木糖醇

木糖醇

木糖醇原產於芬蘭,是從白樺樹、橡樹、玉米芯、甘蔗渣等植物原料中提取出來的一種天然甜味劑,在自然界中,木糖醇的分布範圍很廣,廣泛存在於各種水果[植物果實]、蔬菜、穀類之中,但含量很低。商品木糖醇是將玉米芯、甘蔗渣等農業作物進行深加工而製得的,對於人們的身體來說,木糖醇也不是一種舶來品,它本就是人們身體正常糖類代謝的中間體。

基本信息

簡介

木糖醇木糖醇
木糖醇(C5H12O5),又名戊五醇,,是一種五碳糖醇。木糖醇是木糖代謝的中間產物,外形為結晶性白色粉末,有吸濕性,無毒無異味,有甜味,極易溶於水,微溶於乙醇甲醇。廣泛存在於果品、蔬菜穀類蘑菇之類食物和木材、稻草玉米芯等植物中。木糖醇可用作甜味劑、營養劑和藥劑在化工食品醫藥等工業中廣泛套用。

木糖醇作為一種功能性甜味劑,能參與人體代謝,進入血液後,不需胰島素就能透入細胞而且代謝速度快,不會引起血糖升高,是最適合於糖尿病患者食用的營養型食糖替代品

從食品級來說,木糖醇有廣義和狹義之分。廣義為碳水化合物,狹義為多元醇。因為木糖醇僅僅能被緩慢吸收或部分被利用。熱量低是它的一大特點:每克2.4卡路里,比其他的碳水化合物少40%。木糖醇從20世紀60年代開始套用與食品中。在一些國家它是很受糖尿病人歡迎的一種甜味劑。在美國,為了某些特殊目的可以作為食品添加劑,不受用量限制的加入食品中。

物理化學性質

外形似白糖略帶甜味的斜方晶體(穩定型)或單斜晶體(亞穩型)。易溶於水,溶於乙醇及吡啶類溶劑。

主要用途

木糖醇木糖醇
1、用作食品甘味劑

2、是一種具有營養價值的特殊甜味劑。溶於水吸熱,食用時口感清涼,且不致齲,也適合糖尿病使用。我國規定可用於糕點、飲料、糖果中,以代替蔗糖,按生產需要適量使用。

3、營養甜味劑,主要供糖尿病患者和作為防齲齒用甜味劑。保濕劑。

4、有機合成原料,可製取表面活性劑、乳化劑、破乳劑、各種醇酸樹脂及塗料、清漆等。和合成脂肪酸所生成的酯是不易揮發的增塑劑。木糖醇可代替甘油,套用於造紙、日用品及國防工業中。由於它是多羥基化合物,具有甜味、無毒、適用於低熱值食品和糖尿病人用作甜味劑。

