蔗糖是一种化学性质相对稳定的物质，在酸催 化剂存在下可以水解成葡萄糖和果糖，其转化速度 和程度主要取决于酸的种类和用量、反应温度和反 应时间等因素，其副反应主要是葡萄糖和果糖在酸 性条件下通过糖苷键相聚合，失去水分子生成糠 醛^[1]。蔗糖的水解性质被利用来生产果葡糖浆。与 蔗糖相比，作为甜味剂，果葡糖浆的甜度与蔗糖相 近或略高于蔗糖，且具有低温下甜味增加的特点^[2]。

蔗糖的水解反应是典型的准一级反应，属于均 相催化反应^[3]。本文通过高效液相色谱-蒸发光散射 检测法研究不同强度的酸（盐酸、柠檬酸、酒石酸） 及不同浓度的酸对蔗糖水解反应的影响，优化蔗糖 水解过程，并研究了酸催化蔗糖水解反应机理，对 蔗糖水解制备果葡糖浆有一定的指导意义^[4]。

目前对糖含量的测定主要有比色法、旋光法、 高效液相色谱-荧光散射检测法、高效液相色谱-示 差折光检测法、离子色谱法等。这几种方法都存在 一定的不足，一般化学法耗时太长，且测定的是总 糖含量而不能分别测定各种糖的含量。并且，有研 究表明，测得的葡萄糖、果糖值比实际值略高^[5]； 高效液相色谱-荧光散射法由于需要目的物具有荧 光特性，用于糖的检测时需要对其进行衍生化处理， 降低了其通用性；高效液相色谱-示差折光法灵敏度在糖含量的检测研究中使用较多，其灵敏度较好， 但是糖类在电极表面能使某些分子氧化或还原，从 而影响方法的准确性，并且受环境温度的影响；蒸 发光散射检测器是一种通用型的质量检测器，基于 不挥发的样品颗粒对光的散射程度与其质量成正比 而进行检测，对没有紫外吸收、荧光或电活性的物 质以及产生末端紫外吸收的物质均能产生响应，克 服了示差折光检测器受外界环境因素影响大的缺 点^{[6, 7]}。该方法灵敏度高，重现性好，为研究蔗糖的 水解反应程度提供了一种准确、灵敏、快捷的分析 方法。

蔗糖（AR，天津市大茂化工试剂厂）；蔗糖、 果糖、葡萄糖标准品（TCI 试剂公司）；盐酸(AR)； 柠檬酸（AR，广州化学试剂厂）；酒石酸（AR，天 津市大茂化工试剂厂）；DF-101S 集热式恒温加热磁 力搅拌器（巩义市予华仪器有限责任公司）；赛多利 斯PB-10 全自动pH/mV 计（德国赛多利斯公司）； Q-Grad 型四元高压混合梯度泵、在线脱气机、自动 进样器、605 型柱温箱（美国SSI 公司）；Alltech 2000ES 型蒸发光散射检测器（美国格雷斯公司）； 空气发生器（天津市津分分析仪器制造有限公司）； 纯水超纯水一体机（Millipore 中国有限公司）；

精确称取蔗糖标准品、葡萄糖标准品和果糖标 准品1.0000 g，用流动相溶解并定溶至100 mL，于 室温下存放，根据需要稀释使用。混标色谱图如图 1，出峰次序依次为果糖、葡萄糖和蔗糖。

图1(Figure 1)

图1 果糖、葡萄糖和蔗糖混合标准溶液色谱图

色谱柱：Prevail Carbohydrate ES(250×4.6 mm， 5 μm)；流动相：乙腈：水=75：25（v/v）；流速： 1.0 mL/min；柱温：25℃；压力：1226 psi；ELSD 参数：温度80℃，流速2.0 L/min，增益：1，撞击 器关。

首先将50 g 蔗糖和50 mL 去离子水加入到烧杯 中，微热使蔗糖加速溶解，配制质量浓度为50%的 溶液后，加入4 mol/L 的盐酸溶液，调溶液pH 值为 2、3、4，然后将液体转移至烧瓶中，置于集热式恒 温加热磁力搅拌器加热至90℃，每隔0.5 h 取样测 定蔗糖、葡萄糖和果糖的量^[8]。

