功能性糖醇的发展与市场前景

一、功能性糖醇概述 糖醇是一种多元醇,含有两个以上的羟基,虽然不是糖但具有某些糖的属性。目前开发的品种有山梨糖醇、木糖醇、麦芽糖醇、甘露糖醇、赤鲜糖醇、乳糖醇等,这些糖醇对酸、热有…

一、功能性糖醇概述

糖醇是一种多元醇,含有两个以上的羟基,虽然不是糖但具有某些糖的属性。目前开发的品种有山梨糖醇、木糖醇、麦芽糖醇、甘露糖醇、赤鲜糖醇、乳糖醇等,这些糖醇对酸、热有较高的稳定性,不容易发生美拉德反应,作为低热值食品甜味剂,广泛应用于无糖功能食品配方。国外已把糖醇应用于食品工业中作为食糖替代品。糖醇因不被口腔中微生物利用,是防龋齿的好材料。糖醇对人体血糖值上升无影响,且能为糖尿病人提供一定热量,所以可作为糖尿病人提供热量的营养性甜味剂等。现在糖醇已成为国际食品和卫生组织批准的无须限量使用的安全性食品之一。

二、功能性糖醇的理化性质比较

1、基本物理性质比较

糖醇名称 山梨醇 木糖醇 麦芽糖醇 甘露糖醇
主要生产原料 玉米-淀粉-葡萄糖 玉米芯-木糖 玉米-淀粉-麦芽糖 淀粉—葡萄糖—异构化
碳原子数,个 6 5 12 6
分子量,Da 182 152 182 344
甜度(以蔗糖的甜度100计) 48 90-100 79 55
pH值范围 2–10 2–10 2–10 2–10
溶解度(25℃,100g水) 70 64 60 20
热量,kcal/g 2.4-3.3 2.8-3.5 2.4-2.8 1.6
热稳定性 >160℃ >160℃ >160℃ >160℃

从以上各种糖醇的物理性质可以看出,木糖醇与蔗糖的甜度相当,麦芽糖醇与蔗糖的甜度接近,这两种糖醇是蔗糖最好的替代品,可以简单的替代蔗糖。木糖醇的生产原料是富含半纤维素的农林废弃物玉米芯等,资源较为丰富,且不会造成与食粮争原料的现象,发展潜力较大。

2、溶解热比较

糖醇与蔗糖一样溶解后会吸收部分热量,下图是几种糖醇及蔗糖的溶解热比较图。功能性糖醇的发展与市场前景

几种糖醇及蔗糖的溶解热比较图

  从上图可以看出糖醇在水中溶解热都大于蔗糖,因而糖醇入口有清凉感,适合制取清凉的无糖食品,几种糖醇中木糖醇的溶解热最大达到150J/G以上,是蔗糖的7.5倍,清凉感也最强。

3、糖醇的耐受性比较

糖醇可以直接进入肠部而不被胃酶分解,在小肠中有润肠作用。部分糖醇在大肠被细菌利用,产生气体而腹胀肠鸣,有的还腹泻,这些均为正常现象。下表是几种糖醇最大无作用量比较。

名称 最大无作用量 资料来源
男(g/60kg体重) 女(g/60kg体重)
山梨醇 9 18 日本小泉等
木糖醇 18 18
麦芽糖醇 18 18

因测定人群不同和人的个体差异,报道也各有不同,以麦芽糖醇为例,另有测试报道60kg体重的人最大无作用量可达30g,经过一段适应期,能增加到50g。如分几次和其他食品混合在一起,像平日吃糖一样使用,就不致产生腹胀腹泻症状。

4、糖醇的吸收与代谢

糖醇被称作营养性甜味剂。由于糖醇能被人体小肠吸收进入血液代谢,所以具有一定热量,以下列举几种糖醇的热量值

名  称 山梨醇 麦芽糖醇 木糖醇 甘露醇
热量值(kcal/g) 2.4-3.3 2.4-2.8 2.8-3.5 1.6

从上表可以看出糖醇的热量值均比葡萄糖4.06Kcal/g要低些,但是摄入糖醇不影响血糖升高和胰岛素水平,有利于糖尿病人。但对重症患者,则因在代谢后期也需胰岛素参与,所以要谨慎使用。

