糖醇
糖醇是一种多元醇,含有两个以上的羟基,但糖醇与石油化工合成的乙二醇、丙二醇、季戊四醇等多元醇不同,糖醇可以由来源广泛的,相应的糖来制取,即将糖分子上的醛基或酮基还原成羟基而成糖醇,如用葡萄糖还原生成山梨醇,木糖还原生成木糖醇,麦芽糖还原生成麦芽糖醇,果糖还原生成甘露醇等。一般糖醇在自然界的食物中有少量存在,并且能被人体吸收代谢。糖醇不仅能食用,也可以作有机合成制取丙烯酸甲酯和表面活性剂的原料。常用的糖醇有山梨醇、麦芽糖醇、氢化淀粉水解物、木糖醇、赤藓醇和乳糖醇等。
简介
糖醇是单糖经催化氢化及硼氢化钠还原为相应的多元醇。糖醇虽然不是糖但具有某些糖的属性。目前开发的有秋子梨糖醇、甘露糖醇、赤藓糖醇、麦芽糖醇、乳糖醇、木糖醇等,这些糖醇对酸、热有较高的稳定性,不容易发生美拉德反应,成为低热值食品甜味剂,广泛应用于低热值食品配方。国外已把糖醇作为蔗糖替代品,广泛应用于食品工业中。
用糖醇制取的甜味食品称无糖食品,糖醇因不被口腔中微生物利用,又不使口腔pH降低,反而会上升,所以不腐蚀牙齿,是防龋病的好材料。糖醇对人体血糖值上升无影响,且能为糖尿病人提供一定热量,所以可作为糖尿病人提供热量的营养性甜味剂。糖醇现在已成为国际食品和卫生组织批准的无须限量使用的。
物化性质
1.甜度
所有糖醇均有一定甜度,但比其原来的糖,甜度有明显变化,例如山梨醇的甜度低于葡萄糖,木糖醇的甜度高于木糖,现将不同的糖和其相应的醇的甜度,对照如下:(以蔗糖的甜度为100计)。
葡萄糖69 山梨醇48 麦芽糖40 麦芽糖醇79 果糖130
甘露醇55 木糖67 木糖醇90~100 乳糖30 乳糖醇35
总的说,除了木糖醇其甜度和蔗糖相近,其他糖醇的甜度均比蔗糖低。
2.热量
由于糖醇能被人体小肠吸收进入血液代谢,有一些进入大肠,被肠内有益细菌利用,所以具有一定热量,根据国外在不同条件下测试的结果,以Kcal/g计列如下:
山梨醇2.4—3.3 麦芽糖醇2.8—3.2 木糖醇2.4—3.5 氢化淀粉糖浆2.8—3.2
以上数据说明,人体摄入糖醇,均产生一定的热量,所以和其他合成甜味剂不同,是一种营养性甜味剂。但其热值均比葡萄糖4.06Kcal/g要低些。
3.溶解度
糖醇在水中有较好的溶解性。按20℃/100克水中能溶解的克数计,蔗糖为195g,糖醇则因品种不同而有很大差别。溶解度大于蔗糖的为山梨醇220g;溶解度低于蔗糖的有甘露醇17g、赤藓糖醇50g、异麦芽糖醇25g。和蔗糖相近的有麦芽糖醇150g、乳糖醇170g和木糖醇170g。一般来说,在工业生产上,溶解度大的糖醇,难结晶,溶解度小的容易结晶。
4.溶解热
糖醇在水中溶解,和蔗糖一样要吸收热量,叫溶解热。因而糖醇入口吸热,有清凉感,各种糖醇的溶解热(J/g)如下:
木糖醇153 甘露醇120.8 山梨醇110.8
麦芽糖醇79 乳糖醇58.1 异麦芽酮糖醇39.3
以上数据说明,糖醇的溶解热高于蔗糖17.9。因而糖醇,特别是木糖醇很适于制取清凉感的薄荷糖等食品。
5.黏度和吸湿性
纯的糖醇类比蔗糖相对黏度要低,如70%的药用山梨醇其黏度为180里泊,而食品工业用75%的麦芽糖醇浆,其黏度为1500里泊,高黏度和难结晶的糖醇,适于各种软性食品加工,如葡萄软糖、糕点、gelato。糖醇除了甘露醇,异麦芽酮糖醇,均有一定吸湿性,特别在相对湿度较高的情况下,此外糖醇的吸湿性和其自身的纯度有关,一般纯度低其吸湿性也高,鉴于糖醇的吸湿性适于制取软式糕点和膏体的保湿剂。要注意在干燥条件下保存糖醇,以防止吸湿结块。
6.热稳定性
糖醇不含有醛基,无还原作用,不能像葡萄糖作还原剂使用;比蔗糖有较好的耐热性,在焙烤食品中替代蔗糖时,不产生美拉德反应(褐变反应),因而适合制造色泽鲜艳的食品,而作面包甜味料时,则不会产生令人好感的色彩和香味。
7.糖醇在较高的温度和有无机酸存在时,能在分子内部失去一分子水,成为脱水糖醇,如木糖醇的第一个碳上的羟基和第四个碳原子上的羟基共同失去一个水,成为1,4失水木糖醇。糖醇分子内部失水后,黏度增加,一般情况下,成为不能结晶的浆状物。
