木糖醇的特性及其应用食品科学与工程092班谢巧奇200916020210摘要：本文介绍了木糖醇的化学组成、理化性质及合成方法，重点分析了木糖醇的功能特性和它在各行业中的应用，并对其在未来的发展做出了合理的展望。
关键字：木糖醇；特性；合成；应用1前言随着经济的发展，生活水平的提高，人们的食品消费观念发生了极大改变，越来越注重饮食对自身健康水平的影响，消费趋势逐渐从色、香、味均佳的食品转向具有合理营养和保健功能的功能性食品。
由于木糖醇具有独特的生理功能——可以作为糖尿病、肥胖病、儿童龋齿、老年性缺钙、心脑血管病等病人的良好食疗添加剂，故木糖醇已被广泛应用于食品生产中，另外，由于木糖醇的各种生理功能，它在各个行业中的应用也甚为广泛。
本文将阐述木糖醇的各种生理功能及其特性，分析其应用。
2木糖醇的化学组成木糖醇(Xylitol)，又称为戊五醇，是一种五碳糖醇。
木糖醇的分子式为C5H12O5，分子量为152·15，外观为白色结晶状粉末，无臭味，沸点125℃(101·33 k Pa)，熔点为92~96℃，易溶于水，溶解度169 g·(100 g水)-1(20℃)，水解液pH=5~7[lg·（10 mL水)-1]，溶解热-145·6 J·g-1，热能16.99 J·g-1[1]。
虽然早在1890年，德国科学家Fisher，Stahe和法国科学家Betrand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。
木糖醇虽广泛地存在于多种植物如草莓、李子、梨、桦树等之中，但数量却非常少，只有0.014 %~0.9 %，不能满足现代生活人们对木糖醇日益增长的需求。
近年来，国内外科学工作者们对木糖醇的生产合成工艺进行了坚持不懈的研究与开发，并不断地取得突破性的进展，如采用先进的生物化学法，木糖醇收率可达80 %，纯度99 %；以麦秆为原料，采用高温水解法，收率为63 %；芬兰、瑞士等国家采用原料处理木糖醇的理化性质水解及水解产物浸渍的连续生产工艺，效率高，产品纯度高且成本低。
这些日新月异的先进生产工艺技术为木糖醇得以满足不断扩大的全球市场创造了积极而主动的有利条件。
3木糖醇的理化性质3.1 木糖醇的清凉感木糖醇放到嘴里有一种天然的清凉感，这是由于木糖醇比蔗糖的溶解热几乎大10倍。
即木糖醇溶解时，吸收大量的热，使介质产生低温。
所以在各类食品中，加入木糖醇结晶后，吃起来会感到清凉，可以增强薄荷、留兰香等食品的风味。
3.2 木糖醇加热时不产生“美拉德”褐变反应木糖醇不会和氨基酸发生“美拉德”反应，使食品的色泽发暗。
木糖醇在食品加工过程，比较稳定，这对某些需保持浅色的食品，有特别的意义[2]。
3.3木糖醇具有吸湿性木糖醇在不同的相对湿度下有不同的吸湿性。
由于木糖醇有吸湿性，故不适于制取脆和干的食品，如用来制作一些较软的点心时，木糖醇能比蔗糖使食品保留更长时间的柔软性。
3.4木糖醇不易发酵，是微生物不良的培养基由于木糖醇具有这一特性，故所制食品能延长其保存期。
4木糖醇的合成4.1化学合成其基本原理为多缩戊糖经酸水解可得D-木糖，D-木糖在镍催化的作用下加氢制得木糖醇，此法工艺流程长，对设备要求高，生产不安全。
目前研究较新的是将甘蔗渣或玉米芯酸水解后得到的木糖水解液，将电解液电解还原得到木糖醇制品[3]。
木糖转化率可达95.0%以上。
4.2生物合成生物法的基本原理为农业废弃物如稻草、蔗渣、玉米芯等所含的多缩戊糖经稀酸水解后得主产物是木糖的水解液，然后利用微生物发酵水解中的木糖可得木糖醇。
目前以葡萄糖为原料发酵生产木糖醇成为研究热点，因为葡萄糖来源广泛，价格较低，但在自然界中尚未发现可以直接发酵葡萄糖产生木糖醇的微生物，混合发酵法是解决这个问题的方法之一。
将催化由葡萄糖起始生产木糖醇的途径整合到一株菌中，利用这种工程菌可以直接发酵葡萄糖生产木糖醇，这样既可以减少反应步骤，简化工艺，又可以利用价廉易得的葡萄糖作底物。
我国目前工业生产主要采用化学合成法。
生物合成法是利用微生物中的还原酶来生产木糖醇，它可有效降低木糖醇的生产成本。
发酵法不仅有可能省去木糖纯化步骤，还可以简化木糖醇的分离步骤，是一种很有前途的生产方法。
酶法合成木糖醇，则是通过木糖还原酶辅酶因子的代谢平衡来实现连续高效生产。
5木糖醇的特性5.1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12 h 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[4]。
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。
国外临床实验证明，糖尿病患者每天将木糖醇调入牛奶、豆浆等食品或用温水冲服30 g，可以补充体内糖份用木糖醇加工的奶糖、巧克力、果干等食品，既可以解决糖尿病患者不能吃糖或甜食的精神痛苦，减轻疾病，增强体力，调节饮食，同时还能减轻口渴、饥饿、尿频等症状。
5.2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%[5]。
5.3作为能量来源木糖醇可作为非肠道营养的能量来源[6]，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。
因此，当非肠道注入葡萄糖液时，不能立即建立新的平衡体系，有时会使病人出现昏迷、浮肿、脱水等不良现象。
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。
6木糖醇的应用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。
6.1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[6-7]。
6.1.1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。
6.1.2在巧克力制品中的应用[8]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。
6.1.3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。
6.1.4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。
[9]6.2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。
我国有3 600万糖尿病人，木糖醇的出现无疑是一个喜讯。
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[10]。
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。
6.3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[11]。
6.3.1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。
6.3.2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。
6.3.3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[12]。