趙 偉,劉 晶,徐 麗,生慶海
(1. 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院,河北石家莊 050061;2. 譜尼測試集團深圳有限公司,廣東深圳 518054)
木糖醇是一種天然存在的功能糖醇,科學(xué)研究已經(jīng)證實了木糖醇具有很多保健功能,如降低血糖、預(yù)防齲齒等功能[1-2]。作為蔗糖這一甜味劑的替代品,木糖醇已經(jīng)廣泛應(yīng)用在食品的研究與開發(fā)中[3-7]。
木糖醇由于其特殊的理化性質(zhì)在眾多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用,全球需求量日益增多。富含多縮戊糖的農(nóng)業(yè)廢棄物用來生產(chǎn)木糖醇,如玉米芯、麥稈、棉籽皮等[8-10]。
目前,木糖醇的生產(chǎn)多采用生物轉(zhuǎn)化法,生物轉(zhuǎn)化法需要的條件溫和、質(zhì)量穩(wěn)定、安全性高,因此成為生產(chǎn)木糖醇理想的方法[7]。生物轉(zhuǎn)化法分為微生物發(fā)酵法、酶催化法,其中用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)木糖醇,因為酶的底物專一性和酵母的專一性,可以不使用高壓設(shè)備、不添加大量催化劑加快反應(yīng)速率,同時還可以節(jié)約一部分開支,減少能耗[9-10]。
木糖醇能參與人體代謝,本身是糖代謝的中間體,不需要胰島素就能透入細胞,代謝速度要比其他糖醇快,因此不會引起血糖值的升高,特別適合作為糖尿病患者的蔗糖替代品。
木糖醇防止齲齒發(fā)生的原因,一是木糖醇不被產(chǎn)生齲齒的細菌發(fā)酵利用;二是木糖醇在口腔中不產(chǎn)生酸,抑制鏈球菌的生長,能夠緩解口腔內(nèi)的pH值,從而防止了牙齒被酸蝕[2]。
呼吸道感染患者黏膜黏液鹽度比正常人高出2 倍以上,美國衣阿華州立大學(xué)的研究成果表明,呼吸道感染患者在服用木糖醇后,其呼吸道黏膜黏液的鹽度很快就恢復(fù)至正常水平[11],這一研究表明木糖醇雖然不是抗菌物質(zhì),但能使患者呼吸道表面黏液層中鹽度下降。
攝入人體的木糖醇與體內(nèi)游離的鈣離子形成糖醇復(fù)合物,從而使人體內(nèi)鈣不容易流失,還促進了對鈣的吸收。除了促進對鈣的吸收,木糖醇還可以引起血清中促骨質(zhì)吸收激活劑二羥膽鈣化醇濃度的降低,減緩機體對自身骨礦物質(zhì)的吸收[12]。
木糖醇可以清除自由基并抑制其生成。Chukwuma Chika Ifearyi 等人[13]通過測量非糖尿病和Ⅱ型糖尿病大鼠的各種抗氧化酶,證明了木糖醇可以改善糖尿病相關(guān)的氧化應(yīng)激,清除有關(guān)自由基。
近年來也發(fā)現(xiàn)了木糖醇一些新的功能特性,如抑制和減少內(nèi)耳的感染、護膚、穩(wěn)定胰島素、改善口腔健康、減少來自口腔生物的血液感染等。
1970 年之前,木糖醇替代蔗糖作為甜味劑。從20 世紀70 年代開始,木糖醇逐漸用于預(yù)防和治療齲齒?,F(xiàn)在越來越多的低糖飲料、糖果、口香糖、巧克力等甜食中使用木糖醇用來適應(yīng)市場需要,滿足消費者健康的要求,同時也可供糖尿病等特殊人群食用,且資源豐富,可操作性與可生產(chǎn)性強,具有較好的市場前景[14-18]。
3.1.1 在烘烤加工上的應(yīng)用
在烘焙產(chǎn)品中以木糖醇代替部分蔗糖,保持良好色澤的同時還可以防潮、延長食品保質(zhì)期。王超等人[14]用木糖醇代替蔗糖,并加入綠茶作為配料,研究出一種木糖醇綠茶餅干,具備低卡路里、高營養(yǎng)功能。田曉玲等人[15]以木糖醇作為甜味劑,以葡萄皮粉和低筋小麥粉為主要原料,制作無糖戚風(fēng)蛋糕,供糖尿病人食用。
