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甘露糖醇的功能特性及应用开发
[浏览次数:2448 次] [更新时间:2017-10-27]

金树人1,李可昌2

(1中国淀粉工业协会糖醇理事会,2青岛明月海藻集团有限公司,青岛,胶南,26600)

 

摘要:甘露醇(Mannitol)又称D-甘露糖醇,具有甜度适宜、热量低、无毒副作用等特点,在人体生理代谢中,它与其他功能糖醇一样,与胰岛素无关,不提高血糖值,不致龋齿等特点,可用于开发无糖食品,在食品医药领域有广泛的应用。

关键词:甘露糖醇;功能糖醇;无糖食品;甜味剂

一、产品概述

甘露醇(Mannitol)又称D-甘露糖醇,分子式C6H14O6,分子量182.17,是一种人们熟悉的六元醇,与山梨醇为同分异构体。它是一种不吸湿、无臭、白色或无色的结晶粉未,密度1.489,熔点166~168℃,沸点290~295℃(在0.4~0.467kPa下),旋光度+23~+24。

甘露醇具有令人愉快的甜味,其甜度为蔗糖的0.55-0.65倍,它具有多元糖醇的通性。最早发现存在于南瓜、蘑菇、洋葱与海藻等植物中。在自然界中广泛存在于海藻及某些水果、树木中。具有优良的止咳化痰功能的柿饼,其表面的白色粉末就是甘露醇。我们熟悉的褐藻的一种---海带中,常常含有10-20%的甘露醇,干海带表面的白色粉末就是由甘露醇与盐类构成。新鲜蘑菇中约含有1%。可以说,在自然发展历史上,甘露醇是最早进入人们生活的一种功能性糖醇。

在功能性糖醇中,甘露醇是唯一一种不易吸潮的六元糖醇,同时具有甜度适宜、热量低、无毒副作用等特点,在人体生理代谢中,它与其他功能糖醇一样,与胰岛素无关,不提高血糖值,不致龋齿等特点,可用作糖尿病人、肥胖病人的甜味剂。

目前,世界上工业生产甘露醇主要有二种工艺,一种是以海带为原料,在生产海藻酸盐的同时,将提碘后的海带浸泡液,经多次提浓、除杂、离交、蒸发浓缩,、冷却结晶而得;一种是以蔗糖和葡萄糖为原料,通过水解、差向异构与酶异构,然后加氢而得。

我国利用海带提取甘露醇已有几十年历史,这种工艺简单易行,但受到原料资源、提取收率、气候条件、能源消耗等限制,长期以来,其发展受到制约。上世纪我国的甘露醇年产量始终未超过8000吨。我国的淀粉糖转化法生产甘露醇工艺在上世纪八十年代开始试验、九十年代问世,时间不长,但由于其具有不受原料限制、适合大规模生产等优点,已经取得了长足的发展。

甘露醇本身是一种极好的功能性糖醇,其应用已经有几十年的历史。但过去受到产量与价格的限制,甘露醇的应用受到相当的约束。随着淀粉糖转化法生产甘露醇技术的发展,开拓新的应用领域,特别是在食品上的应用,具有重要意义。

二、甘露醇在医药上的应用

甘露醇作为一种六元糖醇,除具有性质稳定、生理代谢不需要胰岛素等特点外,还具有自己独特的生理性能。甘露醇进入人体后,可以自由从肾小球滤过,且肾小管对甘露醇的重吸收极有限,在药理学上无活性,在人体内也很少代谢,也不易通过毛细血管进入组织。在向体内注射甘露醇后,甘露醇分子只能在血管中流动,使组织与血管内系统产生渗透梯度,促进液体从组织流向血管,迅速提高血浆渗透压,使组织中过多的水分向血浆转移,然后通过肾脏排泄系统排出体外,达到利尿排水的作用。

甘露醇是最好的渗透性利尿剂与脱水剂,能预防和治疗急性肾损伤,防治水肿与脑内压、眼内压升高,对防治脑水肿、青光眼有重要作用。因此在临床上有较大量的使用。甘露醇对肾小管的主要作用在于抑制水份的重吸收,使原有的渗透压不能有效的维持,从而使尿量增加,起到排毒与保护肾脏的作用。正因为这样,人们公认甘露醇有以下疗效:

