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  • 木糖醇

    木糖醇原产于芬兰,是从白桦树橡树玉米芯甘蔗渣等植物原料中提取出来的一种天然甜味剂,在自然界中,木糖醇的分布范围很广,广泛存在于各种水果蔬菜、谷类之中,但含量很低。商品木糖醇是将玉米芯、甘蔗渣等农业作物进行深加工而制得的,对于人们的身体来说,木糖醇也不是一种舶来品,它本就是人们身体正常糖类代谢的中间体

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名称: 木糖醇 外文名: Xylitol
    别名: 1,2,3,4,5-戊五醇,五羟基戊烷,戊五醇,木糖醇,1,2,3,4,5-五羟基戊醇,樹膠醇 化学式: C5H12O5
    CAS号: 87-99-0 SMILES: C(C(C(C(CO)O)O)O)O
    摩尔质量: 152.15g·mol−1 外观: 白色结晶或结晶性粉末
    密度: 1.52g/cm³ 熔点: 92-96℃
    沸点: 216 溶解度(水): 极易溶于水

    目录

    简介/木糖醇 编辑

    木糖醇木糖醇
    木糖醇(C5H12O5),又名戊五醇,,是一种五碳糖醇。木糖醇是木糖代谢的中间产物,外形为结晶性白色粉末,有吸湿性,无毒无异味,有甜味,极易溶于水,微溶于乙醇甲醇。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。

    木糖醇作为一种功能性甜味剂,能参与人体代谢,进入血液后,不需胰岛素就能透入细胞而且代谢速度快,不会引起血糖升高,是最适合于糖尿病患者食用的营养型食糖替代品[1]

    从食品级来说,木糖醇有广义和狭义之分。广义为碳水化合物,狭义为多元醇。因为木糖醇仅仅能被缓慢吸收或部分被利用。热量低是它的一大特点:每克2.4卡路里,比其他的碳水化合物少40%。木糖醇从20世纪60年代开始应用与食品中。在一些国家它是很受糖尿病人欢迎的一种甜味剂。在美国,为了某些特殊目的可以作为食品添加剂,不受用量限制的加入食品中。 

    物理化学性质/木糖醇 编辑

    外形似白糖略带甜味的斜方晶体(稳定型)或单斜晶体(亚稳型)。 易溶于水,溶于乙醇及吡啶类溶剂。[2]

    主要用途/木糖醇 编辑

    木糖醇木糖醇
    1、用作食品甘味剂

    2、是一种具有营养价值的特殊甜味剂。溶于水吸热,食用时口感清凉,且不致龋,也适合糖尿病使用。我国规定可用于糕点、饮料、糖果中,以代替蔗糖,按生产需要适量使用。

    3、营养甜味剂,主要供糖尿病患者和作为防龋齿用甜味剂。保湿剂。

    4、有机合成原料,可制取表面活性剂、乳化剂、破乳剂、各种醇酸树脂及涂料、清漆等。和合成脂肪酸所生成的酯是不易挥发的增塑剂。木糖醇可代替甘油,应用于造纸、日用品及国防工业中。由于它是多羟基化合物,具有甜味、无毒、适用于低热值食品和糖尿病人用作甜味剂。

