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1、木糖醇的的应用及及其生产产工艺研研究摘要：随随着时代代的发展展，木糖糖醇广泛泛的被应应用在食食品等领领域。为为了对木木糖醇有有更为深深入的了了解，本本文将从从木糖醇醇的基本本概况、生生理功能能、木糖糖醇的应应用、木木糖醇的的生产工工艺及其其在我国国的发展展状况和和前景对对木糖醇醇进行初初步研究究。关键词：木糖醇醇、应用用、生产产工艺1.木糖糖醇的基基本概况况木糖醇的的英文名名称是Xyllitool木糖糖醇的分分子式为为C5HH12OO5,是是一种五五碳糖醇醇。木糖糖醇分子子量为1522.155，纯度98.0%(T)木木糖醇原原产于芬芬兰，是是从白桦桦树、橡橡树、玉玉米芯、甘蔗渣等植物中提取出来
2、的一种天然植物甜味剂。有助于牙齿的清洁度，但是过食用过度可能带来腹泻等副作用 1 。木糖醇的结构式为：木糖醇的的物化性性质：木木糖醇是是白色结结晶或粉粉末，味味甜，似似绵白糖糖，甜度度是蔗糖糖的1.05倍倍，热量量与葡萄萄糖相似似，吃在在口中有有清凉感感，这是是因为它它易溶于于水，并并在溶解解时会吸吸收一定定热量。木木糖醇微微溶于酒酒精，难难溶于有有机溶剂剂，熔点点9295，有吸吸湿性，木木糖醇是是糖类在在人体内内正常代代谢的中中间体，即即使人们们不吃糖糖，在人人体的血血液里也也含有00.0330.06%的木糖糖醇 2 。天然物质质木糖醇醇的含量量，如表表1所示示32.木糖糖醇的生生理功能能木
3、糖醇是是糖类代代谢的正正常中间间体，它它在没有有胰岛素素时，也也能透过过细胞膜膜被组织织吸收利利用，即即使是在在人体糖糖代谢发发生障碍碍时，木木糖醇的的代谢也也十分完完全。木糖醇能能减慢血血浆中产产生脂肪肪酸的速速度，但但不会使使血糖上上升。44.566%的木木糖醇溶溶液和血血液等渗渗，当用用木糖醇醇作静脉脉注射时时，血中中乳酸、丙丙酮酸、葡葡萄糖含含量下降降，并使使胰岛素素有轻微微上升。肝肝脏中的的肝糖会会随之增增加。故故木糖醇醇既是糖糖尿病人人的治疗疗剂和营营养剂，也也是肝炎炎病人的的保肝药药物，对对于糖尿尿病和肝肝炎的并并发症病病人，木木糖醇是是最理想想的药物物。木糖糖醇有较较强的抗抗酮
4、体作作用，比比山梨酸酸更优越越。以木木糖醇静静脉注射射，抢救救酮体病病人，有有较好的的疗效。木糖醇热热稳定性性好，和和氨基酸酸一起加加热不产产生化学学反应，可可以和氨氨基酸配配制种种种制剂作作为营养养药物。木木糖醇还还能促进进胃液的的分泌，促促进胰脏脏和胆的的活性，促促进肾上上腺皮质质激素等等增加，适适用于老老年人和和体弱的的人4。3.木糖糖醇的应应用：结合木糖糖醇的生生理功能能，使木木糖醇在在许多领领域有着着很多的的应用，下下面将对对其进行行应用方方面的介介绍。3.1.在食品领域域的应用用因为木糖糖醇在体体内的代代谢，和和胰岛素素没有关关系，所以木木糖醇应应用于糖糖尿病患患者食品品的生产产。
