PAGE17/NUMPAGES17木糖醇的應(yīng)用及其生產(chǎn)工藝研究摘要：隨著時(shí)代的進(jìn)展，木糖醇廣泛的被應(yīng)用在食品等領(lǐng)域。為了對木糖醇有更為深入的了解，本文將從木糖醇的差不多概況、生理功能、木糖醇的應(yīng)用、木糖醇的生產(chǎn)工藝及其在我國的進(jìn)展?fàn)顩r和前景對木糖醇進(jìn)行初步研究。關(guān)鍵詞：木糖醇、應(yīng)用、生產(chǎn)工藝1.木糖醇的差不多概況木糖醇的英文名稱是Xylitol木糖醇的分子式為C5H12O5,是一種五碳糖醇。木糖醇分子量為152.15，純度>98.0%(T)木糖醇原產(chǎn)于芬蘭，是從白樺樹、橡樹、玉米芯、甘蔗渣等植物中提取出來的一種天然植物甜味劑。有助于牙齒的清潔度，然而過食用過度可能帶來腹瀉等副作用[1]。木糖醇的結(jié)構(gòu)式為：木糖醇的物化性質(zhì)：木糖醇是白色結(jié)晶或粉末，味甜，似綿白糖，甜度是蔗糖的1.05倍，熱量與葡萄糖相似，吃在口中有清涼感，這是因?yàn)樗兹苡谒?，并在溶解時(shí)會汲取一定熱量。木糖醇微溶于酒精，難溶于有機(jī)溶劑，熔點(diǎn)92~95℃，有吸濕性，木糖醇是糖類在人體內(nèi)正常代謝的中間體，即使人們不吃糖，在人體的血液里也含有0.03~0.06%的木糖醇[2]天然物質(zhì)木糖醇的含量，如表1所示[3]2.木糖醇的生理功能木糖醇是糖類代謝的正常中間體，它在沒有胰島素時(shí)，也能透過細(xì)胞膜被組織汲取利用，即使是在人體糖代謝發(fā)生障礙時(shí)，木糖醇的代謝也十分完全。木糖醇能減慢血漿中產(chǎn)生脂肪酸的速度，但可不能使血糖上升。4.56%的木糖醇溶液和血液等滲，當(dāng)用木糖醇作靜脈注射時(shí)，血中乳酸、丙酮酸、葡萄糖含量下降，并使胰島素有輕微上升。肝臟中的肝糖會隨之增加。故木糖醇既是糖尿病人的治療劑和營養(yǎng)劑，也是肝炎病人的保肝藥物，關(guān)于糖尿病和肝炎的并發(fā)癥病人，木糖醇是最理想的藥物。木糖醇有較強(qiáng)的抗酮體作用，比山梨酸更優(yōu)越。以木糖醇靜脈注射，搶救酮體病人，有較好的療效。木糖醇熱穩(wěn)定性好，和氨基酸一起加熱不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，能夠和氨基酸配制種種制劑作為營養(yǎng)藥物。木糖醇還能促進(jìn)胃液的分泌，促進(jìn)胰臟和膽的活性，促進(jìn)腎上腺皮質(zhì)激素等增加，適用于老年人和體弱的人[4]。3.木糖醇的應(yīng)用：結(jié)合木糖醇的生理功能，使木糖醇在許多領(lǐng)域有著專門多的應(yīng)用，下面將對其進(jìn)行應(yīng)用方面的介紹。3.1.在食品領(lǐng)域的應(yīng)用因?yàn)槟咎谴荚隗w內(nèi)的代謝，和胰島素沒有關(guān)系，因此木糖醇應(yīng)用于糖尿病患者食品的生產(chǎn)。同時(shí)木糖醇在口中能夠有清涼感，同時(shí)在口中不被細(xì)菌發(fā)酵生成乳酸，對微生物而言是不良的培養(yǎng)基，因此可不能產(chǎn)生齲齒，故而可用于制作口香糖。木糖醇作為食糖的代用品具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，木糖醇在食品加工時(shí)可不能因加熱而發(fā)生“美拉德”褐變反應(yīng)，這是因?yàn)槟咎谴寂c糖類不同，沒有醛基，可不能和氨基酸發(fā)生反應(yīng)使食品色澤加深。木糖醇不受酵母菌和細(xì)菌的作用、不發(fā)生霉變，能夠延長食品的保存期限。