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(青島大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,山東青島 266071)

糖醇是糖(包括四碳糖、五碳糖和六碳糖)的醛基、酮基或半縮醛羥基被氫還原后得到的多元醇化合物,即糖醇可以由相應(yīng)的糖來(lái)制取,如葡萄糖加氫還原生成山梨醇,木糖還原生成木糖醇等[1]。目前我國(guó)市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的糖醇均為具有特殊功效的糖類碳水化合物,根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為單糖醇(如赤蘚糖醇、木糖醇、山梨糖醇、甘露糖醇)與多糖醇(如麥芽糖醇、乳糖醇)[2],由于糖醇在人體新陳代謝過(guò)程中具有不同于蔗糖的特殊功能,因此又被稱之為功能糖醇。

糖醇在食品工業(yè)中應(yīng)用廣泛,相比蔗糖,具有低熱量、低血糖、低胰島素應(yīng)答等特性,并且有較高的耐熱性,在高溫時(shí),不會(huì)產(chǎn)生美拉德反應(yīng),對(duì)改善食品品質(zhì)、預(yù)防慢性疾病的發(fā)生有積極意義。此外,糖醇還對(duì)鏈球菌具有殺菌作用,可以增強(qiáng)人體對(duì)呼吸道感染的抵抗力。糖醇還可與植物所需營(yíng)養(yǎng)元素形成穩(wěn)定的復(fù)合體,作為葉面肥噴施,避免根施時(shí)土壤對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的固定,促進(jìn)肥料利用率的提高。

糖醇作為新型甜味劑被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè),但國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)糖醇的其他應(yīng)用還不全面,糖醇在各行業(yè)還有很大的應(yīng)用空間。本文綜述了糖醇在食品、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展和重要成果,為今后糖醇的推廣應(yīng)用和促進(jìn)生產(chǎn)提供依據(jù),糖醇具有巨大的市場(chǎng)前景和廣闊的發(fā)展空間。

1 糖醇在食品工業(yè)上的應(yīng)用

隨著物質(zhì)生活水平的提高,人們對(duì)食品安全和健康營(yíng)養(yǎng)日益關(guān)注,新型甜味劑成為了國(guó)內(nèi)外研發(fā)的熱點(diǎn)。糖醇在人體內(nèi)代謝不受胰島素控制,不會(huì)引起血糖升高,如用木糖醇代替蔗糖制作的食品適合糖尿病人食用[3],并且糖醇在改善食品品質(zhì)、預(yù)防肥胖以及疾病發(fā)生等方面發(fā)揮重要作用,是一種健康營(yíng)養(yǎng)的食糖替代品[4-5]。

1.1 糖醇在焙烤類食品中的應(yīng)用

糖醇(木糖醇、山梨糖醇等)作為低熱量的食品甜味劑,廣泛應(yīng)用于焙烤類食品中,可以為酵母的生長(zhǎng)與繁殖提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),可以改善制品組織狀態(tài),提高制品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,延長(zhǎng)制品儲(chǔ)存壽命。國(guó)內(nèi)外對(duì)糖醇應(yīng)用在焙烤食品方面進(jìn)行了諸多探討,取得了不少成果。

研究表明,添加糖醇可以有效地改善面粉面團(tuán)的性質(zhì)。刁子蔚等[6]、王偉等[7]在面粉中添加木糖醇,發(fā)現(xiàn)添加3%～5%的木糖醇可減緩小麥粉老化速度,降低面團(tuán)糊化溫度,延長(zhǎng)面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間,增加面團(tuán)的彈性。糖醇不僅對(duì)小麥粉起作用,而且還可以應(yīng)用在其它淀粉中。南沖等[8]通過(guò)分析糖醇對(duì)甘薯淀粉理化性質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)麥芽糖醇、赤蘚糖醇和木糖醇均能明顯降低甘薯淀粉的溶脹度和溶解性,且添加量越多效果越明顯。