5、同时时木糖醇醇在口中中可以有清清凉感，并且在口中不被细菌发酵生成乳酸，对微生物而言是不良的培养基，所以不会产生龋齿，故而可用于制作口香糖。木糖醇作为食糖的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，这是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、不发生霉变，可以延长食品的保存期限。所以木糖醇广泛应用在口香糖、巧克力、饮料、食用糖果等制品中以代替蔗糖、麦芽糖、果糖、砂糖等5-6。3.2在在药学领领域的应应用3.2.1药剂的的辅料木木糖醇外外观呈白白色结晶晶粉末状状，甜度度相当于于蔗糖，不不霉变，且且对酸、热热稳
6、定，存性能良好，即使暴露在大气中也不会吸水受潮，作为制剂的辅料常用于颗粒剂、丸剂、糖浆剂等剂型中。3.2.2木糖醇醇类表面面活性剂剂多元醇醇类非离离子表面面活性剂剂中，众众所周知知的有山山梨醇脂脂肪酸酯酯，也就就是国际际上通用用的Sppan(司盘)和Tweeen(吐温)。木糖糖醇和山山梨醇都都是多元元醇，只只是木糖糖醇比山山梨醇少少一个碳碳和一个个羟基，物物化性质质极其相相似。木木糖醇类类表面活活性剂有有两种2 ，一一种为木木糖醇和和硬脂酸酸在碱性性介质中中，在22002100下，酯酯化2 h生成成的木糖糖醇硬脂脂酸酯，可可用于双双氧水脱脱色，其其性质和和司盘660相似；另一种种为木糖糖醇油酸
7、酸酯，生生产工艺艺与司盘盘一样，是是用途广广泛的非非离子表表面活性性剂。有有学者对对所合成成药用非非离子表表面活性性剂木糖糖醇酯进进行了动动物生理理和药理理试验，并并初步应应用于临临床。3.3在在医学领领域的应应用木糖醇可可以作为为优质的的输液载载体。木糖醇醇注射液液可与多多数注射射液配伍伍，因为为木糖醇醇热稳定定性好，木木糖醇注注射液的的pH范围围比葡萄萄糖注射射液的ppH范围围宽(44570)，另另外木糖糖醇没酮酮基和醛醛基，其其化学性性质比葡葡萄糖稳稳定。木木糖醇能能与抗菌菌药、心心脑血管管用药、消消化系统统用药、抗抗肿瘤药药、维生生素类等等其他药药品制成成输液。除了作为为优质的的输液载
8、载体之外外，木糖糖醇还可可以用作作肠道外外营养物物、糖尿尿病的治治疗、预预防龋齿、肝肝病治疗疗以及预预防呼吸吸道感染染等方面面起到一一定的作作用7。3.4.在化学学领域的的应用木糖醇可可用于生生产有抑抑菌性质质的表面面活性剂剂；在合合成树脂脂工业中中，用于于生产多多种醇酸酸树脂；在皮革革鞣制行行业，木木糖醇与与苯酚、甲甲醛、磷磷酸等反反应制得得无色皮皮革鞣剂剂，具有有良好的的水溶性性及鞣性性，且存存放稳定定，不会会氧化发发暗，用用于鞣制制白色皮皮革。木木糖醇可可替代甘甘油，应应用于造造纸、日日用化工工产品及及国防工工业中经经硝化可可制爆炸炸物质；与合成成脂肪酸酸作用可可制得不不易挥发发的增塑塑
9、剂；木木糖醇本本身还具具有乳化化、分散散、消泡泡等作用用；它比比六元醇醇的耐热热性和抗抗腐蚀性性能优异异，是应应用前景景较佳的的重要乳乳化剂。随随着木糖糖醇在工工业应用用领域的的扩大和和生产的的发展，木木糖醇需需求量将将有较大大的增长长8。4.木糖糖醇的生生产工艺艺及比较较目前针对对木糖醇醇的生产产工艺有有很多种种，下面面列举三三个，并并对其进进行比较较。4.1.花生壳壳提取木木糖醇工工艺及参参数4.1.1工艺技技术及路路线这种主要要采用目目前国际际国内普普遍采用用的离子子交换脱脱酸法, 在此此基础上上进行了了一定的的技术改改进, 其主要要的工艺艺路线为为:花生壳预处理水解脱色离子交交换第一次