8.糖醇水溶液有络合作用。例如和和硼等矿物质能生成配位化合物,故能用于油脂等的重金属脱除剂。
发展前景
2004年10月12日公布的“中国居民营养与健康现状”报告指出:由于饮食结构不合理如脂肪摄人量过多等原因,各种常见病如高血压、糖尿病、肥胖病的患病率增加,居民营养与健康问题不容忽视。报告指出,有约超过10%的人群不能或不宜摄入蔗糖,这就为来源广阔、功能明显、安全可靠的糖醇在食品添加剂方面的发展带来了机遇,我国蔗糖产量为1450万吨,10%就是145万吨,如果其中一半用糖醇代替,就是70多万吨的市场。随着广大消费者对糖醇认可度的增强,糖醇市场前景是相当广阔的。
健康食品是当今食品市场的消费热点和开发重点,在欧洲,功能性糖果的发展令人瞩目,特别是无糖口香糖,占了口香糖市场的50%,无糖糖果占了糖果市场的四分之一以上,而这些无糖糖果多数是用糖醇类产品代替蔗糖与淀粉糖制造的。我国无糖食品才开始起步,作为13亿人口的大国,糖醇在无糖糖果与食品添加剂上的应用有着广阔的发展空间。
优势
糖醇类营养型合成甜味剂结构上的共同特点是具有多个羟基。它们的甜度均小于蔗糖,热量也大多低于蔗糖,因此用作低甜度、低热量的甜味剂或高甜度甜味剂的填充剂。同时,它们一般都不受胰岛素的制约,不会引起血糖值的升高,故常用作糖尿病、肥胖症患者的甜味剂。在口腔中,这类甜味剂不受微生物作用,不产酸,故无龋病性。随着近代糖尿病、肥胖症、高脂血症症、齿等问题的日益突出,对安全性高、口感好、不龋齿、不影响血糖值的各种糖醇,人们愈来愈重视。此外,它们的多羟基结构使其具有与水结合的能力,有一定的吸水性(异麦芽糖醇、赤藓糖醇除外)。因此,它们具有保持食品湿度、改善或保持柔软度、改善脱水食品的复水性、控制结晶乃至控制食品的粘度和组织结构、降低水分活度等作用,得到了较快的发展。
此外,糖醇类均不参与褐变反应,加热时也不发生焦糖化作用。学术届已经提出“功能性食品添加剂”概念,对具有确定的保健功能因子和科学详细的测试数据的部分食品添加剂品种,可以归入这个范畴。糖醇类是较为典型的“功能性食品添加剂”之一。当然,糖醇类在大剂量服用时,一般都具有缓泻作用,故美国等国家规定,在所加食品的标签上要标明,当每天超过一定食用量时(视糖醇种类而异),应标明“过量可致缓泻”字样,有的糖醇在一次摄食过多时,可致产气、腹胀,如山梨糖醇、麦芽糖醇;但有的(如赤藓糖醇)则因不参与代谢作用,故食后也不产气。
应用
1975年,科学家在植物的韧皮部汁液中发现糖醇物质,其远远高于氨基酸的含量(5~40g/L)。1980年美国布兰特Inc.开始研制开发糖醇物质,1992年相关产品问世。但直到1996年,加利福尼亚州大学的Patrick Brown 教授才发现糖醇可作为硼等其它营养元素载体,携带矿质养分在植物韧皮部中快速运输,随后与布兰特公司合作研发糖醇复合体技术,并于2001年将糖醇系列微肥产品推向国际市场。美国布兰特股份有限公司成立于1953年,致力于农业产业研发已有54年的历史,公司80%的产品应用在农业领域。目前是美国第二大液体肥料生产商,其中生产的微量元素液体肥料在美国销售量第一位。该公司生产的一系列满你圃(American ManniPlex)微肥产品,是以甘露醇和山梨糖醇为微量元素载体的复合体,其性质与合物相似,但营养元素的有效性却远远高于同类产品,因其可以在韧皮部进行养分运输这一独特之处,成为国际上叶面肥领域的第五代更新产品,而该公司的肥料配方技术也是美国的第三大技术体系。
目前市场上普遍存在的叶面肥品种包括无机盐类、有机酸类、氨基酸类、木质素类和人工螯合物,糖醇复合体类叶面肥与其相比,具有如下优点:
是中、微量元素等养分的良好络合剂,可与多种营养物质结合形成稳定的复合体;
是目前唯一能携带矿质养分在韧皮部中进行快速运输的物质;
是植物韧皮部汁液中的天然提取物,无毒、对植物、人体无任何损伤;
分子量低,很容易被叶片吸收,进入到植株体内容易降解释放出养分,耗能低;
是一种天然湿润剂,具有保湿功能,能避免药液因在叶片迅速干燥而失效,延长叶片吸收营养元素的时间;
是一种天然的表面活性剂,可使营养元素在整个叶片上扩展并均匀复盖,提高叶片的吸收面积,同时避免由于微量营养局部浓度过高而灼伤叶片;