糖醇具有良好的吸濕性能及保濕性,適于松軟性食品生產(chǎn),可保持食品風(fēng)味、提高食品質(zhì)量。楊柳等[9]采用低場(chǎng)核磁共振及成像技術(shù),發(fā)現(xiàn)赤蘚糖醇具有較好的保水性,并能降低水分的運(yùn)動(dòng)性,相同貯藏時(shí)間下,糖醇面包水分含量高于蔗糖面包;彭博等[10]發(fā)現(xiàn),山梨糖醇能明顯降低面包的硬度、改善面包咀嚼口感,降低儲(chǔ)存期間的老化度。用糖醇替代烘焙食品中的食糖,可提高烘焙食品品質(zhì)。Ronda等[11]、郝月慧等[12]用糖醇(木糖醇、麥芽糖醇)取代海綿蛋糕中的蔗糖,發(fā)現(xiàn)糖醇與淀粉結(jié)合狀態(tài)更好,烘烤后蛋糕的質(zhì)地和口感更好,且添加糖醇烘焙出的蛋糕滿足人們對(duì)低脂、無(wú)糖、低卡路里的需求。

在烘培類食品中糖醇應(yīng)用較多的是麥芽糖醇和木糖醇,此外,甘露醇、山梨醇、低聚果糖等也有應(yīng)用?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)表明食品中的糖醇不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害,但過(guò)量服用仍會(huì)損害健康,因此,消費(fèi)者應(yīng)控制攝入量,生產(chǎn)廠家也需在配料表中注明含量。

1.2 糖醇在無(wú)糖糖果中的應(yīng)用

無(wú)糖糖果一般用糖醇替代簡(jiǎn)單糖(蔗糖等)制成,可以有效地預(yù)防齲齒,也適合糖尿病患者食用,具有較高的推廣價(jià)值。李文釗等[13]將赤蘚糖醇和麥芽糖醇作為主要原料,發(fā)明了一種無(wú)糖硬糖,該糖不會(huì)升高人體血糖和膽固醇水平;王成福等[14]用麥芽糖醇漿和木糖醇液生產(chǎn)糖果,發(fā)現(xiàn)隨著木糖醇用量的增加,與普通糖果相比,糖醇糖果口感更冰涼清爽,而且高血壓和肥胖病人等蔗糖禁忌者也可食用,該種無(wú)糖糖果符合國(guó)際上糖果食品向低糖、低熱量、保健性發(fā)展的趨勢(shì)。李發(fā)財(cái)?shù)萚15]發(fā)現(xiàn)赤蘚糖醇的極低吸濕性可以減少奶片中脂肪的氧化,糖醇較高的溶解熱和耐受量改善了奶片的口感和安全性,極低的熱量值有利于低能奶片系列產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。蘇蕾[16]把糖醇加入至冰淇淋中,通過(guò)冰晶體效果測(cè)定和風(fēng)味測(cè)定,結(jié)果表明添加麥芽糖醇的冰淇淋質(zhì)地最佳。糖醇獨(dú)具的低粘度、低凝固點(diǎn)、高溶解熱等特性使其在高端食品工業(yè)上,如無(wú)糖巧克力及奶系列制品生產(chǎn)中具有良好的開(kāi)發(fā)前景。

1.3 糖醇在肉制品中的應(yīng)用

糖醇能夠改善肉制品品質(zhì),增加口感,延長(zhǎng)保質(zhì)期以及降低生產(chǎn)成本。在肉糜脯制作過(guò)程中,逄曉云等[17]用麥芽糖醇部分替代蔗糖,發(fā)現(xiàn)不但不影響肉糜脯的水分活度,而且還可以增加含水量,提高柔軟性;陳宇飛等[18]也通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),隨著山梨糖醇添加量的增加,豬肉糜脯的硬度減小,同時(shí)山梨糖醇也起到一定的抗氧化作用,提高了產(chǎn)品品質(zhì)。為解決我國(guó)發(fā)酵香腸的生產(chǎn)周期長(zhǎng)、口感硬等弊端,郇延軍等[19]借助核磁共振技術(shù)發(fā)現(xiàn),添加12%的山梨糖醇能夠顯著縮短發(fā)酵香腸的加工時(shí)間,由25.8 h降低到8.8 h,口感也明顯改善;并且,楊柳等[20]發(fā)現(xiàn)添加適量木糖醇還能使香腸貨架期延長(zhǎng)。祝婕等[21]用木糖醇烹飪叉燒肉發(fā)現(xiàn),可改善蜜汁叉燒肉的口感,在硬度、彈性、咀嚼性等方面都有提高。