    5.制取表面活性剂、乳化剂、破乳剂、各种醇酸树脂及涂料、清漆等。和合成脂肪酸所生成的酯是不易挥发的增塑剂。木糖醇可代替甘油,应用于造纸、日用品及国防工业中。

    药物分析/木糖醇 编辑

    方法名称:木糖醇原料药—木糖醇的测定—氧化还原滴定法
    应用范围:本方法采用滴定法测定木糖醇原料药中木糖醇的含量。
    本方法适用于木糖醇原料药。
    方法原理:供试品加水稀释后取适量置碘瓶中,加高碘酸钾溶液及硫酸溶液后,再加碘化钾,用硫代硫酸钠滴定液滴定,近终点时,加淀粉指示液,继续滴定至蓝色消失,并将滴定的结果用空白试验校正,根据滴定液使用量,计算木糖醇的含量。
    试剂:1. 高碘酸钾溶液
    2 .硫酸溶液(1mol/L)
    硫酸溶液(0.5mol/L)
    碘化钾
    硫代硫酸钠滴定液(0.1mol/L)
    淀粉指示液
    稀硫酸
    基准重铬酸钾
    试样制备: 1. 高碘酸钾溶液
    称取高碘酸钾2.3g,加1mol/L硫酸溶液16.3mL与水适量使溶解,再用水稀释至500mL。
    硫酸溶液(1mol/L)
    取硫酸60mL,缓缓注入适量水中,冷却至室温,加水稀释至1000mL,摇匀。
    硫酸溶液(0.5mol/L)
    取硫酸30mL,缓缓注入适量水中,冷却至室温,加水稀释至1000mL,摇匀。
    硫代硫酸钠滴定液(0.1mol/L)
    配制:取硫代硫酸钠26g与无水碳酸钠0.20g,加新沸过的冷水适量使溶解成1000mL,摇匀,放置1个月后滤过。
    标定:取在120℃干燥至恒重的基准重铬酸钾0.15g,精密称定,置碘瓶中,加水50mL使溶解,加碘化钾2.0g,轻轻振摇使溶解,加稀硫酸40mL,摇匀,密塞,在暗处放置10分钟后,加水250mL稀释,用本液滴定至近终点时,加淀粉指示液3mL,继续滴定至蓝色消失而显亮绿色,并将滴定结果用空白试验校正。每1mL硫代硫酸钠滴定液(0.1mol/L)相当于4.903mg的重铬酸钾。根据本液的消耗量与重铬酸钾的取用量,算出本液的浓度。室温在25℃以上时,应将反应液及稀释用水降温至约20℃。
    淀粉指示液
    取可溶性淀粉0.5g,加水5mL搅匀后,缓缓倾入100mL沸水中,随加随搅拌,继续煮沸2分钟,放冷,倾取上层清液,即得,本液应临用新制。
    稀硫酸
    取硫酸57mL,加水稀释至1000mL。
    操作步骤: 精密称取供试品约0.2g,置100mL量瓶中,加水溶解并稀释至刻度,摇匀,精密量取5mL,置碘瓶中,精密加高碘酸钾溶液15mL与0.5mol/L硫酸溶液10mL,置水浴上加热30分钟,放冷,加碘化钾1.5g,密塞,轻轻振摇使溶解,在暗处放置5分钟,用硫代硫酸钠滴定液(0.1mol/L)滴定,至近终点时,加淀粉指示液2mL,继续滴定至蓝色消失,并将滴定的结果用空白试验校正。每1mL硫代硫酸钠滴定液(0.1mol/L)相当于1.902mg的C5H12O5。
    注:“精密称取”系指称取重量应准确至所称取重量的千分之一。“精密量取”系指量取体积的准确度应符合国家标准中对该体积移液管的精度要求。

    生产方法/木糖醇 编辑

    木糖醇的工业化生产是由农产品加工废料(如玉米芯、棉籽壳、甘蔗渣、稻壳)中所含的多缩戊糖经酸性水解成戊糖,然后再经催化转化得木糖醇:

    (C5H8O4)n+H2O[H+]→n CH10O5[H2] →HOCH2(CHOH)3CH2OH

    原料玉米芯的预处理预处理有罐内预处理和罐外预处理。罐外预处理即通过筛选、风选、水洗等工序以除尽原料中的机械杂质,提高原料质量。罐内预处理有水处理、酸处理或碱处理等。玉米芯在水中处理最合适的条件为120℃和2h。
    水解水解操作工艺有2类:即稀酸常压水解(硫酸浓度1.5%~2.0%,温度100~105℃)和低酸加压水解(硫酸浓度0.5%~0.7%,温度120~125℃)。一般一次投玉米芯700kg(折合干料590kg),加入硫酸100kg(按100%计),耗酸按每千克糖0.48~0.75kg,水解时间2~3h。

