子任務一　功能性單糖

一、功能性單糖種類

(一)果糖

果糖為一種單糖，全稱D－阿拉伯型己酮糖，白色晶體或粉末，商品常帶淺棕黃色，味很甜。密度1.6g/cm³，熔點103℃～105℃。易溶于水、乙醇和乙醚，有旋光性，其溶液有變旋現(xiàn)象。無醛基而具活性酮基，能發(fā)生銀鏡反應，氧化產(chǎn)物為羥基乙酸和三羥基丁酸。與石灰水可形成果糖鈣沉淀，但通入二氧化碳又可復出果糖。

果糖以游離的形式大量存在于水果的漿汁和蜂蜜中，是牛和人的精液中存在的唯一的還原糖。水果的主要成分是果糖，無需通過胃來消化，它可直接進入小腸被吸收。

果糖作為重要的功能甜味劑，具有獨特的性質。果糖是所有糖中最甜的一種，甜度是蔗糖的1.5倍，低溫下可達1.8倍，且不易被口腔微生物利用，對牙齒的不利影響比蔗糖小，等甜度下能量低，可應用于低能量食品。在生物體內(nèi)，果糖也可以被氧化以提供能量，因其代謝途徑不受胰島素制約，且糖尿病患者對果糖的耐受力大于葡萄糖，用果糖作患者的甜味劑一般不影響病情。因此，果糖可作為蔗糖的替代品供糖尿病人食用。

(二) L－單糖

L－單糖的物理化學性質和其對應的D－單糖基本一樣。L－單糖具有特殊的生理功能，以L－阿拉伯糖為例，首先L－阿拉伯糖能抑制水解雙糖的酶，因此能抑制因攝入蔗糖而導致的血糖升高，簡稱抑制雙糖水解的降糖作用。其次，因L－阿拉伯糖對雙糖水解酶的抑制作用，使在小腸里沒被分解的蔗糖在大腸里被微生物分解產(chǎn)生出大量的有機酸，這種有機酸對肝臟合成脂肪有抑制作用，再加上L－阿拉伯糖在小腸里對吸收蔗糖的抑制作用，從而減少了體內(nèi)新脂肪的產(chǎn)生。L－阿拉伯糖是預防“三高一超”(高血壓、高血糖、高血脂、肥胖)的重要功能糖。

二、功能性單糖制備工藝(以果糖為例)

目前，市面上出售的果糖制品主要包括結晶果糖和高果糖漿兩種，人們常將兩者相混淆。事實上，它們是不一樣的產(chǎn)品，成分組成相差很大。食品化學品法典中規(guī)定的純結晶果糖純度為≥98.0%，葡萄糖含量≤0.5%。高果糖漿是含有一定濃度果糖的濃縮糖漿，即除了含有果糖外還含有葡萄糖、麥芽糖、糊精等物質。

純結晶果糖可以從玉米淀粉和蔗糖中制得。對于前者，從玉米中提取玉米淀粉，淀粉經(jīng)水解得葡萄糖，再由葡萄糖酶轉變葡萄糖成果糖;而后者則是將蔗糖中的雙糖酶化分解，從而釋放出葡萄糖和果糖。在兩種方法中，果糖最后都被結晶化，碾磨成所需顆粒后進行包裝。蔗糖是工業(yè)生產(chǎn)果糖最豐富的原料，將蔗糖進行水解、分離、結晶，來生產(chǎn)晶體果糖是一種較廉價、更直接的方法。下面介紹一種由中國石油大慶石化公司研究院研發(fā)的利用蔗糖生產(chǎn)結晶果糖的生產(chǎn)工藝。

(一)生產(chǎn)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)鍵型縮合、失水形成的雙糖。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，用固定化葡萄糖異構酶將葡萄糖轉化為果糖，然后用色譜分離等方法分離葡萄糖，最后進一步經(jīng)濃縮、結晶、洗滌、干燥制得成品。

(二)生產(chǎn)工藝流程

(三)工藝操作要點說明

1.蔗糖水解

將定量蔗糖和定量水投入到溶解釜，稍微加熱，使蔗糖加速溶解，待完全溶解成40%～60%的溶液后，送入水解釜，加稀鹽酸，調溶液pH值至酸性，攪拌加熱至溶液沸騰，2h后取樣測定其DE值。當DE值≥95%時，降溫，出料，送去精制，以脫去有機色素、各種金屬非金屬離子等雜質，從精制段出來的為無色透明的中性果葡糖漿溶液，含42%以上果糖和少量蔗糖。