糖醇還可作為低溫保護(hù)劑用于肉制品的冷凍存儲(chǔ),保證魚(yú)肉等蛋白質(zhì)在冷藏中的品質(zhì),其機(jī)理為糖醇分子結(jié)構(gòu)中的羥基官能團(tuán)能夠與溶液中的水形成氫鍵,阻礙水分子的有序排列,從而弱化水的結(jié)晶[22]。韋振雷等[23]在魚(yú)糜中加入含山梨醇的低溫變性保護(hù)劑,可以防止由于快速冷藏過(guò)程中冰晶的出現(xiàn)而造成的蛋白質(zhì)變性,保障了產(chǎn)品的品質(zhì)。

1.4 糖醇在其他食品中的應(yīng)用

近些年,隨著人們對(duì)糖醇認(rèn)識(shí)的深入,糖醇在其他食品工業(yè)的應(yīng)用也逐漸擴(kuò)大,如果醬、果汁的生產(chǎn)中加入糖醇有助于產(chǎn)品品質(zhì)的提升。高圣君等[24]研究表明檸檬汁飲料加入1%～3%赤蘚糖醇有助于減緩維生素C的降解。糖醇還應(yīng)用于果醬的制作。趙勇等[25]研究表明,添加木糖醇對(duì)香蕉果醬的甜度、口感等方面都有改善。Ragab[26]嘗試用木糖醇制備無(wú)糖的杏醬,在制作儲(chǔ)存期間發(fā)現(xiàn)果醬的總糖量不變,還原糖量增加,而且還能增強(qiáng)果醬的抗氧化活性[27],使果醬色澤和味道明顯改善。

2 糖醇在醫(yī)療衛(wèi)生上的應(yīng)用

糖醇可以影響人體內(nèi)多種酶的活性,促進(jìn)益生菌增殖[28],加快腸道蠕動(dòng),促進(jìn)骨內(nèi)膠原蛋白的合成,并且具有抗菌特性,在醫(yī)藥行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。韓春妮等[29]采用過(guò)氧化氫(hydrogen peroxide,H2O2)致pc12細(xì)胞(一個(gè)常用的神經(jīng)細(xì)胞株)氧化損傷模型,發(fā)現(xiàn)赤蘚糖醇能明顯改善氧化損傷后的pc12細(xì)胞形態(tài),提高細(xì)胞存活率,同時(shí)保護(hù)細(xì)胞膜以降低乳酸脫氫酶(LDH)泄露,提高細(xì)胞內(nèi)微量還原型谷胱甘肽(GSH)含量。Kim等[30]研究表明木糖醇和山梨醇顯著增強(qiáng)牛乳過(guò)氧化物酶和唾液過(guò)氧化物酶活性,使與過(guò)氧化物酶有關(guān)的競(jìng)爭(zhēng)性念珠菌活性呈負(fù)增長(zhǎng)趨勢(shì),并抑制唾液溶菌酶活性。

眾多研究表明,糖醇能顯著促進(jìn)腸道有益菌的生長(zhǎng)。Chen等[31]在研究中發(fā)現(xiàn),每日服用15～45 g乳糖醇可顯著提高雙歧桿菌和乳酸菌的數(shù)量;同樣,魏濤等[32]以小鼠為實(shí)驗(yàn)對(duì)象發(fā)現(xiàn)木糖醇進(jìn)入腸道后,不僅促進(jìn)乳桿菌和雙歧桿菌增殖,而且還刺激腸道蠕動(dòng),使糖醇具有良好的潤(rùn)腸通便的作用。為尋求小腸MR檢查中一種效果好且副作用低的對(duì)比劑,徐曉旻等[33]通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),山梨糖醇作為對(duì)比劑用于小腸MR檢查效果較好,并且山梨糖醇混合液對(duì)小腸擴(kuò)張效果和圖像質(zhì)量較2.5%甘露醇好且副作用更低。