1、甘露醇的利尿脱水作用。甘露醇可以减轻脑水肿,使血粘度下降和脑血管舒张,从而改善脑血流,保持了脑的自动调节作用。还可增加冠脉的血流,最大程度地降低缺血心肌的损害程度和范围。正因为甘露醇在医疗上有以上重要作用,所以在所有的医院里,甘露醇是利尿排水的首选药物,甘露醇注射液都属必备药物之一。

2、由于甘露醇在血管中,可以从体液中吸收水份,从而起到了扩张血管的作用。所以在医药方面,甘露醇广泛用于脑血管舒张剂,用于治疗脑血管梗塞。由于它的扩张血管作用,甘露醇可以简接起到降低血压,舒筋活血的作用,

3、此外,由于甘露醇在人的肠胃中不易吸收,所以它还是一种温和的轻泻剂,对于长期性的便泌有良好的治疗作用。

4、最近的研究表明,甘露醇对胳蛋白磷酸肽延缓磷酸钙的沉淀性能有增强作用。胳蛋白磷酸肽是目前研究最多,也是最有效的促进钙吸收因子。它可以与钙离子形成可溶性复合物,防止了钙在小肠中性或微碱性环境中形成沉淀,同时可以在没有维生素D参与的条件下被肠壁吸收,起到了补钙的作用。在防龋齿口香糖中加入甘露醇,可以增强其延缓磷酸钙沉淀的作用,帮助人体对钙的吸收。

5、另外,由于甘露醇具有良好的甜味,又是六元糖醇中唯一不容易吸潮的一个品种,又不与任何药性成分起化学或物理反应,所以可以作为医药片剂的赋形剂与填充剂,用于抗癌药、抗菌药、抗组胺药、维生素、醒酒药、口中清凉剂等片剂的制造。用甘露醇制作的药片,口味良好,片剂强度高,易崩解,保存时间长,不会发霉;而且,甘露醇具有的清凉甜味可以掩饰药物的不良口味,使得药物易为病人接受。

6、甘露醇可用于制备醒酒药,目前在市场上可以见到的醒酒药片,其80%以上成份是甘露醇,再加一些葛根提取液或葛根粉制成。

另外有相关报道指出,甘露醇可用于消化不良、顽固性便泌、心绞痛。在临床应用上,还可用于治疗病毒性肝炎、预防肝昏迷、胆道蛔虫症、急性胆囊炎、急性胰腺炎、粘连性肠梗阻、腹胀等多种疾病。

三、甘露醇在食品工业上的应用

多年以来,人们对甘露醇的医疗作用作过许多研究。但由于甘露醇来源比较紧缺,而且市场供应量波动性大,所以人们对其在食品方面的研究得比较少。随着淀粉糖转化法生产甘露醇工艺的发展,甘露醇的生产规模已经大为扩张,生产成本与价格也趋于稳定。甘露醇进入食品工业已经势在必行。

首先,甘露醇是一种典型的六元糖醇,在人体代谢中,以特殊代谢途径,参与人体生理活动。据有关研究表明被食用后最终约有50%为人体所利用,所以其能量仅为8.36kJ/g。当甘露醇被人体吸收后,首先与NAD+反应,生产果糖与NADH2(乙酰辅酶A),然后通过果糖激酶,生成1-磷酸果糖,再生成二磷酸果糖,进一步进入磷酸丙糖循环,完成其生理代谢过程。而这一过程,不需要通过胰岛素。

甘露醇作为食品添加剂用于食品工业,有以下优点:

1、甘露醇在人体中的一次代谢途径与胰岛素无关,摄入后不会引起血液葡萄糖与胰岛素水平大幅度的波动,可供糖尿病人使用;

2、甘露醇不会作为口腔微生物的营养源,还可抑制突变链球菌的生长繁殖,可以用于防止牙齿龋变的食品。

3、甘露醇具有清凉的甜味,其甜度相当于蔗糖的0.6,其溶解吸热为-29Cal/g,相当于木糖醇(-38Cal/g)的76%,利用这一特点,在口香糖上,可以用作甜味剂与矫味剂。

4、与山梨醇、木糖醇等不同,甘露醇不易吸潮,20℃时,其溶解度仅为18克/100克,远比山梨醇、木糖醇与麦芽糖醇等低。因此,它可以用作隔潮剂,当用于口香糖、胶姆糖等其他食品时,可防止加工与使用过程中的粘连。

