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唐和唐D-木糖的研究进展

2011-3-10 14:24:00

唐和唐D-木糖的研究进展
白福来 (济南圣泉唐和唐生物科技有限公司   250204 )
    1、定义
    木糖是一种戊糖,英文名称:xylose,相对分子质量为150.13,分子式为C5H10O5
    2、生产原料
    木糖是多缩戊糖的一个组分,在自然界迄今还未发现游离状态的木糖。天然D-木糖以多糖的形态存在于植物中,在农产品的废弃部分如玉米芯、棉籽壳、甘蔗渣、稻壳以及其它禾秆、种子皮壳等中含量较多。木糖也存在于动物肝素、软骨素和糖蛋白中,它是某些糖蛋白中糖链与丝氨酸(或苏氨酸)的连接单位。
    常用几种木糖原料中多缩戊糖的含量
原料名称
玉米芯
甘蔗渣
棉子壳
稻壳
麦秸
多缩戊糖含量%
35—40
24—25
25—28
16—22
17—20
    因玉米芯产量大,多缩戊糖含量最高,易存储,结构相对疏松,易于提取,因而大量被用于木糖生产。
    3、物化特性
    1)几种糖基本物理化学性质比较
产品
木糖
葡萄糖
蔗糖
相对分子质量
150.13
180.16
342.3
外观
白色结晶
白色结晶
白色结晶
气味
无臭
无臭
无臭
相对密度
1.525
1.544
1.587
熔点/
145
146
183186
渗透压
吸湿性
溶解度/g/100ml 水)
100
90
200
比旋度
+18.5—+19.5
+52.5—+53.0
+66
    唐和唐D-木糖甜度为蔗糖的72%,与葡萄糖甜度接近,风味亦与葡萄糖相似,能改善甜食的风味和口感,抑制异味。
    3)不被人体消化吸收
    木糖摄入后不被人体消化吸收,因而不会增加人体血糖值,是一种无热量的甜味剂,耐受性较好,过多食用不会导致腹胀和腹泻。亦不被口腔内微生物所利用,不会导致龋齿;具备膳食纤维的部分生理功能,可降低血清胆固醇和预防肠癌等。
    4)良好的配伍性
    木糖与食物的配伍性很好,可以根据需要,以任何比例添加在食品中。与氨基酸混合加热过程中容易产生美拉德反应,起到增香的效果。
    5)保健功能性
    木糖能活化人体肠道内的双歧杆菌并促其生长,双歧杆菌是有益菌,该菌越多越有益人体健康;食用木糖能改善人体的微生态环境,提高机体的免疫能力,在宠物饲料中的应用市场潜力巨大。
    6)具有还原性
    木糖是一种还原性糖类,在催化剂存在下能被氢化还原生成木糖醇,木糖被大量用作木糖醇的原料。通过化学反应来制取糖苷和羟基酸,可作为代甘油和食用有机酸。
4、木糖产品级别
    由于应用领域的不同,下游客户对木糖的产品质量要求差别较大,其中用于加工生产木糖醇、抗氧化剂的木糖质量要求较低,在行业中被称为原料级木糖,而作为健康食品配料、风味改善剂,可直接食用的木糖对质量的要求较高,在行业中被称为食品级木糖。原料级木糖和食品级木糖在生产工艺、质量要求和市场应用中的差别如下表所示:
品种
食品级
原料级
产品标准
纯度高、透光率高、严格控制金属类和微生物指标。产品洁净度高、无肉眼可见异物。达到美国药典USP、日本JP6、英国药典BP、欧洲药典EP标准要求。
纯度低,透光率低,对金属类和微生物指标不进行控制,一般执行供需双方的协议标准。产品洁净度差、色深、常有肉眼可见异物。
包装标准
内包装为气密性好、无毒的聚乙烯塑料袋,符合食品级要求。外包装为纸塑复合袋。确保产品不受污染。
内包装为薄的塑料袋,外包装为塑料编织袋。密封性差,易污染物料。
生产工艺
玉米芯 水解 中和/两次脱色 离子交换 浓缩 离子交换浓缩结晶离心化糖离子交换膜集成装置浓缩结晶 离心 干燥磁选包装金属检测食品级木糖