10、次浓缩离子交交换加氢离子交交换二次浓浓缩结晶离心分分离晶体成成品。4.1.2工艺流流程预处理理。将发发霉、变变质的花花生壳筛筛选、分分拣出来来, 用水水洗去沙沙土及污污物, 破碎至至122ccm。先先在1000的温度度下, 蒸煮600minn, 把把水排除除, 再加加入低浓浓度的稀稀盐酸于于1200蒸煮600 900minn。水解。水水解就是是将花生生壳中以以多缩戊戊糖为主主组成的的纤维素素, 在酸酸的催化化作用下下裂解并并与水结结合生产产糖的过过程。以以花生壳壳用量的的17%20% 的一一定浓度度的盐酸酸在水解解釜中采采用常压压水解的的方法进进行水解解。水解解温度为为1200, 水解解时间为
11、为4h 左右。脱色。以以粉状和和颗粒状状混合的的活性炭炭做为脱脱色剂, 采用用常压操操作, 活性炭炭用量一一般为糖糖液的112%15%。脱色色速度要要快, 温度不不要过高高。一般般控制在在7580。离子交交换。此此次交换换为第一一次交换换, 其主主要目的的是为了了除去水水解液中中的无机机酸和有有机酸。CL l 是阴离子, 所以, 第一次是采用阴离子交换树脂, 阴离子交换树脂可选用大孔阴树脂D296 等, 它不但可以除去阴离子, 还可以吸附除掉很多胶体杂质和色素。一次浓浓缩。离离子交换换除酸后后的糖液液通过减减压蒸发发, 使糖糖液浓度度提高到到30%35%，蒸发时时间为88h左右右。离子交交换。
12、第第二次交交换的目目的是为为了除去去灰份和和阳离子子, 所以以采用阳阳离子交交换树脂脂, 阳离离子交换换树脂可可选7223 型型强酸阳阳离子树树脂。它它不仅可可以除去去阳离子子杂质, 还可可以吸附附除去胶胶体和非非糖体、含含氮化合合物等。加氢处处理。采采用间歇歇釜式悬悬浮镍催催化加氢氢, 当反反应温度度为12201300, 压力力为70080kkg/ccm-2, ppH值为为6. 5 左左右, 剂糖质质量比为为2% , 反反应时间间为9001200m iin, 转化率率可达999% 以上, 产品色色度好。离子交交换。第第三次交交换是为为了氢化化液的净净化,净化后后的木糖糖浆经过过加氢会会增加酸
13、酸度和金金属离子子,要进一一步净化化, 以除除去这些些杂质, 该过过程宜采采用 阳柱阴柱混合床床的组合合, 混合合床的交交换负荷荷特别低低, 使木木糖醇的的纯度更更高。二次浓浓缩。采采用真空空蒸发结结晶。蒸蒸发浓缩缩前,先过滤滤除去氢氢化液中中其他杂杂质及少少量催化化剂细未未,蒸发浓浓缩过程程温度控控制 75, 真空空度7000mmm汞柱以以上。当当浓缩液液含醇量量为900% 时时, 既可可进入结结晶环节节。结晶、成成品。当当醇膏温温度降到到64左右加加入适当当晶种, 慢慢慢搅拌助助晶, 每小时时降温ll, 直到到比室内内温度稍稍高时, 即可可分离取取得成品品9。4.2利利用玉米米芯制取取木糖
14、醇醇4.2.1工艺流流程玉米芯预处理理水解一次脱脱色一次净净化一次浓浓缩二次脱脱色二次净净化二次浓浓缩加氢三次脱脱色三次净净化三次浓浓缩结晶离心干燥检验内外包包装入库2.2操操作要点点水解将预处处理好的的玉米芯芯经玉米米芯水解解设备装装置进行行水解。水水解控制制参数: 水解解压力01110.15MMPa, 水解解温度11151300, 水解解酸度11.0%1.5% , 水水解时间间4h, 水解解的好坏坏, 影响响到玉米米芯出糖糖率的高高低, 是木糖糖醇生产产的关键键工序之之一。脱色脱色是是采用粉粉末活性性炭去除除糖液中中的色素素、胶体体等杂质质, 达到到初步净净化的目目的,一般加加入粉末末活性
