木糖醇的应用

背景及概述^[1]

木糖醇是五碳糖醇，主要存在于水果、蔬菜及各类食物中，甜度相当于蔗糖。木糖醇在体内是6～磷酸葡萄糖经糖醛酸途径代谢的中间产物，由L～木酮糖加氢还原而成，其主要代谢途径是在脱氢酶的作用下，氧化成木酮糖，在ATP的参与下转变成5～磷酸D～木酮糖而进入磷酸戊糖旁路进行代谢。少量转变成果糖、葡萄糖、乳酸或三羧酸循环的中间产物进行代谢。

代谢终产物是二氧化碳和水，产生的能量与碳水化合物相同(4千卡/克)。木糖醇还具有以下特点：无毒，人体可以有效利用；代谢不依赖胰岛素；有抗生酮作用。木糖醇已被广泛用于食品添加剂和糖尿病患者的甜味剂。但大量摄入时，可引起渗透性腹泻和水平衡失调。每日木糖醇的摄入量应低于50～70克。工业上通常采用水解木质半纤维素或还原木酮糖来生产木糖醇。

特性^[2]

1.是糖类代谢的中间体

木糖醇是人体糖类代谢的正常中间体，它的代谢不同于一般糖类，木糖醇进入人体内不需要胰岛素的帮助就可以透过细胞膜被吸收利用，并且不增加血糖和尿糖食用木糖醇后12h以内，有50%～60%的木糖醇氧化生成二氧化碳和水，放出热量，被人利用。有2%～10%从尿和粪便排出，有20%～30%以肝糖元或其他中间产物存在体内，并且不会增加血糖值。木糖醇还能适当的刺激胰脏少量分泌。研究表明，木糖醇能代替部分降糖药物单独使用。

2. 有防龋齿特性

据全国口腔健康流行医学抽样调查，我国有一半人患有龋齿。龋齿的产生是因为人们经常食用蔗糖或含糖高的食物，残余在口腔中的蔗糖在细菌的作用下产生酸性物质，从而使矿物质流失，腐蚀蛀坏牙齿，形成龋齿。木糖醇能防止龋齿是由于木糖醇在口腔中不会被细菌发酵利用，形成酸性物质使牙齿的矿物质流失，导致龋齿。它不能给细菌提供生存的营养，能抑制细菌的增长，研究证明木糖醇作为甜食品中糖的替代品时，其防龋齿率达90%。

3. 作为能量来源

木糖醇可作为非肠道营养的能量来源，非肠道营养就是一种流动的能量、营养和电解质平衡溶液，它能提供能量、氨基酸和无机盐等。对于病人，特别是手术后的病人，其体内内分泌平衡系统被破坏，葡萄糖代谢减弱。而用木糖醇代替葡萄糖供给能源，可避免这些不良现象。另外，木糖醇能促进肝糖的合成，改善患者的肝功能，具有抗脂肪肝、双歧菌增殖及消除血中酮体等作用。木糖醇是人类代谢的正常中间体，它的生理功能有待于进一步研究。

应用^[2]

由于木糖醇以上的特性，从而决定了木糖醇在食品、医药、化工等很多领域有着广泛的用途。

1.在食品工业中的应用

由于木糖醇在体内的代谢与胰岛素无关，故应用于糖尿病患者食品的生产。木糖醇在口中有清凉感，同时在口中不被细菌发酵生成乳酸，对微生物是不良的培养基，所以不龋齿，可用于制作口香糖。木糖醇做为食糖代用品具有独特的优点，木糖醇在食品加工时不会因加热而发生“美拉德”褐变反应，这因为木糖醇与糖类不同，没有醛基，不会和氨基酸发生反应使食品色泽加深。木糖醇不受酵母菌和细菌的作用、不霉变，可延长食品的保存期。所以木糖醇广泛应用在口香糖、巧克力、饮料、糖果等制品中。

1)在口香糖中的应用

木糖醇的甜度与蔗糖一样，又能防止龋齿，现在流行世界的无糖口香糖就是用木糖醇等糖醇类替代蔗糖生产。

2)在巧克力制品中的应用

木糖醇可以替代巧克力制品中的蔗糖，原料木糖醇必须是经过精磨的粉末料，这种用木糖醇代替蔗糖的巧克力适合糖尿病患者食用。

3）在饮料制品中的应用

以木糖醇、麦芽糖醇、砂糖和果糖等作为复合甜味剂制得的维生素饮料中，木糖醇主要改善饮料的甜味及赋予其清凉感，麦芽糖给予饮料以质体感，在饮料制品中木糖醇的使用控制了热量值，同时稳定了维生素的功效。

4）在食用软糖中的应用

以甜蜜素、木糖醇作为甜味剂取代蔗糖生产膳食纤维软糖，膳食纤维软糖以壳聚糖、魔芋精粉作为膳食纤维原料，以甜蜜素、木糖醇作为甜味剂，采用一定工艺研制而成。它具有良好的风味且色泽自然、块形完整、体态饱满、质地细腻、甜酸适口。

2.在医药工业中的应用

木糖醇能降低转氨酶，是治疗糖尿病和护肝的良好药物。有补充热量，改善糖代谢，不增加糖负荷、消除酮血症作用。木糖醇在人体的代谢中不但不经过胰岛素，而且还能促进胰岛素的分泌，所以木糖醇是糖尿病人良好的营养剂和辅助治疗剂。它能增加糖尿病患者的体力，减轻饥饿感及多饮、多食、多尿等症状，减少胰岛素及其它降糖药物的用量。同时也有抑制口腔细菌，防止牙酸蚀的作用，在医药工业中用于制造各种药物。