糖醇在細(xì)胞的保存中發(fā)揮重要作用。Sitaula等[34]在研究山梨醇的低溫保護(hù)作用時(shí)發(fā)現(xiàn),山梨醇可以顯著提高牛精子細(xì)胞對(duì)滲透壓損傷的抵抗力,從而加強(qiáng)牛精子細(xì)胞在干燥過(guò)程中的耐受力。楊波等[35]經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),D-山梨醇、木糖醇或麥芽糖醇有助于對(duì)人肝細(xì)胞的低溫保存,其中添加D-山梨醇組復(fù)溫后細(xì)胞的存活率和貼壁率均優(yōu)于其他處理組,且木糖醇還能改善肝功能,對(duì)肝炎病人可起到降低轉(zhuǎn)氨酶的作用[36]。

糖醇在預(yù)防骨質(zhì)疏松方面具有一定的作用。高秀梅等[37]研究發(fā)現(xiàn)木糖醇能抑制鈣鹽溶解進(jìn)而抑制骨吸收,也能促進(jìn)骨膠原蛋白合成,提高骨的彈性位移、能量吸收等。

糖醇具有一定的抗菌清潔作用。糖醇的抗菌機(jī)制目前還不完全清楚,通常認(rèn)為糖醇是通過(guò)果糖磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)介導(dǎo),從而抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)[38]。劉麗[39]研究發(fā)現(xiàn)木糖醇對(duì)動(dòng)物源常見(jiàn)病原菌(大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、沙門(mén)氏菌)有一定的抗菌作用,并且研究了隨著時(shí)間、濃度的變化,木糖醇的抗菌作用效果變化,為木糖醇在動(dòng)物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)。Weissman等[40]發(fā)現(xiàn)木糖醇與水混合是一種良好的鼻腔沖洗劑,在10 d的短期試驗(yàn)里,木糖醇灌注對(duì)慢性鼻竇炎的改善效果優(yōu)于鹽水灌注。此外,糖醇還具有抗齲齒性,能抑制變形鏈球菌胞外葡聚糖水解酶的活性,從而減少酸性代謝產(chǎn)物對(duì)牙釉質(zhì)的腐蝕[41],維護(hù)口腔安全。宋文鳳等[42]也綜述了赤蘚糖醇可以減輕牙齒表層釉質(zhì)的脫礦程度,抑制變異鏈球菌產(chǎn)酸。張媛媛[43]發(fā)現(xiàn)咀嚼糖醇口香糖對(duì)牙齒有一定的清潔作用,可以有效地清除牙菌斑,可以作為一種輔助手段維護(hù)口腔衛(wèi)生。

大量研究結(jié)果表明糖醇在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域有著積極的作用,在促進(jìn)康健保障方面亦有突出的表現(xiàn),后續(xù)應(yīng)加強(qiáng)糖醇在生物體內(nèi)的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理研究,為擴(kuò)大其應(yīng)用范圍提供技術(shù)依據(jù)。

3 糖醇在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用

糖醇物質(zhì)如甘露醇、山梨糖醇、木糖醇等由于具有良好的滲透、濕潤(rùn)等功能,可以作為葉面肥的主劑直接施用于作物上,增強(qiáng)作物抗逆性,提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。于會(huì)麗等[44]通過(guò)盆栽試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)噴施山梨醇可促進(jìn)小油菜對(duì)氮、磷、鉀的吸收利用,提高產(chǎn)量。Steinitz[45]研究表明,糖醇可以多種方式調(diào)控細(xì)胞和組織的生長(zhǎng)和發(fā)育:首先,糖醇可以被吸收并作為代謝物起作用;其次,糖醇可能通過(guò)化學(xué)信號(hào)改變分子和生理過(guò)程;另外,在某些情況下,糖醇可以作為酶和其他大分子的保護(hù)劑,抵抗有害的化學(xué)或物理滲透脅迫。

糖醇在農(nóng)業(yè)上更多的是作為螯合劑用于螯合肥的生產(chǎn),與作物所需的營(yíng)養(yǎng)元素按特定比例形成穩(wěn)定的復(fù)合體,可有效促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收。孫小龍等[46]、王延明等[47]通過(guò)對(duì)照實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),噴施糖醇鋅有助于鋅在馬鈴薯塊莖中的積累,糖醇鋅處理的塊莖產(chǎn)量比空白對(duì)照增加了22.5%;這是因?yàn)樘谴间\更易于與葉片角質(zhì)層間隙發(fā)生滲透作用,促進(jìn)植物葉片對(duì)鋅的吸收。Wu等[48]發(fā)現(xiàn)噴施糖醇螯合鈣后,茄子的葉長(zhǎng)和葉寬均顯著增加,說(shuō)明糖醇螯合鈣促進(jìn)植物細(xì)胞分裂和擴(kuò)大,從而使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)向其生長(zhǎng)部位大量運(yùn)輸;王守銀等[49]發(fā)現(xiàn)葉面噴施糖醇鈣處理的黃瓜干鮮重和葉綠素含量均有所增加,葉片鈣吸收量高于根莖部鈣吸收量。