15、炭炭的比例例为糖液液干物含含量的33%10% , 脱色温温度为770 80, 搅拌拌转速为为2000 r /miin, 脱色时时间为44060mmin。净化净化是是采用阴阴、阳离离子交换换树脂去去除糖液液中的阴阴、阳离离子, 达到净净化提纯纯的目的的。净化化提纯的的好坏, 关系系到成品品木糖醇醇的灰份份含量, 是木木糖醇生生产的关关键工序序之一。加氢加氢是是木糖醇醇生产的的核心工工序,将木糖糖液加入入到WHHFS - 55型反应应釜中, 调节节pH= 7.58.0, 按糖液液干物含含量的33% 10%加入雷雷尼镍催催化剂, 控制制反应温温度12201400, 反应应压力881010110MPP
16、a, 反应时时间2hh, 使使木糖液液转化为为木糖醇醇液。结晶通过控控制降温温速度, 一般般每小时时降低11度, 使处处于过饱饱和状态态的木糖糖醇晶体体生长、成成形并析析出, 达到得得到晶体体木糖醇醇的目的的。离心通过控控制离心心机的离离心转速速, 一般般每分钟钟1000015000转, 使木木糖醇与与母液分分离,达到进进一步提提纯的目目的。干燥通过控控制烘干干机的温温度与环环境湿度度, 使木木糖醇中中的水分分蒸发, 烘干干温度为为50 60, 环境境的相对对湿度 655% , 干燥燥时间30mmin10。4.3利利用微生生物进行行木糖醇醇的生产产4.3.1可产产生木糖糖醇的微微生物众所周知知
17、，能资资化（同同化）木木糖的酵酵母在特特定的培培养条件件下，可可以在培培养基质质中积累累木糖醇醇代谢产产物。在在有关发发酵法生生产木糖糖醇的研研究中，这这类酵母母是最常常利用的的。作为为从木糖糖到产生生木糖醇醇的酵母母有假丝丝酵母属、毕毕赤氏酵酵母菌属属、德巴巴利氏酵酵母属等等多种。特特别是热热带假丝丝酵母等等酵母大大多产生生木糖醇醇的能力力高，收收率（生生成物质质量/ 消耗基基质质量量）大约约在700% 855%。另另外，还还发现了了丝状菌菌、细菌菌肠杆菌菌科、肠肠杆菌属属变种和和纤维单单胞菌菌菌等，也也能利用用木糖转转化生产产木糖醇醇。4.3.2酵母母生产木木糖醇的的机制（机机理）假丝酵母
18、母菌属的的酵母通通过如图图2所示示的代谢谢路线生生产木糖糖醇。木木糖原料料（基质质）首先先在木糖糖还原酶酶（XRR）作用下下还原成成木糖醇醇。然后后在木糖糖醇脱氢氢酶作用用下氧化化生成DD木糖糖。D木糖糖磷酸化化以后，通通过戊糖糖磷酸代代谢路线线代谢。相相对于第第一个反反应的催催化剂主主要利用用的辅酶酶NADD PHH，第二二个反应应的催化化剂XDDH （木木糖醇脱脱氢酶）是利用NAP+作为辅助酶发生作用的，XR 是利用NAD PH和NADH 两者而存在。酵母细胞内NADP 主要通过戊糖磷酸的代谢路线转化成NAD PH。另一方面NADH 在好气条件下经过呼吸反应链（氧化的磷酸化）的反应后，再生