因此木糖醇廣泛應(yīng)用在口香糖、巧克力、飲料、食用糖果等制品中以代替蔗糖、麥芽糖、果糖、砂糖等[5-6]。3.2在藥學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用3.2.13.2.2木糖醇類表面活性劑多元醇類非離子表面活性劑中，眾所周知的有山梨醇脂肪酸酯，也確實(shí)是國際上通用的Span(司盤)和Tween(吐溫)。木糖醇和山梨醇差不多上多元醇，只是木糖醇比山梨醇少一個(gè)碳和一個(gè)羥基，物化性質(zhì)極其相似。木糖醇類表面活性劑有兩種[2，一種為木糖醇和硬脂酸在堿性介質(zhì)中，在200~210℃下，酯化2h生成的木糖醇硬脂酸酯，可用于雙氧水脫色，其性質(zhì)和司盤63.3在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用木糖醇能夠作為優(yōu)質(zhì)的輸液載體。木糖醇注射液可與多數(shù)注射液配伍，因?yàn)槟咎谴紵岱€(wěn)定性好，木糖醇注射液的pH范圍比葡萄糖注射液的pH范圍寬(4．5～7．0)，另外木糖醇沒酮基和醛基，其化學(xué)性質(zhì)比葡萄糖穩(wěn)定。木糖醇能與抗菌藥、心腦血管用藥、消化系統(tǒng)用藥、抗腫瘤藥、維生素類等其他藥品制成輸液。除了作為優(yōu)質(zhì)的輸液載體之外，木糖醇還能夠用作腸道外營養(yǎng)物、糖尿病的治療、預(yù)防齲齒、肝病治療以及預(yù)防呼吸道感染等方面起到一定的作用[7]。3.4.在化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用木糖醇可用于生產(chǎn)有抑菌性質(zhì)的表面活性劑；在合成樹脂工業(yè)中，用于生產(chǎn)多種醇酸樹脂；在皮革鞣制行業(yè)，木糖醇與苯酚、甲醛、磷酸等反應(yīng)制得無色皮革鞣劑，具有良好的水溶性及鞣性，且存放穩(wěn)定，可不能氧化發(fā)暗，用于鞣制白色皮革。木糖醇可替代甘油，應(yīng)用于造紙、日用化工產(chǎn)品及國防工業(yè)中經(jīng)硝化可制爆炸物質(zhì)；與合成脂肪酸作用可制得不易揮發(fā)的增塑劑；木糖醇本身還具有乳化、分散、消泡等作用；它比六元醇的耐熱性和抗腐蝕性能優(yōu)異，是應(yīng)用前景較佳的重要乳化劑。隨著木糖醇在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和生產(chǎn)的進(jìn)展，木糖醇需求量將有較大的增長[8]。4.木糖醇的生產(chǎn)工藝及比較目前針對木糖醇的生產(chǎn)工藝有專門多種，下面列舉三個(gè)，并對其進(jìn)行比較。4.1.花生殼提取木糖醇工藝及參數(shù)4.1這種要緊采納目前國際國內(nèi)普遍采納的離子交換脫酸法,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了一定的技術(shù)改進(jìn),其要緊的工藝路線為:花生殼→預(yù)處理→水解→脫色→離子交換→第一次濃縮→離子交換→加氫→離子交換→二次濃縮→→結(jié)晶→離心分離→晶體成品。4.1.①預(yù)處理。將發(fā)霉、變質(zhì)的花生殼篩選、分揀出來,用水洗去沙土及污物,破裂至1～22cm。先在100℃的溫度下,蒸煮60min,把水排除,再加入低濃度的稀鹽酸于120℃蒸煮60～②水解。水解確實(shí)是將花生殼中以多縮戊糖為主組成的纖維素,在酸的催化作用下裂解并與水結(jié)合生產(chǎn)糖的過程。以花生殼用量的17%～20%的一定濃度的鹽酸在水解釜中采納常壓水解的方法進(jìn)行水解。水解溫度為120℃,水解時(shí)刻為4h③脫色。