    中和 中和的目的是除去水解液中的硫酸,但要保留有机酸。常用中和剂为石灰,先将石灰配成相对密度为1.10~1.15的石灰乳。在不断的搅拌和80℃下加入石灰乳,使水解液的pH值从1.0~1.5升至3.5,时间大约1h,之后沉淀2h,中和操作即可结束。此时,中和液中无机酸的含量一般为0.03%~0.08%,糖分损失控制在3%以下。

    脱色、蒸发、离交 中和液需经脱色、蒸发浓缩和离子树脂交换等工序制得纯净的木糖液。于水解液中加入焦木素15%(对还原物)和活性炭1%,于75℃下保温搅拌45min,脱色损失为3%~5%,脱色液质量:透光度80%以上,纯度75%~80%,灰分0.18%~0.22%。脱色液于中央循环管式蒸发器中浓缩至含糖量35%~40%,这里还可以蒸发除去脱色液中微量的无机酸,过滤除去蒸发时析出的硫酸钙沉淀。浓缩液的纯度通常只有85%,用732强酸阳离子树脂和强碱多孑L性阴离子树脂(1:1.5)进行离子交换,可得纯度95%~97%的木糖液。

    木糖氢化和木糖醇结晶 将含糖12%~15%的木糖净化液用碱液调pH值至8,预热至90℃后用高压进料泵打入高压反应,于115~130℃和7.0~8.0MPa下加氢还原得含醇12%~15%的氢化液。氢化液的要求:折射率12%~15%,总酸0.015%~0.05%,残糖0%~1.5%,灰分0.1%~0.2%,透光度80%~85%。氢化液用0.2%(对醇)的活性炭脱色、过滤,并预浓缩至含醇50%,过滤后再进一步浓缩成含醇88%的木糖醇膏。出料后从65~70℃缓慢降温(1℃/h)至20~30℃,离心分离得含醇96%的结晶,母液再回用。  

    主要功能/木糖醇 编辑

    1. 糖尿病人的甜味剂、营养补充剂和辅助治疗剂

    木糖醇是人体糖类代谢的中间体,在体内缺少胰岛素影响糖代谢情况下,无需胰岛素促进,木糖醇也能透过细胞膜,被组织吸收利用,供细胞以营养和能量,且不会引起血糖值升高,消除糖尿病人服用后的三多症状(多食、多饮、多尿),是最适合糖尿病患者食用的营养性的食糖代替品。 
    2. 改善肝功能

    木糖醇能促进肝糖元合成,血糖不会上升,对肝病患者有改善肝功能和抗脂肪肝的作用,治疗乙型迁延性肝炎,乙型慢性肝炎及肝硬化有明显疗效,是肝炎并发症病人的理想辅助药物。 
    3. 防龋齿

    木糖醇的防龋齿特性在所有的甜味剂中效果最好,首先是木糖醇不能被口腔中产生龋齿的细菌发酵利用,抑制链球菌生长及酸的产生;其次它能促进唾液分泌,减缓PH值下降,减少了牙齿的酸蚀,防止龋齿和减少牙斑的产生,可以巩固牙齿。 
    4. 减肥功能

    木糖醇为人体提供能量,合成糖元,减少脂肪和肝组织中的蛋白质的消耗,使肝脏受到保护和修复,消除人体内有害酮体的产生,不会因食用而为发胖忧虑。可广泛用于食品、医药、轻工等领域。[1]

    质量标准/木糖醇 编辑

    木糖醇木糖醇

    纯度98% 
    熔点Melting point(Decomposition)  91.0-95.0℃
    水溶性试验Solubility in Water     合格(透明)
    氯化物chloride (Cl)                        ≤50ppm
    重金属 %                                       ≤0.0010 
    砷盐 %                                           ≤0.0004 
    盐 %                                           ≤0.0002 
    铅 %                                               ≤0.0001   
    硫酸根sulfate (SO4)                     ≤50ppm
    水溶性solubility H2O                    0.1 g/mL
    灼烧残渣ign. residue                   ≤0.1%
    干燥损失loss on drying                ≤0.5%[3]