5.製取表面活性劑、乳化劑、破乳劑、各種醇酸樹脂及塗料、清漆等。和合成脂肪酸所生成的酯是不易揮發的增塑劑。木糖醇可代替甘油,套用於造紙、日用品及國防工業中。

藥物分析

方法名稱:木糖醇原料藥—木糖醇的測定—氧化還原滴定法
套用範圍:本方法採用滴定法測定木糖醇原料藥中木糖醇的含量。
本方法適用於木糖醇原料藥。
方法原理:供試品加水稀釋後取適量置碘瓶中,加高碘酸鉀溶液及硫酸溶液後,再加碘化鉀,用硫代硫酸鈉滴定液滴定,近終點時,加澱粉指示液,繼續滴定至藍色消失,並將滴定的結果用空白試驗校正,根據滴定液使用量,計算木糖醇的含量。
試劑:1.高碘酸鉀溶液
2.硫酸溶液(1mol/L)
硫酸溶液(0.5mol/L)
碘化鉀
硫代硫酸鈉滴定液(0.1mol/L)
澱粉指示液
稀硫酸
基準重鉻酸鉀
試樣製備:1.高碘酸鉀溶液
稱取高碘酸鉀2.3g,加1mol/L硫酸溶液16.3mL與水適量使溶解,再用水稀釋至500mL。
硫酸溶液(1mol/L)
取硫酸60mL,緩緩注入適量水中,冷卻至室溫,加水稀釋至1000mL,搖勻。
硫酸溶液(0.5mol/L)
取硫酸30mL,緩緩注入適量水中,冷卻至室溫,加水稀釋至1000mL,搖勻。
硫代硫酸鈉滴定液(0.1mol/L)
配製:取硫代硫酸鈉26g與無水碳酸鈉0.20g,加新沸過的冷水適量使溶解成1000mL,搖勻,放置1個月後濾過。
標定:取在120℃乾燥至恆重的基準重鉻酸鉀0.15g,精密稱定,置碘瓶中,加水50mL使溶解,加碘化鉀2.0g,輕輕振搖使溶解,加稀硫酸40mL,搖勻,密塞,在暗處放置10分鐘後,加水250mL稀釋,用本液滴定至近終點時,加澱粉指示液3mL,繼續滴定至藍色消失而顯亮綠色,並將滴定結果用空白試驗校正。每1mL硫代硫酸鈉滴定液(0.1mol/L)相當於4.903mg的重鉻酸鉀。根據本液的消耗量與重鉻酸鉀的取用量,算出本液的濃度。室溫在25℃以上時,應將反應液及稀釋用水降溫至約20℃。
澱粉指示液
取可溶性澱粉0.5g,加水5mL攪勻後,緩緩傾入100mL沸水中,隨加隨攪拌,繼續煮沸2分鐘,放冷,傾取上層清液,即得,本液應臨用新制。
稀硫酸
取硫酸57mL,加水稀釋至1000mL。
操作步驟:精密稱取供試品約0.2g,置100mL量瓶中,加水溶解並稀釋至刻度,搖勻,精密量取5mL,置碘瓶中,精密加高碘酸鉀溶液15mL與0.5mol/L硫酸溶液10mL,置水浴上加熱30分鐘,放冷,加碘化鉀1.5g,密塞,輕輕振搖使溶解,在暗處放置5分鐘,用硫代硫酸鈉滴定液(0.1mol/L)滴定,至近終點時,加澱粉指示液2mL,繼續滴定至藍色消失,並將滴定的結果用空白試驗校正。每1mL硫代硫酸鈉滴定液(0.1mol/L)相當於1.902mg的C5H12O5。
註:“精密稱取”系指稱取重量應準確至所稱取重量的千分之一。“精密量取”系指量取體積的準確度應符合國家標準中對該體積移液管的精度要求。

生產方法

木糖醇的工業化生產是由農產品加工廢料(如玉米芯、棉籽殼、甘蔗渣、稻殼)中所含的多縮戊糖經酸性水解成戊糖,然後再經催化轉化得木糖醇:

(C5H8O4)n+H2O[H+]→nCH10O5[H2]→HOCH2(CHOH)3CH2OH

原料玉米芯的預處理預處理有罐內預處理和罐外預處理。罐外預處理即通過篩選、風選、水洗等工序以除盡原料中的機械雜質,提高原料質量。罐內預處理有水處理、酸處理或鹼處理等。玉米芯在水中處理最合適的條件為120℃和2h。
水解水解操作工藝有2類:即稀酸常壓水解(硫酸濃度1.5%~2.0%,溫度100~105℃)和低酸加壓水解(硫酸濃度0.5%~0.7%,溫度120~125℃)。一般一次投玉米芯700kg(折合乾料590kg),加入硫酸100kg(按100%計),耗酸按每千克糖0.48~0.75kg,水解時間2~3h。

中和中和的目的是除去水解液中的硫酸,但要保留有機酸。常用中和劑為石灰,先將石灰配成相對密度為1.10~1.15的石灰乳。在不斷的攪拌和80℃下加入石灰乳,使水解液的pH值從1.0~1.5升至3.5,時間大約1h,之後沉澱2h,中和操作即可結束。此時,中和液中無機酸的含量一般為0.03%~0.08%,糖分損失控制在3%以下。

脫色、蒸發、離交中和液需經脫色、蒸發濃縮和離子樹脂交換等工序製得純淨的木糖液。於水解液中加入焦木素15%(對還原物)和活性炭1%,於75℃下保溫攪拌45min,脫色損失為3%~5%,脫色液質量:透光度80%以上,純度75%~80%,灰分0.18%~0.22%。脫色液於中央循環管式蒸發器中濃縮至含糖量35%~40%,這裡還可以蒸發除去脫色液中微量的無機酸,過濾除去蒸發時析出的硫酸鈣沉澱。濃縮液的純度通常只有85%,用732強酸陽離子樹脂和強鹼多孑L性陰離子樹脂(1:1.5)進行離子交換,可得純度95%~97%的木糖液。

木糖氫化和木糖醇結晶將含糖12%~15%的木糖淨化液用鹼液調pH值至8,預熱至90℃後用高壓進料泵打入高壓反應,於115~130℃和7.0~8.0MPa下加氫還原得含醇12%~15%的氫化液。氫化液的要求:折射率12%~15%,總酸0.015%~0.05%,殘糖0%~1.5%,灰分0.1%~0.2%,透光度80%~85%。氫化液用0.2%(對醇)的活性炭脫色、過濾,並預濃縮至含醇50%,過濾後再進一步濃縮成含醇88%的木糖醇膏。出料後從65~70℃緩慢降溫(1℃/h)至20~30℃,離心分離得含醇96%的結晶,母液再回用。

