《食品科学导论》
课程论文
论文题目 木糖醇的研究及应用
学 院 轻工学部
专 业 食品科学与工程
年 级 食品13-3
姓 名
学 号 ***********
木糖醇的研究及应用
摘要：木糖醇是一种重要的化工产品, 具有很高的应用价值。本文介绍了木糖醇性质，研究现状，生产方法及存在的问题，木糖醇的应用，并展望了木糖醇的发展前景。
关键词：合成；问题；应用
一：主题概述
木糖醇又称为戊五醇, 是一种多元醇, 分子式为C5H12O5 , 相对分子质量为152.15, 外观为白色结晶状粉末, 无臭味, 熔点为92 ～ 96 ℃, 易溶于水, 溶解度169 g(20 ℃ ), 溶解热-145.6 J/g, 热能16.99 J/g。微溶于甲醇、乙醇、醋酸, 不溶于乙醚、氯仿。木糖醇有一定的吸湿性, 味甜, 甜度相当于蔗糖, 发热量相当于葡萄糖。广泛存在于果品、蔬菜、谷类、蘑菇之类食物和木材、稻草、玉米芯等植物中。木糖醇可用作甜味剂、营养剂和药剂，在化工、食品、医药等工业中广泛应用。
二：国内外研究现状
上世纪70年代初期，我国开发木糖醇项目主要是由于缺乏甘油，用其作为甘油的替代品，并且在当时开展了木糖醇在医学领域方面的研究，由于其具有保肝，护肺，降低酮体和增强糖尿病患者体力的功效，因而作为糖尿病人的辅助代糖品。在上世纪80年代，由于国外健齿方面的研究早于我国，国外的木糖醇主要用于生产无糖口香糖。上世纪90年代后，国际市场上的木糖醇需求逐渐增加，随着人们对健康的追求，人们呼唤着无糖时代的早日到来。木糖醇作为一种重要的食糖代替品，以其独特的优势逐渐走进了人们的生活，其市场增长率令人可惜，2003年我国木糖醇产量超过1.2万t，出口约1万t，是世界第一生产和出口大国，占世界贸易总额的80%以上。
三：生产工艺
木糖醇的合成方法包括化学合成法、化学生物合成法和全生物合成法。
1、化学合成法
目前，国内外木糖醇工业化生产方法主要为化学合成法，即用富含多缩戊糖的玉米芯、棉子壳、甘蔗渣、桦木片等农林和工业废料经酸（如HCl，H2SO4）水解成木糖后经纯化处理和加氢反应制得木糖醇。
化学合成法中木糖纯化工艺繁杂、酸碱消耗大；加氢过程需高温(115~135 °C)、高压(约6.5×106 Pa)、易燃易爆的高压氢气及对木糖溶液纯度要求很高的镍催化剂，基本建设投资及操作费用高，污染较严重。化学法每生产1吨木糖醇要消耗玉米芯近10吨，耗酸3吨，耗碱2吨，活性炭120~150公斤，蒸汽30~50吨，水100M3以上。针对化学合成法生产木糖醇工艺中要求高温、高压、昂贵的催化剂和繁杂的分离、净化工序的问题，国际上从上世纪70年代开始研究木糖醇生产的新途径——化学生物合成法。
2、化学生物合成法
化学生物合成法的基本原理是将含多缩戊糖的农业废弃物(如稻草、蔗渣、玉米芯等)经稀酸水解后获得的木糖水解液，利用微生物将水解液中的木糖直接转化为木糖醇。此法可省去结晶纯化木糖的步骤，与化学合成法相比，大幅降低了水、能源和木糖的消耗，从而降低了生产成本。
化学生物法制备木糖醇的影响因素主要有通气量、木糖浓度、发酵方式、pH值和温度等。氧气是酵母发酵木糖产木糖醇的一个重要影响因素，目前普遍采用两阶段控制溶氧法，化学生物合成法制备木糖醇过程具有不需要纯化木糖，也不需要高压设备，易于分离纯化等优点，但是，该法并没有解决目前以玉米芯等为原料生产木糖时存在的原辅材料与动力及酸碱消耗高、污染严重等问题。此外，目前化学加氢设备与工艺已经很成熟，这种取代现实意义不大。
3、全生物合成法