2.果葡糖液的分離

其依據(jù)是色譜分離的基本原理。吸附塔內(nèi)的吸附劑對果糖的滯留作用遠大于葡萄糖。當精制后的果葡糖液進入裝有吸附劑的吸附塔后，果糖被吸附，而葡萄糖不被吸附，在解吸劑的作用下，葡萄糖與解吸先從吸附塔一端流出，而果糖與解吸劑最后流出，除去解吸劑，得到果糖和葡萄糖，達到分離目的。根據(jù)上述原理，精制合格的果葡糖液通過多通旋轉閥的分配被泵入相應的吸附塔節(jié)，經(jīng)一定時間的吸附、解吸、沖洗后獲得的高純度葡萄糖、果糖依次由相應的產(chǎn)品管線連續(xù)地流入貯罐，果糖的濃度一般為10%～25%，純度≥90%。生產(chǎn)中，嚴格控制物料的pH值及解吸劑的純度，以防吸附劑中毒;高溫易分離，但產(chǎn)品易氧化，要控制好系統(tǒng)溫度。由出料的濃度、純度來控制進料流量和吸附分離時間，以保證產(chǎn)品的質量要求。分離后的果糖液經(jīng)精制、濃縮成為高純果糖漿，也就是所謂的第3代果糖，可用來制結晶果糖，也可直接用于食品。

3.葡萄糖異構為果糖

將濃縮至40%～45%的葡萄糖液，通入裝有異構酶的3級串聯(lián)的組合異構反應柱，控制溶液pH值在酸性和適當物料溫度，同時以保證流出物料中果糖含量≥42%來控制物料的流速。異構化糖液經(jīng)精制后，送去作分離原料。異構酶在酸性下有較高的活力，但副反應也多;加熱有利于平衡向果糖移動，但異構酶的活力容易消失。必須控制pH和溫度。

4.結晶

分離后的果糖液中仍含有少量葡萄糖和低聚糖，應用結晶方法可使果糖結晶析出，而葡萄糖和低聚糖則留在母液中，達到進一步分離精制的目的，從而制取含果糖99.0%以上的無水結晶果糖。將分離出的果糖液精制，分步濃縮至80%以上，以稀酸調pH值呈微酸性，并于60℃以上加入高濃度乙醇，混合均勻，送入結晶罐，調整物料溫度低于60℃，并加入少量晶種，再次使物料溫度降至60℃以下，結晶8～60h左右可出料，將結晶洗滌，分離、干燥可得＞99.0%的無水結晶果糖，收率＞90%。

三、功能性單糖在食品工業(yè)中的應用

功能性單糖產(chǎn)品具有蔗糖不可比擬的性能優(yōu)勢，屬于一類天然營養(yǎng)甜味劑，過去難以應用于各種食品配方中，原因是價格昂貴。但隨著工業(yè)化生產(chǎn)，在歐美、日本等發(fā)達國家功能性單糖產(chǎn)品已用于功能食品、營養(yǎng)保健食品、冷飲食品以及低熱值食品和運動型飲料配方中，在食品加工的很多領域正逐漸完全或部分取代蔗糖。

(一)應用于焙烤食品

L－阿拉伯糖分子結構穩(wěn)定，在高溫下不被分解，因此可以用于焙烤食品中。高熱量食品中，如蛋糕、蛋黃派等烘焙食品中添加一定量的L－阿拉伯糖能夠降低單位能量密度。由于L－阿拉伯糖分子結構中含有醛基，屬于還原性單糖，當它與蔗糖混合制備焙烤食品時，會與面團中的氨基酸、蛋白質等物質發(fā)生美拉德褐變反應，使烘焙產(chǎn)品的風味更加獨特、顏色更加亮麗。果糖與葡萄糖在面包烘焙過程中也會發(fā)生美拉德反應，產(chǎn)生焦黃色澤。同時，果糖吸濕性強，用于面包、糕點等焙烤食品中，能較長時間保持食品地松軟結構，延長其貨架壽命。

(二)應用于糖尿病人和肥胖病人食品

果糖優(yōu)于其他甜味劑最重要的一點是其生理代謝特性。果糖在體內(nèi)的代謝不受胰島素的控制。在肝臟內(nèi)，果糖首先磷酸化生成1－磷酸果糖，然后分解成丙糖，丙糖進一步合代為葡萄糖和甘油三酯進入酵解途徑。果糖的這個特性，使得果糖可作為糖尿病患者的食物甜味劑，并廣泛用于老年和兒童食品中。

(三)應用于運動飲料、能量型飲料

果糖在體內(nèi)代謝不會產(chǎn)生乳酸，不會引起肌肉酸、痛、倦怠感。果糖與體內(nèi)的細胞鍵合力強，在極穩(wěn)定的狀態(tài)下釋放熱能，具有強化人體耐力及代謝的效果，是運動飲料的良好甜味劑。