功能性甜味剂

功能性甜味剂具体地说符合下列条件之一者，可认为属于功能性甜味剂：①不参与机体代谢，进入体内后将原原本本地排出体外，能量值为零。②不被机体消化吸收，代谢方式类似膳食纤维，能量值最低或为零。③虽可完全被机体消化吸收，但因甜度较大或很大，在正常摄入范围内所提供的能量值较低或很低。④在机体中的代谢途径与胰岛素无关，进入体内后不会引起血糖波动，可供糖尿病人食用。⑤不是口腔微生物的适宜作用底物，不会引起牙齿龋变，甚至具有抗龋齿活性。⑥具有某些特殊的生理功能，如促进机体肠道中双歧杆菌的生长繁殖。作为一种蔗糖替代品（甜味剂），还应具备下列四点要求：⑦绝对的食用安全⑧良好的味觉特性，无不良口感或后味⑨适宜的溶解度与稳定性，以便在食品工业中应用⑩价格适宜，生产成本不能太高。功能性甜味剂分为四大类：•（1）功能性单糖；•（2）功能性低聚糖；•（3）多元糖醇；•（4）强力甜味剂。功能性甜味剂特殊的生理功能：满足人们对甜食的偏爱，不会引起副作用，并对糖尿病、肝病患者有一定的辅助治疗作用。第一节功能性单糖单糖：葡萄糖，果糖，木糖，甘露糖和半乳糖。根据不对称碳原子所形成的立体异构体，分为左旋糖L-；右旋糖D-。D-和L-糖：化学组成，化学性质一样生化特性截然不同，人体内的酶只对D-糖起作用，而对L-糖无效。通常所见的糖都是D-糖，其中D-果糖为功能性单糖。特点：（1）甜度大，等甜度下的能量值低，可在低能量食品中应用。（2）代谢途径与胰岛素无关，可供糖尿病人食用。（3）不易被口腔微生物利用，不易造成龋齿。一、功能性单糖的物化性质与甜味特性1792年德国Löwity发现果糖阻碍葡萄糖结晶。1843年Mitscherlich发现这种糖在水果中较多。“水果糖”→“果糖”果糖：葡萄糖的同分异构体，有α、β两种构型（一）果糖的物化特性结晶果糖：无色针状或三棱形结晶。具有吸湿性，强吸湿后是粘稠状。结晶果糖在pH3.3时最稳定，热稳定性较蔗糖、葡萄糖差。可被酵母发酵，故可用于焙烤食品。果糖不是口腔微生物的合适底物，不易造成龋齿。净能量值15.5KJ/g，等甜度下，能量值较低。果糖的甜味特性甜味评价受专门训练的人通过感觉器官的感觉评价而确定的，以蔗糖为参比。果糖的甜度是蔗糖的1.2-1.8倍。甜度随温度降低而升高。西瓜凉，甜；热，不甜。（二）果葡糖浆的物化性质与甜味特性果葡糖浆是一种低淀粉品，因其组成主要是果糖和葡萄糖，故称为果葡糖浆。1966年工业上开始生产果葡糖浆。根据产品中固形物果糖含量多少，果葡糖浆有三个品种：F42糖浆，含果糖42%，称为第一代产品；F55糖浆，含果糖55%，为第二代产品；F90糖浆，含果糖90%，是第三代产品，又叫高纯糖浆。果葡糖浆还含有相当数量的葡萄糖等其它成分，它在甜味特性及与其它甜味剂协同增效特性等方面，与结晶果糖有很大的差别。特别在代谢上，果糖进入机体不会引起血糖的波动，因此糖尿病人可食用。但果葡糖浆因含相当数量的葡萄糖，不具备这方面的生理功能。（三）L-糖的物化性质与甜味特性对某一特定的L-糖和D-糖，它们的差别仅是由于它们的镜影关系引起的。其化学和物理性质如沸点、熔点、可溶性、粘度、质构、吸湿性、密度、颜色和外观等都一样，而且它们的甜味特性也相似。因此，可望用L-糖代替D-糖加工相同的食品，同时又降低了产品的能量。二、功能性单糖的代谢特性（一）果糖在人体中的代谢途径果糖【果糖激酶（与胰岛素无关）】→1-磷酸-果糖→丙糖→进一步代谢果糖是糖尿病患者一种较好的功能性甜味剂。（二）L-糖的代谢特性（1）能量为0（2）与D-糖的口感一样（3）不引起牙齿龋变（4）对细菌引起的腐败、腐烂具有免疫力（5）作为D-糖的替代品，不需另加填充剂（6）在水溶液中稳定（7）热处理食品加工中稳定（8）能发生美拉德褐变（用于焙烤食品）（9）适于糖尿病或其他糖代谢紊乱病人研究方向：①人体是否有酶能使L-糖穿过肠酶或转变成可代谢的D-糖②肠中是否有微生物能分解L-糖至人体可消化吸收的中间产物③完全彻底的毒理实验。