柠檬酸、酒石酸分别重复上述实验步骤。实验 数据见表1。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 不同种类的酸和pH 条件下的蔗糖水解转化率(%)

表1 不同种类的酸和pH 条件下的蔗糖水解转化率(%)

按照实验步骤1.3 配制50%的蔗糖溶液，然后 将液体转移至烧瓶中，置于集热式恒温加热磁力搅 拌器加热至90℃，每隔0.5 h 取样测定蔗糖、葡萄 糖和果糖的量，实验进行4 h。每隔0.5 h 取0.25 mL 低，系统平衡时间长，对工作环境要求苛刻，要求 恒温、恒流速、且无法采用梯度洗脱；离子色谱法溶液并稀释到500 mL 进样测试，实验数据如表2。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 空白条件下蔗糖水解转化的反应结果

表2 空白条件下蔗糖水解转化的反应结果

通过统计计算未反应的蔗糖平均值为3.1837 μg，定义反应过程中蔗糖的原始含量为3.1837 μg/10 μL。

蔗糖是一种双糖，是葡萄糖和果糖的脱水缩合 物。蔗糖在酸的作用下水解成葡萄糖和果糖，反应 式如下：(1)式为快平衡，(2)式为控制步骤，(3)为反 应速率方程式。

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在反应式(1)的可逆反应中，正方向的反应速率为 k1[R][H+]，反方向的反应速率为k2[RH+]，可逆反应达 到平衡时，正方向的反应速率等于反方向的反应速率：

代入反应式(3)：

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式中，rH+表示控制步骤的反应速率，kH+表示总 反应速率常数，[R]、[H+]、[RH+]、[H2O]分别表示R （蔗糖）、H+、RH+和H2O 的浓度。 根据公式(4)可知，蔗糖水解的反应速度和[H+]、 kH+有关，kH+随着反应温度升高而增大。因此，pH 值、温度和时间是影响蔗糖水解的主要因素。

将表2 中不同种类的酸的水解转化率对时间作 图，结果见图2。不同的酸对蔗糖水解反应速率的 影响也不一样，酸性愈强，催化能力愈强。

图2(Figure 2)

图2 不同种类的酸对蔗糖水解转化的影响(pH=3)

当pH=2 时，柠檬酸和酒石酸较盐酸的转化速率相当，盐酸和柠檬酸在60 min 时，蔗糖水解完全， 酒石酸在90 min 时，蔗糖水解完全。因此，从环保 角度出发，柠檬酸作为蔗糖水解反应的催化剂更具 优势。

将表2 中同种类型的酸在pH=2、3、4 时的水 解转化率分别对时间作图，结果见图3～图5。在水 解初期，蔗糖的转化率与反应时间成正比，pH 值越 低，蔗糖的水解速度和转化率越大。随着水解反应 的进行，反应速度减慢，蔗糖转化率的增幅变小^[9]。

图3(Figure 3)

图3 不同pH 值的盐酸对蔗糖水解转化的影响

图4(Figure 4)

图4 不同pH 值的柠檬酸对蔗糖水解转化的影响

图5(Figure 5)

图5 不同pH 值的酒石酸对蔗糖水解转化的影响

pH=2 时，水解反应在60 min 后达到100%，但 反应继续进行，反应体系的颜色由无色透明逐渐变 成浅黄色。这主要是水解产物葡萄糖和果糖发生副 反应而生成了有色物质。因此，蔗糖在酸度较高的 情况下迅速完成水解反应，有利于避免副反应的发 生。

在蔗糖水解过程中，利用高效液相色谱-蒸发光 散射检测法分析测定了3 种不同强度的酸对蔗糖水 解过程中蔗糖、葡萄糖和果糖转化量的变化。发现 酸的强度不同，对反应都会有一定的影响，反应体 系酸性越强，蔗糖转化速度越快。当催化剂为柠檬 酸或酒石酸时，相同的反应温度pH≥3 时，蔗糖转 化速度比较慢，转化时间大大延长；当反应体系酸 性增强pH≤2 时，盐酸、柠檬酸、酒石酸都能使蔗 糖的转化速度加快，如在pH=2、反应温度90℃时， 蔗糖在1 h 的时间内能够完全水解，并且不会产生 过多的副反应。