19、成NAD+（见图1）。生产木糖糖醇的酵酵母在微微好气条条件下（溶溶存氧质质量浓度度：0.1 mmg / L 11 mgg / L）累积木木糖醇最最多，在在这种限限制供氧氧条件下下，木糖糖的代谢谢过程由由于不能能充分地地将NAADH 再生成成NADD+，因此此细胞内内NADDH 浓浓度高。其其结果是是：一方方面XDDH 阻阻碍了由由木糖醇醇迅速转转化为木木糖的氧氧化反应应，因此此木糖醇醇积聚了了起来。另另一方面面，在完完全的好好气条件件下，由由于通过过呼吸链链NADDH 充充分再生生成NAAD+，因此此木糖醇醇被迅速速的代谢谢过程耗耗尽了，积积蓄的量量也就减减少了。同同时，在在嫌气条条件下，在在
20、木糖醇醇利用的的能力显显著低下下的同时时，乙醇醇成为主主要的生生成物了了。关于于XR 与XDHH 两种种辅酶特特异性不不同，在在微好气气条件下下形成细细胞内的的氧化还还原平衡衡失调，然然而他却却是累积积木糖醇醇的原因因。正如如上述的的生成机机制可以以知悉，培培养基中中溶存氧氧的浓度度是可以以影响木木糖醇生生产的最最重要因因素。其其余原因因，如培培养基组组成、基基质（木木糖）的的浓度、辅辅助基质质、氮源源、初发发菌的浓浓度等也也影响木木糖醇的的生产。4.3.3生产产过程利用常见见的啤酒酒酵母通通过遗传传基重组组方法将将木糖同同化酵母母毕赤氏氏酵母属属菌的XXR 导导入以后后，成功功地取得得极高的
21、的收率（95%），将木糖变换为木糖醇。但是，像这样高收率的木糖醇生产，还必须添加葡萄糖等辅助基质。啤酒酵母与假丝酵母属酵母不同，在木糖是碳源的场合，戊糖磷酸代谢路线的活动弱，从NADP+转化为NADPH 的再生是有限的，因此为了辅助酶的再生，添加葡萄糖是必须的。而大部分实际生产中，都是利用葡萄糖而生产出木糖醇，如图2，即为利用葡萄糖由重组枯草芽孢杆菌合成木糖醇的代谢路线11。4.4三三种工艺艺的综合合比较及及分析前两种种工艺原原料来源源广泛, 廉价价易得, 生产产成本低低。第三三种菌种种的选择择和实际际操作中中要比前前两种更更为复杂杂、要求求也更严严格。第一种种方法就就第二种种方法而而言，水水
22、解过程程所用的的催化剂剂为盐酸酸, 用其其替代传传统木糖糖醇制取取工艺中中以硫酸酸为催化化剂,相对硫硫酸的使使用可以以节省一一半的用用量。另另外,生产废废水中的的高浓度度硫酸根根离子也也影响废废水处理理效果, 用盐盐酸替代代硫酸消消除木糖糖醇废水水处理的的难题。水水解是在在常压下下进行, 节省省了设备备投资。整体过程，第一种要比第二种方法简便。而因玉米芯产量大，多缩戊糖含量最高，结构相对疏松，易存储，易于提取，所以第二种方法目前来说应用最多。前两种种方法较较第三种种方法的的产率较较低，且第三三种能获获得高纯纯度的木木糖醇（约约90%）。同同时减少少了预处处理的工工序和成成本。微微生物发发酵法要
23、要简单的的多,结晶也也比较容容易，同同时也相相对前两两种也更更为环保保且更为为节省成成本，具具有更好好的发展展前景。三种方方法中，前前两种每每生产11t木糖糖醇，需需花生壳壳25tt、玉米米芯200t。经经过计算算，每生生产1tt木糖醇醇，前两两种方法法的成本本分别为为137700元元和1552000元，而而其利润润分别为为40000和330000元。第三种种方法，因因缺乏相相关数据据，而没没有得出出相应结结果，但但结合其其工艺可可知，其其成本要要高于二二者，但但利润要要大于二二者。综合三三种方法法来看，在在木糖醇醇的生产产过程中中，通气气量、PPH值、温温度、压压力等条条件是获获得高产产率的