糖醇螯合肥還可有效防治植物缺素導(dǎo)致的生理病害。李靖等[50]在果實(shí)生育期噴施糖醇螯合鈣,果實(shí)的硬度提高,裂核率降低;劉鐵錚等[51]通過(guò)對(duì)杏幼果期噴施糖醇螯合鈣試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),杏果實(shí)鈣含量有所增加,裂果果實(shí)較少。

大部分金屬類礦質(zhì)養(yǎng)分在植株韌皮部堿性環(huán)境下溶解性和移動(dòng)性都較差,導(dǎo)致肥料利用率降低,糖醇作為光合作用的初產(chǎn)物,與礦質(zhì)養(yǎng)分復(fù)合體在堿性溶液中移動(dòng)優(yōu)勢(shì)明顯,加上其結(jié)構(gòu)上的多齒性,在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域上的應(yīng)用會(huì)更加突出,特別是作為高端肥料的載體應(yīng)當(dāng)引起人們的高度重視。

4 糖醇在其他方面的應(yīng)用

糖醇在工業(yè)制造、農(nóng)業(yè)殺蟲(chóng)等領(lǐng)域也有重要應(yīng)用。林海戀等[52]在山梨糖醇對(duì)鍶鐵氧體的粒度分布和磁性能影響研究中發(fā)現(xiàn),山梨糖醇的添加能夠有效地改善鍶鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu),提高磁性顆粒的取向度,從而利于晶體的形成和磁性能的改善。張晨等[53]利用物性分析儀研究赤蘚糖醇、木糖醇、乳糖醇對(duì)結(jié)冷膠凝膠質(zhì)構(gòu)的影響發(fā)現(xiàn),3種糖醇對(duì)結(jié)冷膠凝膠強(qiáng)度和硬度有不同程度的降低作用,且都隨糖醇質(zhì)量濃度的增加而降低。Nguyen等[54]發(fā)現(xiàn),糖醇是冷凍鑄造過(guò)程中潛在的多功能藥劑,冷凍鑄造可可片時(shí),糖醇起著粘合劑、清潔劑和甜味劑的作用;另外,糖醇的結(jié)合功能和高可溶性顯著提高了片劑的拉伸強(qiáng)度和分散、溶解速率。Baudier等[55]研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)果蠅消耗赤蘚糖醇時(shí),它們的壽命以正濃度依賴性的方式下降。相反赤蘚糖醇對(duì)人類是安全的,即使在高水平消耗時(shí)也是如此。

5 展望

隨著人們生活水平與認(rèn)知水平的提高,安全優(yōu)質(zhì)的化學(xué)產(chǎn)品越來(lái)越得到重視。糖醇由于結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)表現(xiàn)出來(lái)的低熱量、抑菌、低溫穩(wěn)定性、對(duì)金屬離子的保護(hù)作用等優(yōu)異特性,在食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的作用逐漸凸顯出來(lái)。尤其在食品領(lǐng)域,逐漸替代(或部分替代)蔗糖的糖醇消費(fèi)數(shù)量逐漸增大;但我國(guó)生產(chǎn)的糖醇產(chǎn)品多為普通級(jí),具有特殊性能的糖醇產(chǎn)品開(kāi)發(fā)力度不足。

在農(nóng)業(yè)應(yīng)用上,一方面,糖醇具有良好的滲透、濕潤(rùn)、運(yùn)移等功能,可以作為葉面肥的主劑直接施用于作物上,增強(qiáng)作物抗逆性,提高作物產(chǎn)量和品質(zhì);另一方面,糖醇還可以作為一種優(yōu)質(zhì)的螯合劑促進(jìn)作物對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收,提高肥效,未來(lái)會(huì)在高端肥料領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。