玉米芯 水解 中和/两次脱色离子交换 浓缩 离子交换浓缩结晶 离心原料木糖 
生产环境
1 生产条件须符合GMP要求; 2 生产用水为纯化水; 3 需要深度净化,常采用膜集成技术,可高效截留蛋白、胶体等大分子以及细菌和微小杂质;4 需选用卫生级高抛光设备管线;5 需进行高效剔除金属异物并能有效检测控制。
无特殊要求
应用范围
用于无热量甜味剂,以及荤菜肴制品添加剂、食品和油脂抗氧剂、肉制品加工增香着色、酱色原料、各种肉类香精原料、整肠剂、酸味调节剂、医药制品等。
大部分用于木糖醇生产,部分用于抗氧化剂、糖苷类生产。
    木糖各级别产品质量指标情况如下表:
项目级别
日本JP 
美国USP 
欧盟EP
国标优级品
国标合格品
行业原料级
含量 %
98.0101.0
98.0102.0
——
≥99.0
≥98.5
>98.0
干燥失重%
≤ 1.0
≤ 0.1
≤ 0.5
≤ 0.3
≤ 0.3
≤ 0.5
灼烧残渣%
≤ 0.05
≤ 0.05
≤0.1
≤ 0.05
≤ 0.05
≤0.1
比旋度
——
+18.2°+19.4°
+18.5°+19.5°
+18.5°+19.5°
+18.5°+19.5°
——
重金属  %
≤ 0.0010
≤ 0.0010
≤ 0.0002
——
——
——
*盐 %
≤ 0.0004
≤ 0.0001
——
——
——
——
氯化物 %
——
——
≤ 0.033
≤ 0.005
≤ 0.005
——
硫酸盐 %
≤ 0.005
——
——
≤ 0.005
≤ 0.005
——
  %
——
≤ 0.0005
——
——
——
——
透光率 %
——
——
——
≥98.0
≥96.0
≥95.0
   二、木糖的应用领域
    1、原料级木糖
    1)作为木糖醇生产的原料
    原料级木糖主要用于加氢生产木糖醇,因国际市场木糖醇需求逐年增长,国内生产的木糖也只是达到供需平衡的状况。
    2)在轻工、化工行业用于糖苷类生产
    木糖可制取糖苷代甘油。用食用原料合成安全性的代甘油产品,在食品行业中有较大用途。如木糖醇木糖苷、木糖醇双木糖苷、乙二醇木糖苷等。
    2、食品级唐和唐D-木糖
    1)在食品、饮料中作为无热量甜味剂,适用于肥胖及糖尿病患者
    木糖在体内的代谢作用不需由胰岛素促进,可直接进入细胞而被摄取,不影响血糖,主要在空肠段被动吸收,90%排出体外,不会导致腹泻,因而它是糖尿病患者优良的营养性甜味剂及治疗药物。.我国糖尿病患者超过三千万人,按此估算每年可消费木糖20万吨,这是一个相当可观的潜在市场。
    2)在肉食加工及热加工粮食制品中作风味改良剂
    在食品加工过程中,少量添加木糖,就能起到增香的效果。在日本早已广范应用于焙烤食品、饼干、米果、火腿、香肠、腊肉、水产品、人造肉等生产中、肉食品加工中,添加糖类。经加热后,肉制品的色泽、风味、香气得以改善,还可调节肉食的异味,在这方面木糖比葡萄糖或蔗糖要有更好的效果。
    3)用来生产肉类香精原料。
    国内外生产的肉类香精,主要是利用肉类酶解提取物为基料,然后配以氨基酸和糖,加热进行美拉德反应,能得到逼真的各种天然肉类香料,包括蛋黄味、海鲜味等。目前所用此类香料中以木糖作原料的所占比例最大
    4)食品行业在高档产品和健康产品中用量不断增加。用来合成焦糖色素,作为食品饮料中的着色剂及高档酱油色
    5)用来生产食品抗氧化剂
    国外研究表明,木糖和氨基酸制取的MRP,能抑制脂类氧化,完成可以代替“BHABHTTBHQ”等化学合成抗氧化剂,作为防止食品尤其是含油食品氧化变质,安全性更有保证,国外上市商品叫MRPs
    不同糖和不同氨基酸反应生成的MRP的抗氧化活性
 