5、糖醇的黏度和吸湿性

结晶或粉末状纯的糖醇类产品水溶液黏度比蔗糖相对要低,如70%的药用山梨醇其黏度为180里泊,而食品工业用75%的麦芽糖醇浆,其黏度为1500里泊,高黏度和难结晶的糖醇,适于各种软性食品加工,如软糖、糕点、冰淇淋。糖醇除了甘露醇,异麦芽酮糖醇,均有一定吸湿性,特别在相对湿度较高的情况下,此外糖醇的吸湿性和其自身的纯度有关,一般纯度低其吸湿性也高。

6、糖醇的非发酵性可以有效防止龋齿

糖醇不被人体口腔中产生龋齿的微生物所利用,而且不像糖类在口腔中会被酶解而生

酸。如葡萄糖在口腔中8小时,pH值会降至5。糖醇在口腔中,pH值不会降低。特别是木糖醇,在口腔中pH值还略有上升。国外小鼠试验证明,蔗糖的龋齿率为57%,而山梨醇为18%,麦芽糖醇为16%,木糖醇为11%。所以糖醇防龋齿效果显著。

7、几种糖醇的独特特性

(1)木糖醇改善肝功能:1980年北京复兴医院临床证明,木糖醇口服及静脉注射均有改善肝功能的作用。2005年中国中医研究院西苑医院保健中心证明木糖醇对改善脂肪肝有一定功效。木糖醇能减慢血浆中产生脂肪酸的速度,但不会使血糖上升,人体吸收后,血中乳酸、丙酮酸,葡萄糖含量下降,并使胰岛素上升,同时,肝脏中的肝糖元增加,降低了转氨酶,对乙型迁延性肝炎,肝硬化患者有明显疗效,是肝炎病人的保肝药物。

(2)麦芽糖醇具有较好的耐受性以及麦芽糖醇浆的温和口感和价格竞争优势,宜进一步于冷冻饮品等甜食行业继续发展。与甘油和山梨醇相比,麦芽糖醇吸湿、放湿性能更加平稳,具有良好的保湿性。可以有效延长食品的货架期。

(3)赤鲜糖醇的热量值接近于零,宜着重开发零热量食品。

三、典型糖醇的生产企业及产品发展情况

1、山梨醇

我国最早于1958年开始生产山梨醇。当时东北制药总厂率先采用葡萄糖溶液经中压间歇氢化技术生产山梨醇。到1995年,全国山梨醇生产企业已达30多家,生产能力达30万吨。我国山梨醇厂家特别注意自身技术的发展,催化剂的消耗从八十年代的2公斤/吨下降到目前的0.5公斤/吨,氢气的消耗从近200M3下降到100M3左右;反应时间缩短了20%左右,副反应减少,质量提高。12MPa甚至更高压力的加氢釜的使用、高压进料系统、连续离子交换系统、薄板换热多效蒸发器以及全程DDS计算机控制系统的应用,标志着我国山梨醇行业技术水平已达到国际先进水平。目前,国内的山梨醇生产能力已经超过110万吨。从2004年到目前,保持了平均17%以上的年增长率。2009年产量近百万吨。无论从总产量还是单厂规模产量,都居世界第一。主要的生产企业情况如下:

山东天力药业有限公司,始建于1994年,山梨醇年生产能力25万吨,可生产医药级、日化级、食品级山梨醇,适应不同客户需求,是国内起步较早的山梨醇生产企业。山东鲁州生物科技有限公司,年产包括山梨醇在内的淀粉糖产品120万吨,是国内较大的山梨醇生产企业。青岛明月海藻集团和秦皇岛骊骅淀粉股份有限公司也是国内较大的山梨醇生产企业,利达(柳州)化工有限公司、罗盖特连云港有限公司分别是印尼和法国的在中国的独资公司,产能都在10万吨以上。最近新建的有赵州利民糖业有限公司和郸城财鑫糖业有限公司等。