主要功能

1.糖尿病人的甜味劑、營養補充劑和輔助治療劑

木糖醇是人體糖類代謝的中間體,在體內缺少胰島素影響糖代謝情況下,無需胰島素促進,木糖醇也能透過細胞膜,被組織吸收利用,供細胞以營養和能量,且不會引起血糖值升高,消除糖尿病人服用後的三多症狀(多食、多飲、多尿),是最適合糖尿病患者食用的營養性的食糖代替品。
2.改善肝功能

木糖醇能促進肝糖元合成,血糖不會上升,對肝病患者有改善肝功能和抗脂肪肝的作用,治療乙型遷延性肝炎,乙型慢性肝炎及肝硬化有明顯療效,是肝炎併發症病人的理想輔助藥物。
3.防齲齒

木糖醇的防齲齒特性在所有的甜味劑中效果最好,首先是木糖醇不能被口腔中產生齲齒的細菌發酵利用,抑制鏈球菌生長及酸的產生;其次它能促進唾液分泌,減緩PH值下降,減少了牙齒的酸蝕,防止齲齒和減少牙斑的產生,可以鞏固牙齒。
4.減肥功能

木糖醇為人體提供能量,合成糖元,減少脂肪和肝組織中的蛋白質的消耗,使肝臟受到保護和修復,消除人體內有害酮體的產生,不會因食用而為發胖憂慮。可廣泛用於食品、醫藥、輕工等領域。

質量標準

木糖醇木糖醇

純度98%
熔點Meltingpoint(Decomposition)91.0-95.0℃
水溶性試驗SolubilityinWater合格(透明)
氯化物chloride(Cl)≤50ppm
重金屬%≤0.0010
砷鹽%≤0.0004
鹽%≤0.0002
鉛%≤0.0001
硫酸根sulfate(SO4)≤50ppm
水溶性solubilityH2O0.1g/mL
灼燒殘渣ign.residue≤0.1%
乾燥損失lossondrying≤0.5%

套用領域

木糖醇木糖醇口香糖

1、木糖醇在體內新陳代謝不需要胰島素參與,又不使血糖值升高,並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劑、營養補充劑和輔助治療劑。
2、食用木糖醇不會引起齲齒,可以適用於作口香糖、朱古力、硬糖等食品的甜味劑。
3、由於其獨特的功能,與其它糖類、醇類調和食用,可作為低糖食品甜味劑
4、木糖醇口感清涼,冰凍後效果更好,可用在爽心的冷飲、甜點、牛奶、咖啡等行業。也可使用在健康飲品、潤喉藥物、止咳糖漿等方面。
5、為了身體健康,可用於家庭做蔗糖的代用品,以防止蔗糖食用過多引起的糖尿病肥胖症。
6、木糖醇是一種多元醇,可作為化妝品類的濕潤調整劑使用,對人體皮膚無刺激作用。例如:洗面乳、美容霜、化妝水等。
7、木糖醇具有吸濕性、防齲齒功能,並且液體木糖醇具有良好的甜味,所以可以代替甘油作菸絲、防齲齒牙膏、漱口劑的加香、防凍保濕劑等。
8、液體木糖醇可用在蓄電池極板製造上,性能穩定,容易操作,成本低,比甘油更佳。

副作用

糖類轉化

木糖醇作為糖醇一類其代謝機理及其實際代謝過程產生的熱量一直存在爭議,有部分學者認為絕大多數木糖醇通過肝臟代謝,其餘大部分被腦及心臟利用,只有少量參與皮下脂肪代謝。但木糖醇被肝臟吸收之後,50%以上會被進一步轉化為葡萄糖,45%左右被氧化,其他很少一部分變成乳酸

腹瀉

有證據表示過量攝入木糖醇因其在腸道內吸收率不到20%,容易在腸壁積累,易造成滲透性腹瀉。

生產工序

木糖醇有以下幾道的工序:

水解工序

木糖醇木糖醇

水解工序是木糖醇生產的第一道工序,是關係到木糖醇的質量和後序工序加工的難易的關鍵。如果把握不住水解液的質量,就會給後序工序帶來很多麻煩,最終會影響產品的質量。水解工序首要注意的問題是原料淨化問題,原料玉米芯要經篩選,洗滌,清除雜質,不要人為的把雜質引入水解液中,造成水解液質量的先天不足。水解工序參數三要素就是催化劑、水解溫度和時間。

