://en.wikipedia.org/wiki/Equal_(sweetener)
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