另外它能能增加肝中的肝糖元，降低转氨酶，改善肝功能，起到护肝保肝作用。木糖醇有较强的抗酮体作用，静脉注射木糖醇对抢救酮体病人有较好的疗效，并且是这些病人的热量补给剂。木糖醇能仰制人体脂肪的生长，所以长期服用木糖醇能起到减肥的效果。在外科手术的麻醉剂中加入木糖醇可起到葡萄糖不能起的作用。木糖醇在医药领域还有其他很多的应用价值有待于进一步研究。

3.在化学工业中的应用

木糖醇可用于生产有抑菌性质的表面活性剂；在合成树脂工业中，用于生产多种醇酸树脂；在皮革鞣制行业，木糖醇与苯酚、甲醛、磷酸等反应制得无色皮革鞣剂，具有良好的水溶性及鞣性，且存放稳定，不会氧化发暗，用于鞣制白色皮革。

木糖醇可替代甘油，应用于造纸、日用化工产品及国防工业中经硝化可制爆炸物质；与合成脂肪酸作用可制得不易挥发的增塑剂；木糖醇本身还具有乳化、分散、消泡等作用；它比六元醇的耐热性和抗腐蚀性能优异，是应用前景较佳的重要乳化剂。随着木糖醇在工业应用领域的扩大和生产的发展，木糖醇需求量将有较大的增长。

1）在塑料工业中的应用

木糖醇与5～9个碳的脂肪酸经过酯化可制得耐热的增塑剂，产品中三酯含量高，相溶性好，可用于鞋底、农用薄膜、人造革和电缆料等。聚醚树酯是一种新型的高分子聚合物，它是泡沫塑料、橡胶、粘合剂等的主要原料，木糖醇可做为起始剂制聚醚，是进一步合成硬质泡沫塑料的基本原料。木糖醇做为聚氯乙烯电缆线的添加剂，可提高绝缘性能。

2）　在油漆涂料工业中的应用

醇酸树脂是性能良好、用途广泛、价格便宜、合成油漆的重要原料。但制备这种原料要耗费大量甘油和食用油，利用木糖醇具有五个羟基的特点，做为代用品可节约大量甘油和食用油。木糖醇和塔尔油可制得较好的深色油漆。

3）在表面活性剂中的应用

表面活性剂是一种新兴工业，用量较大，是化工、石油、轻工、食品、医药、纺织等部门的重要化学助剂。它对促进反应、改善性能、提高质量有重要作用。多元醇类非离子表面活性剂中的山梨醇脂肪酸酯，主要合成原料是山梨醇。木糖醇和山梨醇都是多元醇，物化性质极其相似。所以木糖醇同样可以和山梨醇一样生成上述物质，与山梨醇的化合物性质一样，也是非离子表面活性剂[7]。

4）在牙膏中的应用

目前木糖醇应用在口香糖中比较多，且技术相对比较成熟，通过咀嚼口香糖，可以有效预防龋齿。

制备^[1]

1.提取法

早在1890年，德国科学家Fisher、Stahe和法国科学家Betiand就发现了木糖醇，然而在自然界植物中首次发现木糖醇却是在1943年。木糖醇广泛存在于各种果蔬食物中，其含量(以每100g干物质或每100mL汁液中木糖醇的毫克数计)分别为(mg)：香蕉21.0、青梅925.0、草莓362.0、苹果汁120.0、菠萝21.0、南瓜96.5、菠菜107.0、莴苣131.0、卷心菜94.0、茴香92.0、花椰菜300.0、胡萝卜86.5、洋葱89.0、白蘑菇128.0等。

提取法制备木糖醇，就是用固液萃取的方法将木糖醇从果蔬食物中提取出来。虽然木糖醇广泛存在于各种果蔬食物中，但含量都较低。花椰菜中木糖醇含量相对较高，但也只有干质量的0.3%，大量生产较困难且不经济。芬兰、俄罗斯等欧洲国家拥有及其丰富的白桦树资源，因此成为木糖醇生产大国。直至今日，这些国家仍沿用传统的桦木蒸煮法来生产木糖醇，即用白桦木片经水蒸气蒸煮后得到粗糖液，再经精制即可得到结晶木糖醇产品。不过，该法不仅要消耗大量森林资源，而且产品收率低。

2. 化学合成法

1）传统化学合成法　在稀酸催化剂的作用下，植物纤维原料(如稻草、玉米芯等)中的木聚糖经水解可制得木糖，木糖在一定压力下，以镍为触媒，加氢制得木糖醇。传统的生产技术路线为：

主要反应式为：

这是现今工业化应用最普遍的方法，但此法需高温(115～135℃)、高压(约6.5MPa)、易燃易爆的高压氢气及对溶液纯度要求很高的镍催化剂、繁杂的分离和净化工序。该法基本建设投资和操作费用高，污染较严重，而且很难生产出高纯度的成品。

主要参考资料

[1] 运动解剖学、运动医学大辞典

[2] 木糖醇的特性及应用

[3] 木糖醇的生产技术及应用研究进展