2、木糖醇

我国生产木糖醇始于上世纪60年代末,是从前苏联学习开发而来,当时的轻工业部组织了一批专家攻关,特别是以留苏专家尤新教授为课题带头人,在河北保定市化工二厂顺利建成一条以玉米芯为起始原料,经酸解、中和脱色、离子交换、加氢等工序最后得到结晶木糖醇的生产线,年产木糖醇300吨。l980年后,随着木糖醇提取工艺的成熟,各地先后建成多家以玉米芯为起始原料的木糖及木糖醇生产企业,经过几十年的发展工艺技术已经非常成熟,而各厂家在生产细节上都有自己的独到之处。主要关键工艺包括水解、氢化和结晶分离。近几年连续水解和连续结晶的应用成为木糖醇行业成为新的亮点。其中连续结晶技术生产的产品产量较大,产品的流动性和均匀性较好,是木糖醇生产的发展方向。各厂家在注重产量和纯度的同时,成本成为各厂家竞争的焦点,山东龙力生物科技股份有限公司对木糖醇生产后产生的玉米芯废渣进行二次利用,以玉米芯废渣为原料开发出纤维素燃料乙醇,形成循环产业链,进一步降低了木糖醇的生产成本。同时该公司作为近几年新进入的木糖醇企业采用了目前生产较先进的膜集成技术应用于原料深度净化和过程水的回用工艺中,可高效截留蛋白、胶体等大分子以及细菌和微小杂质,得到纯净木糖醇。目前该生产厂家木糖醇车间完全按照GMP标准设计;产品符合美国药典FCC,联合国粮食农业FAO,日本JP6标准等标准,产品技术质量水平已经达到国际标准。

目前我国木糖生产企业有十余家,而木糖醇生产企业主要有6家,木糖醇年产能约在12万吨,实际产量约7万吨,居世界第一。木糖醇行业内的主要企业情况如下:

丹尼斯克集团公司是世界主要的食品添加剂和配料供应商,该公司是世界上最大的木糖醇生产企业,产能在3.5万吨左右,主要产品是全系列木糖醇,市场占有率约为40%。山东福田科技集团有限公司,是国内较早生产木糖醇的厂家,年产能约木糖醇约3万吨,市场占有率约20%。浙江华康药业有限公司是国内较早的以生产和销售糖醇为主的企业,成立于1962年,产能约2万吨,市场占有率约18%。山东龙力生物科技股份有限公司是近几年兴起的主要木糖醇生产企业,该公司是2001年成立的国内较早的功能糖企业,依托在行业内的管理和技术优势,采用先进的工艺技术迅速发展木糖醇产业,目前木糖醇市场占有率达到10%以上。以上几家木糖醇企业占据了木糖醇市场90%左右的份额。

3、麦芽糖醇

麦芽糖浆的生产工艺与生产葡萄糖类似,生产工艺较为成熟,市场上主要以55%和75%的麦芽糖浆为主。我国麦芽糖醇浆上世纪90年代即有生产,结晶麦芽糖醇只从2005年才有试产,其关键技术是采用模拟移动床(SMB)连续色谱分离技术,将麦芽糖浆中麦芽二糖的纯度由75%提高到95%以上,再通过氢化、脱色、净化等工序后制成净化液,净化液通过浓缩、结晶、分离等工序得到晶体麦芽糖醇和液体麦芽糖醇。近两年晶体麦芽糖醇开发开始升温,相对于液体麦芽糖醇其纯度高,不易染菌,可加工性强,酸热稳定性好,适合长途运输和保存,添加到产品中更能够发挥其独特功能性等特点,发展前景看好。