虽然以木糖为原料生产木糖醇的化学合成法工艺成熟及化学生物合成法的研究取得较大进展，但其水解制备木糖时因酸碱消耗高而带来的污染问题日益严峻。此外，由于玉米芯大量用于生产木糖醇、糠醛、食用菌和燃料乙醇，原料来源问题已经凸现，且价格一路攀升，使得木糖醇生产成本提高，从而了木糖醇工业的进一步发展。近年来，以来源广泛、价格低廉的淀粉或葡萄糖为原料的全生物法制备木糖醇工艺备受青睐，该工艺的成功实施必然会降低木糖醇的生产成本，改变世界现有木糖醇生产格局，减轻资源与环境的压力，对我国木糖醇工业国际竞争力的提高和可持续发展，具有深远的社会与经济意义。
利用微生物发酵葡萄糖生产木糖醇一直是人们的梦想，但自然界中还没有发现能直接发酵葡萄糖生产木糖醇的微生物。
四：存在问题及解决办法
木糖醇存在于许多水果和蔬菜中, 但含量都很低, 直接提取困难而且费用昂贵。木糖化学催化加氢法是目前工业生产木糖醇的主要方法, 虽然经过了不断的探索与改进, 取得了不错的进展, 但这一生产工艺需要单独制氢, 并要在高温高压下反应, 工艺复杂, 安全性差, 成本较高, 污染也比较严重。生物发酵法制备木糖醇能够节省能耗, 简化工艺, 减少环境污染, 提高产品质量。这些年, 研究者在发酵法制备木糖醇方面做了大量的工作, 也取得了重要的理论研究成果。目前应用最多、转化能力较强的菌种为热带假丝酵母, 但伴随基因工程的发展, 将进一步筛选转化效果更好的微生物。发酵设备也应进一步改进, 以便扩大生产, 提高生产率。有报道称2009年唐传生物科技(厦门)有限公司利用生物发酵法制取木糖醇生产线第一期工程成功投产, 这是全世界第一家采用生物发酵法制取木糖醇的企业, 它标志着生物发酵法制备木糖醇逐渐迈向产业化道路, 但其工业应用才刚刚起步, 尚需探索和完善。
五：木糖醇的应用
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。
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。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。
4、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。
5、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、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、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。近几年来, 木糖醇开始应用于牙膏当中。在牙膏中的应用有以下几种方式:
①单独使用木糖醇, 由于木糖醇具有很多和甘油、山梨醇相近的特点, 作为润湿剂可以和牙膏中的其他原料很好地混匀在一起, 起到良好的防龋效果。
②木糖醇和氟化物混合使用, 木糖醇和氟化物均有预防龋齿的功能, 但是两者的作用机理又不相同, 混合使用, 可以更好地预防龋齿的发生。
③木糖醇和中草药混合使用, 中草药一般具有独特的功能, 能起到镇痛、消炎、止血、保护牙龈等功能;木糖醇与之混合在牙膏中使用, 一方面能起到预防龋齿的效果之外;另一方面又能起到保护牙龈等功能, 更有助于口腔和牙齿的健康。
六：结束语
随着人们保健意识的提高以及肥胖病、糖尿病等现代病问题的日益突出，对安全性高、口感好、不龋齿、不影响血糖值的功能性甜味剂木糖醇的需求越来越大，含有木糖醇的无糖食品必将会受到人们的青睐。由于木糖醇的特殊功能，相信随着人们认识的深入，它的开发和应用将会更加深入广阔，并将对国民经济和食品工业等发展起重要的推动作用。
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