以液态为稳定的存在形式,尤其在碱性溶液中溶解度更高。由于韧皮部内是碱性环境,大部分金属类矿质养分在碱性环境下溶解性和移动性都较差,而糖醇复合体更能体现其能携带矿质养分在韧皮部移动的优势;
提高植物的抗逆性。一方面,糖醇是参与细胞内渗透调节的重要物质。植物在盐害、干旱、淹水等逆境胁迫下,糖醇可通过调节细胞渗透性使植物适应逆境生长;另一方面,糖醇可以提高对活性氧的抗性,避免由于紫外线日灼、干旱、病害、缺氧等原因造成的植株活性氧损伤。
首先引入糖醇螯合中微量元素肥并在全国推广的是北京新禾丰农化有限公司,美国布兰特Inc.委托北京新禾丰对满你圃果蔬钙肥在全国范围内进行推广和销售。经过了几年的示范试验与使用,满你圃果蔬钙肥凭借糖醇复合体技术出众的效果,得到了国内众多经销商和广大农户的广泛认可,因此糖醇复合产品有很大的市场前景。
糖醇复合体技术在水稻、大豆种植中也发挥了极其重要的作用,以其技术特点研发并推广的微量元素水溶肥料也开始了大规模的应用。2014年北京谷润阳光科技有限公司的优乐适产品也顺势走向市场,成为继满你圃果蔬钙肥之后又一应用糖醇复合体技术的更新换代性水溶性肥料。
代谢及应用
作为重要的供能物质,糖的代谢机理,包括酵解、三羧酸循环、戊糖磷酸途径,以及生醇发酵和乙醛酸循环等已比较明确(戊糖磷酸途径非氧化阶段的机理尚有争议)。
1.木糖醇
木糖醇作为现在普遍应用一种糖醇,由于其本身抗龋病等优良特性,研究较多。
研究结果显示,人体摄入的木糖醇80%通过肝脏代谢,其余大部分被脑及心脏利用,很少量的参与皮下脂肪代谢。木糖醇被肝脏吸收之后,50%以上转变为葡萄糖,45%左右被氧化,其他很少一部分变成DL-乳酸。
2.秋子梨糖醇
山梨糖醇、甘露糖醇和麦芽糖醇目前应用也较广泛,尤其是日本应用山梨糖醇较多,其主要代谢途径是首先氧化成对应的酮糖或醛糖,或者磷酸化为糖醇-1-磷酸酯,之后参与正常的糖代谢。山梨糖醇被山梨糖醇脱氢酶氧化为果糖,然后经果糖-1-磷酸途径代谢。
3.甘露醇
甘露醇代谢途径与山梨醇相同,麦芽糖醇一小部分在胃内被分解为山梨糖醇和葡萄糖,通过小肠直接吸收一部分,还有一部分被大肠微生物发酵。
4.异麦芽糖醇
异麦芽糖醇在肠道内被二糖水解酶分解非常缓慢,通过对鼠、猪和人类进行的比较动物尸体分析、间接热量测定法、成长监控、人类体重变化研究和因子方法等的结论,确定其生理热量值为8.4KJ/g。
5.赤藓糖醇
赤藓糖醇由于分子量较小,可以被小肠直接吸收。赤藓糖醇被吸收入血液后,不被代谢,而直接通过肾脏以尿液的形式排出体外。根据日本厚生省的糖类热量评价法(平成3年卫新第71号)测定的结果,赤藓糖醇热量为0KJ/g。
赤藓糖醇生理热量低的原因在于其代谢机理的特殊性,其他大多数糖醇都是经过一定的途径转化后参与正常的糖代谢,而实验结果显示,赤藓糖醇在体内不被代谢,排出时仍然是赤藓糖醇分子的形式。
通过以上对各种糖醇代谢及实际生理热量的总结,我们可以得出一个初步的结论:无糖并不代表低热量,大部分糖醇的实际生理热量是比较可观的,各种糖醇在实际应用中应根据其自身特点应用于不同的产品中。
临床应用
山梨醇主要是用于维生素c的生产与牙膏的生产,现已经在糖果行业、海产品加工、药片赋形剂方面得到广泛应用。
木糖醇除了人所共知的护齿作用与可供糖尿病人服用外,人们发现木糖醇可以改变呼吸道粘膜的酸碱性,增强人体对呼吸道感染的抵抗力,具有抵制链球菌的作用,可以防治主要因这种菌引起的中耳炎、鼻炎与慢性咽炎等顽症。
甘露糖可以对90%左右的经常困扰人们的尿道炎、膀胱炎起明显的治疗作用,这些病,具有顽固性与易发作性,如长期采用抗菌素治疗,会对人们的免疫系统造成极大的伤害。
甘露醇则具有明显的扩张血管的作用,对防止心血管系统疾病有保健效果。
开发糖醇的功能性作用,使用具有功能性保健作用的糖醇,取代部分抗生素的治疗作用,对于减少人们长期大量使用抗生素而造成的抗药性,保护人类长期健康,具有重要意义。
参考资料
我国是糖醇生产大国 2021-2026年食药品领域需求不断增长.今日头条.2023-12-29