    应用领域/木糖醇 编辑

    木糖醇木糖醇口香糖

    1、 木糖醇在体内新陈代谢不需要胰岛素参与,又不使血糖值升高,并可消除糖尿病人三多(多尿、多尿、多食),因此是糖尿病人安全的甜味剂、营养补充剂和辅助治疗剂。 
    2、 食用木糖醇不会引起龋齿,可以适用于作口香糖、巧克力、硬糖等食品的甜味剂。 
    3、 由于其独特的功能,与其它糖类、醇类调和食用,可作为低糖食品甜味剂。 
    4、 木糖醇口感清凉,冰冻后效果更好,可用在爽心的冷饮、甜点、牛奶、咖啡等行业。也可使用在健康饮品、润喉药物、止咳糖浆等方面。 
    5、 为了身体健康,可用于家庭做蔗糖的代用品,以防止蔗糖食用过多引起的糖尿病肥胖症。 
    6、 木糖醇是一种多元醇,可作为化妆品类的湿润调整剂使用,对人体皮肤无刺激作用。例如:洗面乳、美容霜、化妆水等。 
    7、 木糖醇具有吸湿性、防龋齿功能,并且液体木糖醇具有良好的甜味,所以可以代替甘油作烟丝、防龋齿牙膏、漱口剂的加香、防冻保湿剂等。 
    8、 液体木糖醇可用在蓄电池极板制造上,性能稳定,容易操作,成本低,比甘油更佳。[1]

    副作用/木糖醇 编辑

    糖类转化

    木糖醇作为糖醇一类其代谢机理及其实际代谢过程产生的热量一直存在争议,有部分学者认为绝大多数木糖醇通过肝脏代谢,其余大部分被脑及心脏利用,只有少量参与皮下脂肪代谢。但木糖醇被肝脏吸收之后,50%以上会被进一步转化为葡萄糖,45%左右被氧化,其他很少一部分变成乳酸

    腹泻

    有证据表示过量摄入木糖醇因其在肠道内吸收率不到20%,容易在肠壁积累,易造成渗透性腹泻。

    生产工序/木糖醇 编辑

    木糖醇有以下几道的工序:

    水解工序

    木糖醇木糖醇

    水解工序是木糖醇生产的第一道工序,是关系到木糖醇的质量和后序工序加工的难易的关键。如果把握不住水解液的质量,就会给后序工序带来很多麻烦,最终会影响产品的质量。水解工序首要注意的问题是原料净化问题,原料玉米芯要经筛选,洗涤,清除杂质,不要人为的把杂质引入水解液中,造成水解液质量的先天不足。水解工序参数三要素就是催化剂、水解温度和时间。