24、重重要条件件。从生产产工艺来来看，前前两种可可以算作作合成法法生产，而而第三种种可以算算作发酵酵法生产产。就上文文提出的的应用来来说，在在食品领领域和医疗领域域采用的的产方法法多为利利用蔗渣渣水，进行微生生物发酵酵生产。木糖醇醇的生产产，应结结合实际际的质量量要求、产产量要求求、生产产能力等等，选取取合适的的生产方方法进行行生产。5.木糖糖醇的现现状及前前景就大部分分天然产产物在世世界范围围内的应应用来说说木糖醇醇被利用用的时间间不是很很长。我我国开始始利用木木糖醇是是在200世纪550年代代，当时时是向前前苏联学学习，开开展用木木糖醇代代替我国国供不应应求的甘甘油的研研究，其真正正的进行行工
25、业生生产大致致是在220世纪纪70年年代前后后。而今今，随着着科学技技术不断断的发展展和进步步，我国国国内的结结晶木糖糖醇主要要用于糖糖尿病人人的辅助助治疗及及各种食食品的糖糖替代品品，而液液体木糖糖醇主要要用于食食品配料料以及牙牙膏、卷卷烟、油油漆代甘甘油等。中国是木木糖醇的的生产大大国, 总产量量占全世世界的40% ,但但是在木木糖醇新新功能和和对人类类健康的的应用方方面我们们的起步步还比较较晚, 还没有有形成体体系, 对于木木糖醇的的功能开开发, 我们做做的还不不够。其其功能和和终端产产品的开开发, 将逐渐渐会成为为今后国国内木糖糖醇行业业的研究究重点。随随着我国国经济的的快速发发展,
26、人们对对于健康康的追求求将会不不断升级级。目前前, 在预预防肺炎炎、耳炎炎方面的的应用, 在国国外已经经发展得得如火如如荼, 相信不不久就会会受到中中国大众众的欢迎迎。其实实木糖醇醇的作用用还不止止这些, 其在在预防骨骨质疏松松方面也也有很重重要的应应用, 我们应应该充分分挖掘木木糖醇的的这些优优势, 使其在在人类健健康事业业上发挥挥应有的的作用12。参考文献献1百百度百科科htttp:/baaikee.baaiduu.coom/vvieww/10098.htmm2王王涵，你你了解木木糖醇吗吗，农产产品加工工业，220088，122：455-4663尤尤新，木木糖醇的的功能及及其食品品应用，应
27、用科科技，20009.8.21，117（116）：13-154李李香妹，马马少怀，木糖醇的生理功能及含木糖醇食品的试制，食品工业科技，2003,7（24）：51-535崔崔福顺，李李春花，周周丽萍，木糖醇醇的生理理功能及及其在食食品工业业中的应应用，延边大大学农学学学报，2003，25(4)：2983006 马培忠忠，许金金木，韩韩维成，木糖醇醇的生产产及应用用，河南科科技，119977，(4)：16177张张松青，游游鹏程，郑郑笈，郑郑沁鈊，木糖醇在医药领域的应用，中国医院药学杂志，2007,27(11)：1582-15848张张凤清，张张丽君，周周长民，木糖醇的特性及应用，当代化工，2008,37（1）：92-959牟牟晓红，从花生壳提取木糖醇的工艺初探，内蒙古石油化工，2008,6:27-2810王成福福，田强强，赵光光辉，孙孙鲁，修修秀红，木糖醇生产GMP技术应用研究，中国食品添加剂，2008,6:61-6411盛国华华，应用用微生物物发酵生生产木糖糖醇的研研究进展展，食品品工程，220100,3:29-5212田强，邱邱学良，木糖醇的新功能与新给药途径，中国食品添加剂，2009，S1：234-236