木糖醇特性及應(yīng)用研究進展

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]。

1 木糖醇生產(chǎn)

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]。

2 木糖醇的生物特性

2.1 糖尿病人的甜味劑和輔助治療劑

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。

2.2 防止齲齒的發(fā)生

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]。

2.3 預(yù)防呼吸道感染

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。

2.4 預(yù)防骨質(zhì)疏松

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]。

2.5 抗氧化性能

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。

2.6 其他功能

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。

3 木糖醇的應(yīng)用

3.1 食品加工業(yè)的應(yīng)用

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。

3.2 醫(yī)藥行業(yè)的應(yīng)用

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。

3.3 日化行業(yè)的應(yīng)用

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。

3.4 其他領(lǐng)域的應(yīng)用

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]。

4 結(jié)語

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。