功能性单糖

    子任务一　功能性单糖

    一、功能性单糖种类

    (一)果糖

    果糖为一种单糖，全称D－阿拉伯型己酮糖，白色晶体或粉末，商品常带浅棕黄色，味很甜。密度1.6g/cm³，熔点103℃～105℃。易溶于水、乙醇和乙醚，有旋光性，其溶液有变旋现象。无醛基而具活性酮基，能发生银镜反应，氧化产物为羟基乙酸和三羟基丁酸。与石灰水可形成果糖钙沉淀，但通入二氧化碳又可复出果糖。

    果糖以游离的形式大量存在于水果的浆汁和蜂蜜中，是牛和人的精液中存在的唯一的还原糖。水果的主要成分是果糖，无需通过胃来消化，它可直接进入小肠被吸收。

    果糖作为重要的功能甜味剂，具有独特的性质。果糖是所有糖中最甜的一种，甜度是蔗糖的1.5倍，低温下可达1.8倍，且不易被口腔微生物利用，对牙齿的不利影响比蔗糖小，等甜度下能量低，可应用于低能量食品。在生物体内，果糖也可以被氧化以提供能量，因其代谢途径不受胰岛素制约，且糖尿病患者对果糖的耐受力大于葡萄糖，用果糖作患者的甜味剂一般不影响病情。因此，果糖可作为蔗糖的替代品供糖尿病人食用。

    (二) L－单糖

    L－单糖的物理化学性质和其对应的D－单糖基本一样。L－单糖具有特殊的生理功能，以L－阿拉伯糖为例，首先L－阿拉伯糖能抑制水解双糖的酶，因此能抑制因摄入蔗糖而导致的血糖升高，简称抑制双糖水解的降糖作用。其次，因L－阿拉伯糖对双糖水解酶的抑制作用，使在小肠里没被分解的蔗糖在大肠里被微生物分解产生出大量的有机酸，这种有机酸对肝脏合成脂肪有抑制作用，再加上L－阿拉伯糖在小肠里对吸收蔗糖的抑制作用，从而减少了体内新脂肪的产生。L－阿拉伯糖是预防“三高一超”(高血压、高血糖、高血脂、肥胖)的重要功能糖。

    二、功能性单糖制备工艺(以果糖为例)

    目前，市面上出售的果糖制品主要包括结晶果糖和高果糖浆两种，人们常将两者相混淆。事实上，它们是不一样的产品，成分组成相差很大。食品化学品法典中规定的纯结晶果糖纯度为≥98.0%，葡萄糖含量≤0.5%。高果糖浆是含有一定浓度果糖的浓缩糖浆，即除了含有果糖外还含有葡萄糖、麦芽糖、糊精等物质。

    纯结晶果糖可以从玉米淀粉和蔗糖中制得。对于前者，从玉米中提取玉米淀粉，淀粉经水解得葡萄糖，再由葡萄糖酶转变葡萄糖成果糖;而后者则是将蔗糖中的双糖酶化分解，从而释放出葡萄糖和果糖。在两种方法中，果糖最后都被结晶化，碾磨成所需颗粒后进行包装。蔗糖是工业生产果糖最丰富的原料，将蔗糖进行水解、分离、结晶，来生产晶体果糖是一种较廉价、更直接的方法。下面介绍一种由中国石油大庆石化公司研究院研发的利用蔗糖生产结晶果糖的生产工艺。

    (一)生产原理

    蔗糖是由α－D－葡萄糖和β－D－果糖各一分子，按α，β(1－2)键型缩合、失水形成的双糖。蔗糖在稀酸的催化下可水解成一分子的葡萄糖和一分子的果糖，用固定化葡萄糖异构酶将葡萄糖转化为果糖，然后用色谱分离等方法分离葡萄糖，最后进一步经浓缩、结晶、洗涤、干燥制得成品。

    (二)生产工艺流程

    

    (三)工艺操作要点说明

    1.蔗糖水解

    将定量蔗糖和定量水投入到溶解釜，稍微加热，使蔗糖加速溶解，待完全溶解成40%～60%的溶液后，送入水解釜，加稀盐酸，调溶液pH值至酸性，搅拌加热至溶液沸腾，2h后取样测定其DE值。当DE值≥95%时，降温，出料，送去精制，以脱去有机色素、各种金属非金属离子等杂质，从精制段出来的为无色透明的中性果葡糖浆溶液，含42%以上果糖和少量蔗糖。