麦芽糖醇在欧、美、日本等国已经商品化多年。国际上的主要生产企业有法国罗盖特、美国嘉吉公司、日本三菱株式会社,三家企业的产能约在8万吨左右。在我国河南莲花英糖药业有限公司用高纯度的结晶麦芽糖氢化制固体麦芽糖醇,产能在5000吨左右。山东禹城绿健生物技术有限公司在国内首先采用色谱分离技术,建成了年产规模3000吨结晶麦芽糖醇装置,纯度达到99.5%。浙江华康药业有限公司和江苏高淳县红宝丽集团也是国内主要的麦芽糖醇生产企业之一,产能都达到5000吨,总生产能力已经达到3万吨以上,由于种种原因,结晶麦芽糖醇的市场还远未能打开,目前国内市场上主要还是液体麦芽糖醇,价格在4200元/吨-4500元/吨。最近山东龙力生物科技股份有限公司消化吸收了行业先进的玉米淀粉酶法制取高麦芽糖技术和糖醇加氢、结晶技术,并优化了液化、酶解、净化、干燥等工艺的参数控制及设备工艺配套,建成了高麦芽糖浆生产线,该产品以麦芽糖含量高、单糖含量低为突出特点,是生产晶体麦芽糖醇的优良原料。该企业现已完成晶体麦芽糖醇可研和中试。

四、糖醇的市场应用领域及发展前景

世界功能性配料包括碳水化合物(膳食纤维、多糖类、糖醇、低聚糖等),蛋白质(氨基

酸、肽等),脂类(不饱和脂肪酸、甾醇),抗氧化剂等大类。消费最多是碳水化合物类,2007年全球无糖产品的销售额360亿元。其中糖醇占第一,达180万吨以上,销售额约16亿美元,其中山梨醇136万吨,发达国家40~70%用于功能食品;低聚糖占第二约20多万吨,销售额5亿美元。1999年CAC批准麦芽糖醇、山梨醇、木糖醇、乳糖醇四种糖醇,为在食品中可按生产需要使用,不受限制的食品添加剂。WHO/FAOJECFA批准这四种糖醇,ADI值不作规定。国际市场规模化的糖醇包括麦芽糖醇、山梨醇、木糖醇、乳糖醇、甘露醇、赤藓醇、异麦芽酮糖醇等,是国际公认安全的食糖替代品。糖醇的应用领域非常广泛,目前除用于食品、药品、日化产品外还可以用于日化产品及其他化工原料。

1、下游食品企业

在我国已经批准列入使用可作为食糖替代品的糖醇有山梨醇、木糖醇、麦芽糖醇、乳糖醇等,这些糖醇允许在各类食品中添加,最大使用量基本可以按1:1比例替代食糖,工艺不用做大的改动,就能做出无糖甜食品。从2002年卫生部具体组织的全国范围内开展了中国居民营养与健康状况调查显示:我国糖尿病患病率为2.6%,大城市达到6.4%,患病人数3000多万,另有近2000万人空腹血糖受损;全国成人超重率为18.29%,大城市为22%,总人数达到2.3亿人;糖醇是糖尿病人和肥胖病人良好的甜味剂,也是一种具有医疗保健作用的新型食品添加剂。目前我国人均年消耗食糖8kg,是世界平均消耗量的1/3,以糖尿病人(3000万人)为例,如以糖醇作为甜味剂,市场需求量就达到24万吨。

糖醇除了作为无糖食品配料以外,许多糖醇有其独特的性能而应用非常广泛。如麦芽糖醇具有口感好、良好的保湿性和抗结晶性等特性,可用来制作糖果、胶姆糖、巧克力、冷饮、乳制品、糕点、面包、饮料、浓缩果汁和酱菜等食品,也可以作为营养型糖质的甜味剂、结晶改良剂、保香剂、保湿剂和粘稠剂等优质食品添加剂。麦芽糖醇难以被面包酵母、霉菌等菌类利用,属于难发酵性糖质,所以还能起到延长面包、饼干等食品货架期的作用。木糖醇为人体提供能量,合成糖元,减少脂肪和肝组织中的蛋白质的消耗,使肝脏受到保护和修复,减少人体内有害酮体的产生,不会因食用而为发胖忧虑,因而木糖醇可被应用于各种减肥食品中,作为高热量白糖的代用品。