谷氨酸
半胱氨酸
缬氨酸
组氨酸
赖氨酸
精氨酸
 
0
0.3
0.3
0.5
0.8
0.4
葡萄糖
0.1
0.1
0.5
0.85
1.2
0.5
 
0.2
0.15
0.3
0.8
3.8
5.5
    由上表可知,不同的糖和不同的氨基酸发生美拉德反应,获得不同抗氧化活性的抗氧化剂。要获得较高抗氧化活性的美拉德反应产物,原料中糖类以木糖最优,氨基酸以精氨酸最佳。
    6)用来生产食用有机酸三羟基戊二酸
    三羟基戊二酸作为柠檬酸的代用品酸度调节剂,可用于各种食品加工,如罐头、果酱蜜饯、点心、果汁果酒、饮料、冷饮等。
 三、市场发展情况及前景分析
    1、国内外主要生产企业
    我国生产木糖始于上世纪60年代末,经过几十年的发展到90年代,最多时曾达到60余家企业,总生产能力近3万吨/年。1998年以后,由于出口下降,价格下滑,许多企业纷纷停产、转产、甚至破产。近两年来,木糖市场出现复苏,但因国家对环保要求的提高,多个厂家进行限量生产或停产改造,目前,仅有十几家企业能正常生产,总生产能力超过原60家企业的总和,达到10万吨以上。国内主要生产企业有济南圣泉唐和唐生物科技有限公司、河北保硕集团、山东龙力生物、山东福田药业、浙江华康药业、河南豫鑫药业,还有七台河泓辰,内蒙古洪源,濮阳研光鹏程等。
    国外木糖起步较早,主要有俄罗斯、美国、日本、芬兰等国家生产,生产厂家有日本的油脂公司、荷兰的阿克苏公司、美国的Lucidol公司等。
    2、市场发展状况
    木糖的生产已经有几十年的历史,但主要以原料级木糖为主,用于生产木糖醇,每年国内需用量达到8万吨以上,这些产品级别较低,质量较差,品质安全无法保证,不适合作为食品配料直接使用。
    近几年作为可直接食用的食品级木糖市场呈现快速发展状态。食品级木糖作为一种纯天然的功能糖产品,在国外市场已经非常普及。日本在20世纪60年代已批准木糖作为无热量甜味剂,1973年《日本食品添加物便览》对木糖说明为:无热量甜味剂,荤菜肴制品添加剂,油脂抗氧剂,酱色原料,各种香味原料,整肠剂,低吸湿性原料,医药用,工业原料。美国FEMA将木糖列为公认安全的食品添加剂。糖醇类产品作为无糖甜味剂,其有耐受性限制,而木糖耐受性好、无热量,作为无热量甜味剂在国内外市场有很大的扩展空间。进入90年代以来,人们对保健食品的需求越来越大,食品级木糖作为一种无热量的糖,可满足喜爱甜品的肥胖及糖尿病患者的需求,被广泛用于食品,饮料中。
    在国内,我国木糖国家标准(GB/T23532-2009)也已于2009111正式实施,标准修改采用了英国药典BP2007与美国药典USP30的木糖质量标准,并在其基础上有所提高。这促进了我国食品级木糖的发展。我国食品级木糖以出口为主,虽然产品在质量和成本上,有了明显的进步,具备了同国外产品竞争的条件,改变了过去以原料级木糖出口为主的被动局面。但因食品级木糖产品质量要求高,大多数生产厂家由于现有设备的局限生产不出符合出口要求的产品。少数几家有生产食品级木糖醇经验的企业只能够以普通木糖为原料少量生产食品级木糖。由于工艺的限制,大大妨碍了食品级木糖的产量。随着食品级木糖需求量的增加,部分糖醇企业积极准备新上食品级木糖生产线,以应对市场需求。
    总之,木糖工业是一个新兴工业,又有着广阔的应用前景。我国是农业大国,原料资源丰富,市场广阔,有得天独厚的发展条件。再加上金融危机的消退,木糖市场呈现快速增长趋势,预计到2011年国际市场需求量将超过4万吨,国内需求也将达到1万吨以上。未来几年食品级木糖需求将以25%左右的速度增长,随着经济的发展,人民生活逐渐由温饱型向营养型、保健型转变,食品级木糖成为未来发展的必然趋势

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