急性、慢性、遗传三、功能性单糖的制备（一）果糖的制备1．以菊粉为原料控制水解条件水解生成果糖规模小，成本高2．以蔗糖为原料3．精制高果糖浆为原料功能性低聚糖低聚糖（Oligosaccharide）或寡糖，由2～10个分子单糖通过糖苷键连接形成直链或支链的低度聚合糖。低聚糖主要分二大类，一类是β-1，4葡萄糖苷键等连接的低聚糖，称为直接低聚糖或普通低聚糖，如蔗糖、乳糖、麦芽糖、麦芽三糖和麦芽四糖；另一类是以α-1，6葡萄糖苷键连接的低聚糖称为双歧增殖因子。已知的功能性低聚糖有1000多种，自然界中只有少数食品中含有天然的功能性低聚糖，例如：洋葱、大蒜、天门冬、菊苣根和伊斯兰洋蓟块茎等含有低聚果糖，大豆中含有大豆低聚糖功能性低聚糖一、生理功能在世界性的保健食品热潮中，新型低聚糖独树一帜，正不断受到人们的青睐。与人们通常所熟悉的低聚糖如蔗糖、乳糖、麦芽糖等相比，这类新型低聚糖具有防病抗病、增进健康等独特的生理功能：（一）直接生理功能(1)难消化性，低热值而不会导致肥胖，可供糖尿病人和低血糖病人食用；(2)活化肠道内双歧杆菌并促进其增殖双歧杆菌作用抑制肠内腐生菌的生长繁殖，分解碳水化合物产生有机酸，维持肠道菌群平衡，促进肠道蠕动，防治便秘；不腐败蛋白质，不生成有害物质，促进蛋白质之消化吸收；合成B族维生素，并促进对某些无机盐之利用；产生有益于人体的物质从而增强人的机体免疫力，预防疾病发生；分解致癌物质，预防和抑制肿瘤的发生，并可防止体内胆固醇积蓄；(3)不易为腐败菌发酵，具防腐和抗龋齿的功能；(4)具有膳食性纤维的部分生理功能。功能性低聚糖也是一类低分子量的膳食纤维，与一般膳食纤维相比有如下优点：甜味圆润柔和，有较好的组织结构和口感特性；易溶于水，使用方便，且不影响食品原有的性质；在推荐范围内不会引起腹泻；整肠使用显著；日常需求量较少（二）间接生理功能1.抑制病原菌2.抑制有毒物代谢和有害酶的产生3.防止腹泻4.防止便秘5.降低血清胆固醇6.保护肝功能7.降低血压的作用8.提高机体免疫力，抗肿瘤9.营养素吸收促进作用，产生营养素10.血糖值的改善作用二、功能性低聚糖的摄入剂量和副作用功能性低聚糖纯品日摄入有效剂量：低聚果糖3.0g，低聚半乳糖2.0～2.5g，大豆低聚糖2.0g，低聚木糖0.7g。Hata等报道大豆低聚糖最大的不引起腹泻剂量为：男人0.64g／kg女人0.96g/kg。Spiesel等报道低聚果糖引起腹泻的最小剂量：男人44g、女人49g。低聚半乳糖急性中毒的LD50＞15g／kg(对兔)。（一）低聚异麦芽糖低聚异麦芽糖又称分枝低聚糖。是指葡萄糖之间至少有一个以α-1,6糖苷键结合而成的单糖数在2～5不等的一类低聚糖。商品低聚异麦芽糖主要由异麦芽糖、潘糖、异麦芽三糖和四糖组成，占总糖的50%以上。商品低聚异麦芽糖产品分两种规格：主成分50%以上的为IMO-500和主成分85%以上的为IMO-900。三、功能性低聚糖的种类（二）低聚半乳糖低聚半乳糖是在乳糖分子上通过β-1，6糖苷键结合1～4个半乳糖的杂低聚糖。其产品中含有半乳糖基乳糖、半乳糖基葡萄糖、半乳糖基半乳糖等，属于葡萄糖和半乳糖组成的杂低聚糖。低聚半乳糖甜味比较纯正，热值较低（1.7kcal／g），甜度为蔗糖的20%～40%，保湿性极强。在pH为中性条件下有较高的热稳定性，100℃下加热1h或120℃下加热30min后，低聚半乳糖无任何分解。低聚半乳糖同蛋白质共热会发生美拉德反应。（三）低聚果糖又称低聚蔗果糖或寡果糖。是在蔗糖分子上以β-1,2糖苷键与1～3个果糖结合而成的低聚糖，主要由蔗果三糖、蔗果四糖、蔗果五糖组成的混合物。纯度为55%～65%的低聚果糖，甜度约为蔗糖的60%；纯度为96%的低聚果糖甜度约为蔗糖的30%，且较糖甜味清爽。在0～70℃范围内，低聚果糖的粘度同玉米果葡糖浆相似，随温度上升而降低。低聚果糖热值仅为6.28J/g.