2、下游医药工业

目前多种糖醇被列入药物名单,如山梨醇、木糖醇、甘露醇等,山梨醇适用于治疗脑水肿及青光眼。也可用于心肾功能正常的水肿少尿。麦芽糖醇在体内的水解速度很慢,释放出的葡萄糖不足以引起血糖水平的波动,因此人体摄入麦芽糖醇后血糖水平和血液胰岛素水平增加幅度很小。此外木糖醇、麦芽糖醇还能促进钙的吸收,可作成药用饮料,专用于动脉硬化、高血压、肥胖病以及骨质疏松症的患者。甘露醇注射液可降低颅内压、眼内压、消除脑水肿、利尿、还可防止血压上升、动脉硬化。这些糖醇新的应用研发不断出现,在医药领域应用广泛。

3、在化学工业中的应用

麦芽糖醇在化学工业中,可作为合成化学品的原料,用于制造合成树脂、表面活性剂、接触剂等;还可作为保湿剂用于卷烟,以提高烟草的持水能力。山梨醇、甘露醇制作泡沫聚酯;我国甘油需求量可高达12万吨,预计目前我国甘油产量不会超过7万吨,木糖醇可填补剩余的缺口。另外,我国农用膜中,棚膜约100万吨,如果其中50%生产防滴膜,年消耗木糖醇可达2000吨。

4、在日化领域的应用

山梨醇在洗涤剂、清洗剂应用广泛。特别是牙膏行业的应用,牙膏生产用山梨醇的比例已达到70%,预计随着使用面的扩大而继续上升;另外,麦芽糖醇具有良好的吸湿性、保湿性,可以作为化妆品的湿润调节剂,漱口剂的加香等。

5、替代石油制造玉米化工醇

2007年,吉林大成集团成功开发成功了用山梨醇制造2万吨化工醇项目,2008年建成了年产22万吨化工醇装置。此装置日消耗山梨醇就达到800-1000吨,年消耗山梨醇达到30万吨。目前正在建100万吨玉米化工醇装置。

6、在其他领域的应用

液体木糖醇可用在蓄电池极板制造上,性能稳定,容易操作,成本低,比甘油更佳。山梨醇(六个羟基)可制得相应多官能度的聚醚多元醇等。随着糖醇产业的发展,糖醇在其他领域的应用研究也在不断拓展。

目前糖醇产品在各领域的应用逐渐被认知,生产技术的提高使产品生产成本逐步降低,行业出现优化整合,市场逐步向优势企业靠拢。各厂家开始重视国内市场的开发,以木糖醇为例,近年来大量小包装产品在各大超市出售。无糖月饼、汤圆、饼干、饮料等食品成为商家促销的手段,国内消费比例明显增大。随着国内人们生活水平的提高和消费者追求健康的需要,无糖、低热的无糖食品的需求越来越多,糖醇市场在国内的份额将日益扩大。纵观国内外糖醇市场的发展趋势,主要糖醇中山梨醇近年生产增长较快,竞争力提高,但同质化严重,产能过剩,效益不高,市场已经接近饱和。木糖醇市场2005年出口7000吨,到2008年出口量达到2.1万吨,平均以30%以上的速度递增,2009年国际金融危机影响,出口量不足2万吨,随着金融危机影响的消除和国内对木糖醇需求的增大预计到2011年市场全球需求量将达到10万吨左右。麦芽糖醇的市场是最近几年的新兴市场,特别是晶体麦芽糖醇,应用广泛,市场潜力巨大,目前国内外市场年需求量以15%的速度增长,到2011年将达到11万吨左右,成为新的竞争焦点。

近二十年来,我国经济的迅速发展为糖醇行业提供了良好的发展条件:

2008年我国玉米总产量达到1.64亿吨,玉米芯的总量达到5000万吨以上,淀粉产量达到1818万吨,淀粉糖总产量达到800多万吨。这就为我国的糖醇生产的发展提供了充足的原料。我国的维生素生产居世界首位,年消耗山梨醇40万吨左右。迅速发展的食品与日化工业,也为我国发展糖醇工业创造了巨大的市场。

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作者: 中国甜味剂网

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