以粉狀和顆粒狀混合的活性炭做為脫色劑,采納常壓操作,活性炭用量一般為糖液的12%～15%。脫色速度要快,溫度不要過高。一般操縱在75～80℃④離子交換。此次交換為第一次交換,其要緊目的是為了除去水解液中的無機(jī)酸和有機(jī)酸。CLl是陰離子,因此,第一次是采納陰離子交換樹脂,陰離子交換樹脂可選用大孔陰樹脂D296等,它不但能夠除去陰離子,還能夠吸附除掉專門多膠體雜質(zhì)和色素。⑤一次濃縮。離子交換除酸后的糖液通過減壓蒸發(fā),使糖液濃度提高到30%～35%，蒸發(fā)時(shí)刻為8h左右。⑥離子交換。第二次交換的目的是為了除去灰份和陽離子,因此采納陽離子交換樹脂,陽離子交換樹脂可選723型強(qiáng)酸陽離子樹脂。它不僅能夠除去陽離子雜質(zhì),還能夠吸附除去膠體和非糖體、含氮化合物等。⑦加氫處理。采納間歇釜式懸浮鎳催化加氫,當(dāng)反應(yīng)溫度為120～130℃,壓力為70～80kg/cm-2,pH值為6.5左右,劑糖質(zhì)量比為2%,反應(yīng)時(shí)刻為90～120min,轉(zhuǎn)化率可達(dá)99%以上,⑧離子交換。第三次交換是為了氫化液的凈化,凈化后的木糖漿通過加氫會增加酸度和金屬離子,要進(jìn)一步凈化,以除去這些雜質(zhì),該過程宜采納"陽柱陰柱混合床"的組合,混合床的交換負(fù)荷特不低,使木糖醇的純度更高。⑨二次濃縮。采納真空蒸發(fā)結(jié)晶。蒸發(fā)濃縮前,先過濾除去氫化液中其他雜質(zhì)及少量催化劑細(xì)未,蒸發(fā)濃縮過程溫度操縱<75℃,真空度700mm汞柱以上。當(dāng)濃縮液含醇量為90%時(shí),⑩結(jié)晶、成品。當(dāng)醇膏溫度降到64℃左右加入適當(dāng)晶種,慢慢攪拌助晶,每小時(shí)降溫l℃,直到比室內(nèi)溫度稍高時(shí),即可分離取得成品[9]4.2利用玉米芯制取木糖醇4.2玉米芯→預(yù)處理→水解→一次脫色→一次凈化→一次濃縮→二次脫色→二次凈化→二次濃縮→加氫→三次脫色→三次凈化→三次濃縮→結(jié)晶→離心→干燥→檢驗(yàn)→內(nèi)外包裝→入庫2.2操作要點(diǎn)①水解將預(yù)處理好的玉米芯經(jīng)玉米芯水解設(shè)備裝置進(jìn)行水解。水解操縱參數(shù):水解壓力0．11～0.15MPa,水解溫度115～130℃,水解酸度1.0%～1.5%,水解時(shí)刻4h,水解的好壞,阻礙到玉米芯出糖率的高低,②脫色脫色是采納粉末活性炭去除糖液中的色素、膠體等雜質(zhì),達(dá)到初步凈化的目的,一般加入粉末活性炭的比例為糖液干物含量的3%～10%,脫色溫度為70～80℃,攪拌轉(zhuǎn)速為200r/min,脫色時(shí)刻為40～60min③凈化凈化是采納陰、陽離子交換樹脂去除糖液中的陰、陽離子,達(dá)到凈化提純的目的。凈化提純的好壞,關(guān)系到成品木糖醇的灰份含量,是木糖醇生產(chǎn)的關(guān)鍵工序之一。④加氫加氫是木糖醇生產(chǎn)的核心工序,將木糖液加入到WHFS-5型反應(yīng)釜中,調(diào)節(jié)pH=7.5～8.0,按糖液干物含量的3%～10%加入雷尼鎳催化劑,操縱反應(yīng)溫度120～140℃,反應(yīng)壓力810～1010MPa,反應(yīng)時(shí)刻2h,使木糖液轉(zhuǎn)化為木糖醇液。⑤結(jié)晶通過操縱降溫速度,一般每小時(shí)降低1度,使處于過飽和狀態(tài)的木糖醇晶體生長、成形并析出,達(dá)到得到晶體木糖醇的目的。⑥離心通過操縱離心機(jī)的離心轉(zhuǎn)速,一般每分鐘1000～1500轉(zhuǎn),使木糖醇與母液分離,達(dá)到進(jìn)一步提純的目的。