3.1.2 在酸奶加工上的應(yīng)用
在人體代謝中,木糖醇不會受到胰島素的調(diào)節(jié)作用,也不會被口腔中的細菌發(fā)酵造成齲齒,能減少牙斑的形成,但同樣具備蔗糖的甜味,可以用來代替蔗糖作為甜味劑應(yīng)用于酸奶發(fā)酵,更加適于糖尿病患者和口腔易齲齒的兒童食用[19-23]。
陳艾嘉等人[19]開發(fā)木糖醇酸奶,發(fā)現(xiàn)適宜的木糖醇添加量能降低酸奶的色差、降低酸度值、促使菌種發(fā)酵良好,能形成各種良好的風(fēng)味物質(zhì)并改變酸奶的組織狀態(tài)。
3.1.3 在糖果加工上的應(yīng)用
用木糖醇代替蔗糖作為填充型甜味劑生產(chǎn)的糖果,口感較好、甜味純正、清爽冰涼、無不良后味。另外,木糖醇有較強吸濕性、熔點低、可壓性差的特點,在應(yīng)用于壓片糖果中不容易將其硬度增大,在口腔中快速溶解或崩解的壓片糖果,存在物料流動性不夠、硬度小、片子松散等問題,今后生產(chǎn)糖果的生產(chǎn)中需要尋找解決此弊端的方法[24-28]。
趙玉國等人[24]通過試驗研究發(fā)現(xiàn),將木糖醇晶體粉碎,與適量的輔料混合制成顆粒,然后經(jīng)壓片制成木糖醇糖果,該糖果具有質(zhì)量穩(wěn)定、口感清涼、硬度大、崩解時間快及攜帶方便等優(yōu)點。
木糖醇被應(yīng)用到眼藥水的生產(chǎn)中,可以有效地降低眼壓、緩解眼部疲勞;木糖醇還可以顯著降低轉(zhuǎn)氨酶的活性,避免肝細胞受到損失,可以保護肝臟。此外,作為甜味劑添加到止咳糖漿中[29]。
Nahoko Tomonobu 等人[30]通過研究首次證明,誘導(dǎo)谷胱甘肽降解酶CHAC1 是木糖醇誘導(dǎo)癌細胞凋亡死亡的主要原因。CHAC1 的誘導(dǎo)是由木糖醇在癌細胞中引發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER) 應(yīng)激所必需的,并與第2 次誘導(dǎo)氧化應(yīng)激有關(guān),凋亡細胞最終死亡。另外,體內(nèi)研究也表明,靜脈注射木糖醇對小鼠有抑瘤作用,木糖醇引發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激也對腫瘤的抑制有重要作用。同時,還觀察到木糖醇能有效地使癌細胞對化療藥物敏感。根據(jù)學(xué)者的發(fā)現(xiàn),木糖醇聯(lián)合化療策略可能會改善癌癥患者的預(yù)后。
木糖醇不能被口腔中微生物發(fā)酵利用,可以抑制鏈球菌的生長,緩解口腔內(nèi)pH 值,減少牙齒的酸蝕等,因此被應(yīng)用于牙膏中。另外,木糖醇有良好的保濕力,又具清爽感,可取代甘油使用,卻沒有甘油似的黏膩感,溶于水時吸熱,可用于潤膚乳液。木糖醇可用作牙膏、化妝品的保濕乳液、抗凍劑,如自然堂的純粹滋潤冰肌水、一葉子品牌中清顏凈膚的一款炭黑面等。
在國防工業(yè)中,木糖醇是生產(chǎn)炸藥和液體炸藥的乳化劑;在塑料工業(yè)中,木糖醇不僅可作為添加劑、增塑劑,還可以作為生產(chǎn)硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的原料。因為木糖醇具有黏附性,尤其是跟其他原料融合度更強,可以取代酚醛樹脂這一黏合劑,用來生產(chǎn)膠合板。此外,還可以用在皮革和涂料行業(yè)中[7]。
隨著肥胖病、糖尿病等發(fā)病率的持續(xù)升高,人們對營養(yǎng)健康特別重視,市場對木糖醇的需求越來越大,所以生產(chǎn)木糖醇的方法需要不斷改善,以低成本獲得最大產(chǎn)量[31-35]。另外,可采用生物法生產(chǎn)木糖醇,使木糖醇的產(chǎn)量有了很大的提高,轉(zhuǎn)化率幾乎達到理論值,但是底物成本還是較高,是一種值得探索的成本低、產(chǎn)量高的方法。