    2.果葡糖液的分离

    其依据是色谱分离的基本原理。吸附塔内的吸附剂对果糖的滞留作用远大于葡萄糖。当精制后的果葡糖液进入装有吸附剂的吸附塔后，果糖被吸附，而葡萄糖不被吸附，在解吸剂的作用下，葡萄糖与解吸先从吸附塔一端流出，而果糖与解吸剂最后流出，除去解吸剂，得到果糖和葡萄糖，达到分离目的。根据上述原理，精制合格的果葡糖液通过多通旋转阀的分配被泵入相应的吸附塔节，经一定时间的吸附、解吸、冲洗后获得的高纯度葡萄糖、果糖依次由相应的产品管线连续地流入贮罐，果糖的浓度一般为10%～25%，纯度≥90%。生产中，严格控制物料的pH值及解吸剂的纯度，以防吸附剂中毒;高温易分离，但产品易氧化，要控制好系统温度。由出料的浓度、纯度来控制进料流量和吸附分离时间，以保证产品的质量要求。分离后的果糖液经精制、浓缩成为高纯果糖浆，也就是所谓的第3代果糖，可用来制结晶果糖，也可直接用于食品。

    3.葡萄糖异构为果糖

    将浓缩至40%～45%的葡萄糖液，通入装有异构酶的3级串联的组合异构反应柱，控制溶液pH值在酸性和适当物料温度，同时以保证流出物料中果糖含量≥42%来控制物料的流速。异构化糖液经精制后，送去作分离原料。异构酶在酸性下有较高的活力，但副反应也多;加热有利于平衡向果糖移动，但异构酶的活力容易消失。必须控制pH和温度。

    4.结晶

    分离后的果糖液中仍含有少量葡萄糖和低聚糖，应用结晶方法可使果糖结晶析出，而葡萄糖和低聚糖则留在母液中，达到进一步分离精制的目的，从而制取含果糖99.0%以上的无水结晶果糖。将分离出的果糖液精制，分步浓缩至80%以上，以稀酸调pH值呈微酸性，并于60℃以上加入高浓度乙醇，混合均匀，送入结晶罐，调整物料温度低于60℃，并加入少量晶种，再次使物料温度降至60℃以下，结晶8～60h左右可出料，将结晶洗涤，分离、干燥可得＞99.0%的无水结晶果糖，收率＞90%。

    三、功能性单糖在食品工业中的应用

    功能性单糖产品具有蔗糖不可比拟的性能优势，属于一类天然营养甜味剂，过去难以应用于各种食品配方中，原因是价格昂贵。但随着工业化生产，在欧美、日本等发达国家功能性单糖产品已用于功能食品、营养保健食品、冷饮食品以及低热值食品和运动型饮料配方中，在食品加工的很多领域正逐渐完全或部分取代蔗糖。

    (一)应用于焙烤食品

    L－阿拉伯糖分子结构稳定，在高温下不被分解，因此可以用于焙烤食品中。高热量食品中，如蛋糕、蛋黄派等烘焙食品中添加一定量的L－阿拉伯糖能够降低单位能量密度。由于L－阿拉伯糖分子结构中含有醛基，属于还原性单糖，当它与蔗糖混合制备焙烤食品时，会与面团中的氨基酸、蛋白质等物质发生美拉德褐变反应，使烘焙产品的风味更加独特、颜色更加亮丽。果糖与葡萄糖在面包烘焙过程中也会发生美拉德反应，产生焦黄色泽。同时，果糖吸湿性强，用于面包、糕点等焙烤食品中，能较长时间保持食品地松软结构，延长其货架寿命。

    (二)应用于糖尿病人和肥胖病人食品

    果糖优于其他甜味剂最重要的一点是其生理代谢特性。果糖在体内的代谢不受胰岛素的控制。在肝脏内，果糖首先磷酸化生成1－磷酸果糖，然后分解成丙糖，丙糖进一步合代为葡萄糖和甘油三酯进入酵解途径。果糖的这个特性，使得果糖可作为糖尿病患者的食物甜味剂，并广泛用于老年和儿童食品中。

    (三)应用于运动饮料、能量型饮料

    果糖在体内代谢不会产生乳酸，不会引起肌肉酸、痛、倦怠感。果糖与体内的细胞键合力强，在极稳定的状态下释放热能，具有强化人体耐力及代谢的效果，是运动饮料的良好甜味剂。