⑦干燥通過操縱烘干機(jī)的溫度與環(huán)境濕度,使木糖醇中的水分蒸發(fā),烘干溫度為50～60℃,環(huán)境的相對濕度≤65%,干燥時(shí)刻≤30min[10]4.3利用微生物進(jìn)行木糖醇的生產(chǎn)4.3.1眾所周知，能資化（同化）木糖的酵母在特定的培養(yǎng)條件下，能夠在培養(yǎng)基質(zhì)中積存木糖醇代謝產(chǎn)物。在有關(guān)發(fā)酵法生產(chǎn)木糖醇的研究中，這類酵母是最常利用的。作為從木糖到產(chǎn)生木糖醇的酵母有假絲酵母屬、畢赤氏酵母菌屬、德巴利氏酵母屬等多種。特不是熱帶假絲酵母等酵母大多產(chǎn)生木糖醇的能力高，收率（生成物質(zhì)量/消耗基質(zhì)質(zhì)量）大約在70%~85%。另外，還發(fā)覺了絲狀菌、細(xì)菌腸桿菌科、腸桿菌屬變種和纖維單胞菌菌等，也能利用木糖轉(zhuǎn)化生產(chǎn)木糖醇。4.3.2假絲酵母菌屬的酵母通過如圖2所示的代謝路線生產(chǎn)木糖醇。木糖原料（基質(zhì)）首先在木糖還原酶（XR）作用下還原成木糖醇。然后在木糖醇脫氫酶作用下氧化生成D－木糖。D－木糖磷酸化以后，通過戊糖磷酸代謝路線代謝。相關(guān)于第一個(gè)反應(yīng)的催化劑要緊利用的輔酶NADPH，第二個(gè)反應(yīng)的催化劑XDH（木糖醇脫氫酶）是利用NAP+作為輔助酶發(fā)生作用的，XR是利用NADPH和NADH兩者而存在。酵母細(xì)胞內(nèi)NADP要緊通過戊糖磷酸的代謝路線轉(zhuǎn)化成NADPH。另一方面NADH在好氣條件下通過呼吸反應(yīng)鏈（氧化的磷酸化）的反應(yīng)后，再生成NAD+（見圖1）。生產(chǎn)木糖醇的酵母在微好氣條件下（溶存氧質(zhì)量濃度：0.1mg/L~1mg/L）累積木糖醇最多，在這種限制供氧條件下，木糖的代謝過程由于不能充分地將NADH再生成NAD+，因此細(xì)胞內(nèi)NADH濃度高。其結(jié)果是：一方面XDH阻礙了由木糖醇迅速轉(zhuǎn)化為木糖的氧化反應(yīng)，因此木糖醇積聚了起來。另一方面，在完全的好氣條件下，由于通過呼吸鏈NADH充分再生成NAD+，因此木糖醇被迅速的代謝過程耗盡了，積蓄的量也就減少了。同時(shí)，在嫌氣條件下，在木糖醇利用的能力顯著低下的同時(shí)，乙醇成為要緊的生成物了。關(guān)于XR與XDH兩種輔酶特異性不同，在微好氣條件下形成細(xì)胞內(nèi)的氧化還原平衡失調(diào)，然而他卻是累積木糖醇的緣故。正如上述的生成機(jī)制能夠知悉，培養(yǎng)基中溶存氧的濃度是能夠阻礙木糖醇生產(chǎn)的最重要因素。其余緣故，如培養(yǎng)基組成、基質(zhì)（木糖）的濃度、輔助基質(zhì)、氮源、初發(fā)菌的濃度等也阻礙木糖醇的生產(chǎn)。4.3.3利用常見的啤酒酵母通過遺傳基重組方法將木糖同化酵母畢赤氏酵母屬菌的XR導(dǎo)入以后，成功地取得極高的收率（95%），將木糖變換為木糖醇。然而，像如此高收率的木糖醇生產(chǎn)，還必須添加葡萄糖等輔助基質(zhì)。啤酒酵母與假絲酵母屬酵母不同，在木糖是碳源的場合，戊糖磷酸代謝路線的活動弱，從NADP+轉(zhuǎn)化為NADPH的再生是有限的，因此為了輔助酶的再生，添加葡萄糖是必須的。而大部分實(shí)際生產(chǎn)中，差不多上利用葡萄糖而生產(chǎn)出木糖醇，如圖2，即為利用葡萄糖由重組枯草芽孢桿菌合成木糖醇的代謝路線[11]。4.4三種工藝的綜合比較及分析①前兩種工藝原料來源廣泛,廉價(jià)易得,生產(chǎn)成本低。