当环境pH为中性时，低聚果糖在120℃条件下非常稳定，在pH3的酸性的条件下，温度达到70℃以后，极易分解，稳定性明显降低。低聚果糖耐高温，抑制淀粉老化，保水性很好。（四）乳酮糖乳酮糖也称乳果糖或异构乳糖。是半乳糖与果糖通过β-1，4糖苷键结合的双糖。乳酮糖存在于人乳和牛乳中。甜度为蔗糖的48%～62%；商业产品糖浆为淡黄色略透明的糖浆，高温或长期贮存色泽会加深，其粘度很低，其甜度比纯净的乳酮糖略高，为蔗糖的60%～70%。（五）低聚乳果糖低聚乳果糖无色无味，极易溶于水，在空气中易吸潮。纯的低聚乳果糖甜度为蔗糖的30%，市售的根据组成不同，甜度有所差别。在中性pH时，较低浓度的低聚乳果糖有较高的热稳定性，随着温度升高以及pH的降低，低聚乳果糖的着色度与蔗糖相比有明显升高的趋势。（六）棉子糖棉子糖又叫棉实糖、蜜三糖，广泛存在于甜菜、棉籽中。是由α-Ｄ（+）-吡喃半乳糖（1→6）、α-Ｄ（+）-吡喃葡萄糖（1→2）、β-Ｄ（-）—呋喃果糖构成的三糖。棉子糖晶体即使在相对湿度90%的环境中也不会吸湿结快，其它低聚糖粉末的吸湿性都较强，这是棉子糖的一个显著特点。棉子糖是非还原糖，发生美拉德反应的程度较低；热稳定几乎与蔗糖相同，即使加热至140℃时仍保持稳定；加热至180℃棉子糖会分解成蜜二糖和果糖，蜜二糖可能会进一步分解；在酸性条件下也很稳定。（七）水苏糖水苏糖是一种能显著促进双歧杆菌增殖的功能性低聚糖，被誉为“超强双歧因子”。水苏糖溶于水，不溶于乙醚、乙醇等有机溶剂，甜度比蔗糖低。水苏糖的保湿性和吸湿性均小于蔗糖但大于果葡糖浆，渗透压接近于蔗糖。水苏糖没有还原性。水苏糖是一种功能性低聚糖，具有良好的热稳定性，但在酸性条件下热稳定性有所下降，因此，水苏糖可用于需热压反应处理的食品；当用于酸性饮料时，只要pH值不太低，在l00℃的杀菌条件下足够稳定；它在酸性环境中的贮藏稳定性和温度有关，温度低于20℃时相当稳定。（八）大豆低聚糖大豆低聚糖是一种广泛存在于豆科植物中的碳水化合物。是由水苏糖、棉子糖和蔗糖组成的混合物，占大豆总固形物的7%～10%。液态大豆低聚糖为淡黄色、透明粘稠状液体；固体产品是淡黄色粉末，极易溶于水中。精制大豆低聚糖与蔗糖相近，甜度为蔗糖的70%。大豆低聚糖的热稳定性较强，140℃下不分解，在酸性条件pH3下加热其稳定性优于蔗糖；大豆低聚糖粘度低于麦芽糖，而略高于蔗糖和果葡糖浆，和其他糖一样，随温度升高，粘度降低；大豆低聚糖的保湿、吸湿性比蔗糖小，水分活性接近于蔗糖，也能降低水分活性，抑制微生物繁殖。在食品中可起保鲜、保湿的作用。大豆低聚糖有明显抑制淀粉老化作用，如在面包等面类食品中添加大豆低聚糖，能延续淀粉的老化、防止产品变硬、延长货架保存期；由于大豆低聚糖属非还原糖，则在食品加工过程中添加，可减少美拉德反应产生和营养素的损失，并且在一般食品中应用也很方便。（九）低聚龙胆糖低聚龙胆糖是龙胆二糖、龙胆三糖、龙胆四糖的杂低聚糖，在低聚龙胆糖结构中连接单个葡萄糖的键是β-（1→6）糖苷键。低聚龙胆糖具有柔和的提神苦味，它的苦味比柑桔皮中所含的柚皮苷的苦味更丰厚也更微妙，而且不会滞留在舌头上。低聚龙胆糖比蔗糖和麦芽糖有更好的保湿性，因此可以保持食品中的水分，从而防止淀粉类食品的老化。（十）低聚木糖低聚木糖是由2～7个木糖以β-（1→4）糖苷键结合而构成的低聚糖，其中以二糖和三糖为主。低聚木糖的甜度约为蔗糖的50%，甜味纯正，类似蔗糖。与其他低聚糖相比，低聚木糖对热和酸稳定性好，pH在2.5～8的范围内比较稳定，在100℃加热1h几乎不分解，不易被酵母利用。低聚木糖不但稳定性好，而且还具有降低水分活度的作用，其对水分活度的影响与葡萄糖相近，但高于木糖而低于麦芽糖和蔗糖。（十一）帕拉金糖帕拉金糖学名为异麦芽酮糖，是葡萄糖与果糖以α-1,6糖苷键结合的双糖。它与蔗糖的区别在于分子内葡萄糖与果糖的连接部位不同，故它是蔗糖的同分异构体。其分子量为360.32。