5、甘露醇没有还原基,不参与美德拉反应,所以用于烘烤食品,可以保持良好的颜色,不容易焦化。

但是,多元糖醇在服用时,有一个共同特点,即超过一定量时,会引起肠胃不适或腹泻。这是因为大部分糖醇在肠道中吸收速度要比糖难得多,小肠内壁未被吸收的糖醇会产生很高的渗透压,这样导致小肠壁粘膜表面产生水流,故引起了腹泻。而未消化吸收的糖醇进入大肠中,被肠道细菌利用,发酵又产生大量挥发性物质,如果超出了能通过血液重新吸收和随粪便排出的数量极限,会产生了肠胃胀气。这方面,甘露醇和木糖醇、山梨醇都有相同情况。所以美国政府规定,如果一次性服用甘露醇可能超过20克时,必须在食品标志上加以说明。

在美国,甘露醇已经大量用于食品工业,美国FDA规定甘露醇在各类食品中的最大使用量见下表:

各类食品

最大使用量

各类食品

最大使用量

薄荷糖

98%

软糖

40%

硬糖

5%

蜜饯和冰淇淋

8%

止咳糖

5%

未标准化果酱、果冻

15%

胶姆糖

31%

其他食品

2.5%

由于以上原因,甘露醇在食品工业上用途相当广泛。它可以作为低热值、低糖的甜味剂,用于糖尿病人、肥胖病人食品使用,也适合减肥者服用。由于它不吸潮,目前甘露醇在食品中作为无糖口香糖的甜味剂或防粘剂,已经得到普遍使用。另外,甘露醇用于制作冰淇淋、糖果巧克力的风味糖衣,即所谓脆皮巧克力的外皮,可以保持产品硬性外皮,效果很好。甘露醇还可以掩饰其他食品添加剂中的不良味道,如糖精的铁锈味与其他物质的苦味,所以它可以与高倍甜味剂混合用于饮料、糖浆及其他食品,如生产糖果蜜饯,果酱、果冻等。

目前甘露醇在食品中的最大用途是作为无糖口香糖的甜味剂或防粘剂。其次,它可制作冰淇淋和糖果的巧克力风味糖衣。甘露醇还可作为填充剂、品质改良剂、防结块剂。此外,它还可添加于各种食品以延长其货架期。甘露醇与食品中的其他组分的配伍性很好,与其他甜味剂有协同增效作用。当与高倍甜味剂复合作用时,可使甜味口感达到最佳,并能降低成本,提高产品稳定性和储藏性能。在巧克力糖衣制作时,如使用甘露醇,可以添加其他糖醇(如麦芽糖醇、氢化淀粉水解物等)以提高人体耐受性、降低吸热效应。

甘露醇作为多元醇是不能被口腔微生物利用的,服用后也不会增加口腔酸度。这就意味着,不会促成牙垢与形成龋齿。美国牙医协会认为,包括甘露醇在内的多元醇可作为蔗糖的替代品,可以保护牙齿。美国食品与医药管理局同意在使用甘露醇等多元醇的无糖食品上标注“不形成龋齿”的宣传。

国际上公认,甘露醇在食品工业上的使用是安全的。美国FDA食品添加剂法规的批准(21版180.25)在食品工业上使用甘露醇。食品与农业组织联合体/世界健康组织食品添加剂出口委员会(JECFA)经过检查有关资料后,得出甘露醇是安全的结论。JECFA同意可以一次性服用0-50mg/公斤。在美国药典/天然药物篇,以及在世界各国的药典中,包括食品化学手册(FCC)都列有甘露醇。我国新修订的食品添加剂使用标准GB2760—2011中,将甘露糖醇定义为功能甜味剂、乳化剂、膨松剂、稳定剂、增稠剂等,并可在糖果中按生产需要适量使用。2011年3月18日,卫生部又指定了甘露糖醇食品添加剂产品标准,必将加速推动甘露糖醇在食品中的应用开发。

甘露醇作为保健功能性的作用,也越来越为人们了解。随着甘露醇生产的扩大及人们的保健意识提高,甘露醇对心脏与心血管系统的保健效果与防止心血管系统癌变的功能也正在为愈来愈多人们所认识,甘露醇开始大规模进入功能食品与保健食品领域。

此外,甘露醇在日用化工、精细化工等化工领域也有广泛的应用。

我国是世界上甘露醇生产与消费大国,约占世界产量的一半以上。随着国内甘露醇生产技术的发展与人们对功能糖醇性质的深入了解,甘露醇在食品、保健与其他方面的应用一定会有更大的发展。

 

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