第三種菌種的選擇和實(shí)際操作中要比前兩種更為復(fù)雜、要求也更嚴(yán)格。②第一種方法就第二種方法而言，水解過程所用的催化劑為鹽酸,用其替代傳統(tǒng)木糖醇制取工藝中以硫酸為催化劑,相對硫酸的使用能夠節(jié)約一半的用量。另外,生產(chǎn)廢水中的高濃度硫酸根離子也阻礙廢水處理效果,用鹽酸替代硫酸消除木糖醇廢水處理的難題。水解是在常壓下進(jìn)行,節(jié)約了設(shè)備投資。整體過程，第一種要比第二種方法簡便。而因玉米芯產(chǎn)量大，多縮戊糖含量最高，結(jié)構(gòu)相對疏松，易存儲，易于提取，因此第二種方法目前來講應(yīng)用最多。③前兩種方法較第三種方法的產(chǎn)率較低，且第三種能獲得高純度的木糖醇（約90%）。同時(shí)減少了預(yù)處理的工序和成本。微生物發(fā)酵法要簡單的多,結(jié)晶也比較容易，同時(shí)也相對前兩種也更為環(huán)保且更為節(jié)約成本，具有更好的進(jìn)展前景。④三種方法中，前兩種每生產(chǎn)1t木糖醇，需花生殼25t、玉米芯20t。通過計(jì)算，每生產(chǎn)1t木糖醇，前兩種方法的成本分不為13700元和15200元，而其利潤分不為4000和3000元。第三種方法，因缺乏相關(guān)數(shù)據(jù)，而沒有得出相應(yīng)結(jié)果，但結(jié)合其工藝可知，其成本要高于二者，但利潤要大于二者。⑤綜合三種方法來看，在木糖醇的生產(chǎn)過程中，通氣量、PH值、溫度、壓力等條件是獲得高產(chǎn)率的重要條件。⑥從生產(chǎn)工藝來看，前兩種能夠算作合成法生產(chǎn)，而第三種能夠算作發(fā)酵法生產(chǎn)。⑦就上文提出的應(yīng)用來講，在食品領(lǐng)域和醫(yī)療領(lǐng)域采納的產(chǎn)方法多為利用蔗渣水，進(jìn)行微生物發(fā)酵生產(chǎn)。木糖醇的生產(chǎn)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際的質(zhì)量要求、產(chǎn)量要求、生產(chǎn)能力等，選取合適的生產(chǎn)方法進(jìn)行生產(chǎn)。5.木糖醇的現(xiàn)狀及前景就大部分天然產(chǎn)物在世界范圍內(nèi)的應(yīng)用來講木糖醇被利用的時(shí)刻不是專門長。我國開始利用木糖醇是在20世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)是向前蘇聯(lián)學(xué)習(xí)，開展用木糖醇代替我國供不應(yīng)求的甘油的研究，其真正的進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)大致是在20世紀(jì)70年代前后。而今，隨著科學(xué)技術(shù)不斷的進(jìn)展和進(jìn)步，我國國內(nèi)的結(jié)晶木糖醇要緊用于糖尿病人的輔助治療及各種食品的糖替代品，而液體木糖醇要緊用于食品配料以及牙膏、卷煙、油漆代甘油等。中國是木糖醇的生產(chǎn)大國,總產(chǎn)量占全世界的40%,然而在木糖醇新功能和對人類健康的應(yīng)用方面我們的起步還比較晚,還沒有形成體系,關(guān)于木糖醇的功能開發(fā),我們做的還不夠。其功能和終端產(chǎn)品的開發(fā),將逐漸會成為今后國內(nèi)木糖醇行業(yè)的研究重點(diǎn)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速進(jìn)展,人們關(guān)于健康的追求將會不斷升級。目前,在預(yù)防肺炎、耳炎方面的應(yīng)用,在國外差不多進(jìn)展