中和工序

中和工序是中和脫酸工藝的關鍵工序,在這個工序將除去絕大部份無機酸-硫酸。中和效果的優劣要用pH值控制,水解液的pH值一般在1~1.5,當中和到pH4時,無機酸絕大部份中和掉,且有機酸也開始中和,當pH值5時,約有70%的醋酸甲酸乙醯丙酸等有機酸被中和掉,要想使全部有機酸被中和掉到pH10。但是當pH值4~5時就會破壞糖,生成色素,中和時局部過鹼也會造成還原糖分解,中和pH值通常為3.5,溫度70~80℃。中和時是把硫酸中和成石膏沉澱,生成兩種石膏,一種是二水石膏(CaSO4•2H2O),另一種是半水石膏(2CaSO4•H2O),這兩種石膏在不同溫度下溶解度不一樣,在80℃以下時二水石膏生成量大而溶解度比半水石膏小,但溫度過高生成的二水石膏量小,且溶解度增大,在中和時希望生成二水石膏越多越好。但沉澱和溶解是可逆的,為了使石膏生成的多,且結晶顆粒大,往往要沉降養晶,但時間不能過長,以免沉澱再次溶解。
脫色工序
脫色工序是木糖醇生產的主要工序,水解液中的色素有原料中的天然色素和在生產中生成的色素 ,天然色素如花色素是以配糖體存在的,在酸性介質中可以水解成一個糖和一個非糖體,在鹼性中呈綠色,蛋白質和胺基酸水解時也產生含氮的有色物質,糖類在鹼性中也分解生成色素,糖加熱時也可產生焦糖色。這些因素都會使水解液的色澤加深,影響木糖醇產品的質量,必須進行脫色處理。
脫色的原理很複雜,由於產品不同,脫色的原理也各不相同。木糖醇水解液的脫色基本屬於吸附脫色。吸附劑是多孔,比表面積很大的物質,吸附劑的種類較多。如白土、磺化煤焦木素活性炭,其中活性炭的比較廣泛。木糖醇水解液也曾試用過上述脫色劑,但相比之下還是活性炭比較理想。在活性炭的選用上和其它溶液大不相同,按常規活性炭的脫色能力通常是單位體積的活性碳能脫多少體積的甲基蘭溶液 ,而用於木糖醇水解液脫色的活性炭不能用這個傳統方法測試,必需在生產中用活性炭直接脫水解液的能力來比較,來測定活性碳質量的優劣。
脫色的原理既然是吸附,那就有吸附和解吸同時存在,為了讓脫色向正方向進行,脫色速度要快,溫度不要過高。
離子交換工序

水解液(也可稱為木糖漿)純度比較低,含有各式各樣的色素,灰份(石膏等),各種酸(硫酸、醋酸等),含氮物(蛋白質、胺基酸等),膠體等。這樣雜質複雜的木糖漿不經淨化是很難進行氫化生產出合格的木糖醇產品的。所以必須將木糖漿進行淨化,不然會使加氫催化劑中毒、失效。要使其純度達到95%以上,通過兩次交換以後,木糖漿的色澤接進無色,不帶酸性,以保證氫化反應的順利進行,提高產品的質量和收率。
兩種生產工藝都有離子交換工序,離子交換工序在木糖醇生產中是相當重要的工序,是影響木糖醇質量關鍵工序。在離子交換樹脂的選用上和交換工藝的改進上都有新的突破。同時每次交換的目的也不一樣,現以三次交換為例,看看交換工序的作用和發展。

第一次交換主要是為了除去水解液中的無機酸和有機酸,硫酸根是陰離子,所以,第一次是採用陰離子交換樹脂,陰離子交換樹脂的種類很多,不是每種樹脂都適合木糖醇生產的要求。原保定廠的技術人員在這方面做了大量工作,投入了大量人力和財力,經過多年的潛心研究,對國內外各種樹脂進行了詳細的篩選,取得了可喜的成果,篩選出大孔D型陰離子樹脂適合於木糖醇生產的要求,如大孔陰樹脂D296、D290等型號,為木糖醇工業的發展做出應有的貢獻。第一次交換採用大孔陰樹脂不但可以除去陰離子,而且可吸附除掉很多膠體雜質和色素第二次交換的目的是為了除去灰份和陽離子,所以採用陽離子交換樹脂,陽離子交換樹脂的種類也很多,但常用的還是強酸型732用的比較普遍,732強酸型陽離子交換樹脂是苯乙烯磺酸型樹脂,其功能團為磺酸基,這種樹脂強度高,交換容量大,使用壽命長。陽離子交換樹脂在交換中除去陽離子雜質外,還能以吸附的形式除去膠體和非糖體,如糖醛酸、聚糖醛酸,還有含氮化合物等。

第三次交換是為了氫化液的淨化,淨化後的木糖漿經過加氫會增加酸度和金屬離子,要進一步淨化,以除去這些雜質,就採用第三次離子交換,一般第三次交換採用陽樹脂。這就是陰-陽-陽離子交換工藝。

儲存方式

相對濕度不大於75%,袋口嚴格密封,防止產品吸潮或漏出袋外。原料藥木糖醇應儲存於涼暗乾燥處。

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