    中和工序

    中和工序是中和脱酸工艺的关键工序,在这个工序将除去绝大部份无机酸-硫酸。中和效果的优劣要用pH值控制,水解液的pH值一般在1~1.5,当中和到pH4时,无机酸绝大部份中和掉,且有机酸也开始中和,当pH值5时,约有70%的醋酸甲酸乙酰丙酸等有机酸被中和掉,要想使全部有机酸被中和掉到pH10。但是当pH值4~5时就会破坏糖,生成色素,中和时局部过碱也会造成还原糖分解,中和pH值通常为3.5,温度70~80℃。中和时是把硫酸中和成石膏沉淀,生成两种石膏,一种是二水石膏(CaSO4•2H2O),另一种是半水石膏(2CaSO4•H2O),这两种石膏在不同温度下溶解度不一样,在80℃以下时二水石膏生成量大而溶解度比半水石膏小,但温度过高生成的二水石膏量小,且溶解度增大,在中和时希望生成二水石膏越多越好。但沉淀和溶解是可逆的,为了使石膏生成的多,且结晶颗粒大,往往要沉降养晶,但时间不能过长,以免沉淀再次溶解。
    脱色工序
    脱色工序是木糖醇生产的主要工序,水解液中的色素有原料中的天然色素和在生产中生成的色素 ,天然色素如花色素是以配糖体存在的,在酸性介质中可以水解成一个糖和一个非糖体,在碱性中呈绿色,蛋白质和氨基酸水解时也产生含氮的有色物质,糖类在碱性中也分解生成色素,糖加热时也可产生焦糖色。这些因素都会使水解液的色泽加深,影响木糖醇产品的质量,必须进行脱色处理。
    脱色的原理很复杂,由于产品不同,脱色的原理也各不相同。木糖醇水解液的脱色基本属于吸附脱色。吸附剂是多孔,比表面积很大的物质,吸附剂的种类较多。如白土、磺化煤焦木素活性炭,其中活性炭的比较广泛。木糖醇水解液也曾试用过上述脱色剂,但相比之下还是活性炭比较理想。在活性炭的选用上和其它溶液大不相同,按常规活性炭的脱色能力通常是单位体积的活性碳能脱多少体积的甲基兰溶液 ,而用于木糖醇水解液脱色的活性炭不能用这个传统方法测试,必需在生产中用活性炭直接脱水解液的能力来比较,来测定活性碳质量的优劣。
    脱色的原理既然是吸附,那就有吸附和解吸同时存在,为了让脱色向正方向进行,脱色速度要快,温度不要过高。
    离子交换工序

    水解液(也可称为木糖浆)纯度比较低,含有各式各样的色素,灰份(石膏等),各种酸(硫酸、醋酸等),含氮物(蛋白质、氨基酸等),胶体等。这样杂质复杂的木糖浆不经净化是很难进行氢化生产出合格的木糖醇产品的。所以必须将木糖浆进行净化,不然会使加氢催化剂中毒、失效。要使其纯度达到95%以上,通过两次交换以后,木糖浆的色泽接进无色,不带酸性,以保证氢化反应的顺利进行,提高产品的质量和收率。
    两种生产工艺都有离子交换工序,离子交换工序在木糖醇生产中是相当重要的工序,是影响木糖醇质量关键工序。在离子交换树脂的选用上和交换工艺的改进上都有新的突破。同时每次交换的目的也不一样,现以三次交换为例,看看交换工序的作用和发展。

    第一次交换主要是为了除去水解液中的无机酸和有机酸,硫酸根是阴离子,所以,第一次是采用阴离子交换树脂,阴离子交换树脂的种类很多,不是每种树脂都适合木糖醇生产的要求。原保定厂的技术人员在这方面做了大量工作,投入了大量人力和财力,经过多年的潜心研究,对国内外各种树脂进行了详细的筛选,取得了可喜的成果,筛选出大孔D型阴离子树脂适合于木糖醇生产的要求,如大孔阴树脂D296、D290等型号,为木糖醇工业的发展做出应有的贡献。第一次交换采用大孔阴树脂不但可以除去阴离子,而且可吸附除掉很多胶体杂质和色素第二次交换的目的是为了除去灰份和阳离子,所以采用阳离子交换树脂,阳离子交换树脂的种类也很多,但常用的还是强酸型732用的比较普遍,732强酸型阳离子交换树脂是苯乙烯磺酸型树脂,其功能团为磺酸基,这种树脂强度高,交换容量大,使用寿命长。阳离子交换树脂在交换中除去阳离子杂质外,还能以吸附的形式除去胶体和非糖体,如糖醛酸、聚糖醛酸,还有含氮化合物等。

    第三次交换是为了氢化液的净化,净化后的木糖浆经过加氢会增加酸度和金属离子,要进一步净化,以除去这些杂质,就采用第三次离子交换,一般第三次交换采用阳树脂。这就是阴-阳-阳离子交换工艺。    

    储存方式/木糖醇 编辑

    相对湿度不大于75%,袋口严格 密封,防止产品吸潮或漏出袋外。原料药木糖醇应储存于凉暗干燥处。[3]

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    参考资料
    [1]^引用日期:2011-11-16
    [2]^引用日期:2012-08-01
    [3]^引用日期:2011-11-17
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