功能糖和糖醇的特性与应用

王中泰

功能糖和糖醇的特性与应用

所谓功能糖和糖醇，顾名思义，是指具有一定生理功能或特殊用途的糖和糖醇类物质；包括功能性单糖、功能性双糖、功能性低聚糖和功能性多元糖醇等，参见表 1 。

表 1 功能性糖和糖醇的分类

类型	代表糖和糖醇
功能性单糖	葡萄糖、果糖、甘露糖、木糖、阿拉伯糖、核糖、脱氧核糖、塔格糖、半乳糖、乳酮糖、阿洛酮糖等
功能性双糖	蔗糖、麦芽糖、海藻糖、异麦芽酮糖、乳酮糖（乳 果糖）、乳糖、木二糖等
功能性低聚糖	低聚果糖、低聚异麦芽糖、低聚半乳糖、低聚木 糖、大豆低聚糖、低聚异麦芽酮糖、低聚乳果糖、 低聚壳聚糖、低聚龙胆糖、水苏糖、棉子糖（也称 棉籽糖）等
功能性多元糖醇	山梨醇、甘露醇、木糖醇、麦芽糖醇、异麦芽酮糖 醇、赤藓糖醇、乳糖醇、半乳糖醇等

其中，功能性低聚糖，狭义上是由 2~10 个单糖通过糖苷键连接形成直链或支链的低度聚合糖，这里将聚合度可能会更高的糖类，如菊粉（也称菊糖）、水苏糖也划分为低聚糖类。

已经具备工业生产规模的常见功能糖和糖醇有：果糖、葡萄糖、甘露糖、阿拉伯糖、核糖、海藻糖、阿洛酮糖、山梨醇、甘露醇、异麦芽酮糖（醇）、赤藓糖醇、麦芽糖（醇）、木糖（醇）、菊粉、乳果糖、半乳糖、大豆低聚糖、低聚异麦芽糖、低聚半乳糖、低聚果糖、低聚木糖等。接下来分析常见功能糖和糖醇物理化学特性与应用。

糖和糖醇的物化性质包括甜度、黏度、渗透压、吸湿性、溶解性、耐热耐酸碱性、着色性、难发酵性等。不同的物化性质赋予了功能糖和糖醇不同功能及不同的储存、运输和使用方法。

一、甜味

表 2 常见功能糖和糖醇的甜度（以蔗糖甜度为 100 计）

糖和糖醇基本都具有一定甜度，再加上其低热量和安全性高的特点，常作为低热量功能性甜味剂使用，替代或添加在砂糖、馅糖等甜味剂上，广泛用于糖果、饮料、调味品、功能食品等系列产品。

如表 2 所示，常见的功能糖和糖醇中，以果糖的甜度最高。糖醇的甜度一般小于蔗糖，热量也大多低于蔗糖，可用作低甜度、低热量的甜味剂或高甜度甜味剂的填充剂。糖醇溶解时一般会吸收热量，往往口感清爽或清凉，可作为甜度口味调节成分或甜味剂使用。如具有清凉口感的木糖醇常被添加在薄荷糖中。

甘露醇等可掩盖一些糖精的铁锈味或苦味，适用于高甜度蜜饯、果冻、果酱的加工。在国外，用糖醇制作的甜食品也被称为无糖食品。

低聚糖类一般甜度较低，具有一定调节口感的作用，但制作对甜度要求较高的食品时，有时需要配合其他甜味剂使用；如在饮料中添加低聚果糖，可以使产品口味更清爽柔和。

低度的低聚木糖也具有增强风味的作用，口感和蔗糖相似，一定浓度的低聚木糖可以使饮料的风味更醇厚浓郁。

二、吸湿性

吸湿性是糖和糖醇非常重要的一项特征，不同的吸湿能力直接影响其应用领域、应用方法以及生产储存条件等。

对于一些吸湿性较高的功能糖和糖醇，如低聚异麦芽糖、麦芽糖醇、低聚果糖、木糖醇等，可以作为保湿剂或保鲜剂使用，对食品的保湿与其品质的维持有较好的效果；这类物质往往还能抑制蔗糖或葡萄糖结晶，起到防返砂的作用，同时能增加糖果的韧性、黏性和强度。保湿性强的功能糖一般兼有抑制淀粉老化的功能。

对于面包类、甜点心等淀粉类食品，添加低聚异麦芽糖或是聚果糖等，能延缓淀粉老化回生造成的食品变硬，使其松软可口，延长货架保存期。

表 3 常见功能糖和糖醇的吸湿性

吸湿性高的糖和糖醇，如山梨醇、麦芽糖醇、低聚壳聚糖等，还可以用于化妆品的吸湿剂和保湿剂。比如低聚壳聚糖含有 -NH2 、 -OH 、和 -NHCOCH ，等基团，易形成氢键，使分子链形成网状结构，因此保湿效果显著，兼具成膜功能，非常适合作为功效性化妆品添加剂使用。

一般吸湿性较高的产品，在生产贮存时要注意保湿环境的干燥，以防产品结块返潮。

吸湿性低的糖和糖醇可以用作隔潮剂或防黏剂，用于口香糖、胶姆糖、硬糖等食品的加工，防止粘连；吸湿性较小的低聚糖常被用于制备冰淇淋、巧克力的风味糖衣，如脆皮巧克力的外皮，用于保持产品外皮的硬性，或者用于酥性饼干的甜味剂等。吸湿性较低的甘露醇和 y 晶型山梨醇，由于具有良好的可压缩性能，被广泛的用作药片赋形剂。

三、稳定性

功能糖醇稳定性普遍较好，优于蔗糖，具有较好的贮存和使用稳定的特点。功能糖醇耐热一般在 160 ℃以上，在 pH2~10 条件下无明显分解，但乳糖醇除外，在 pH<3 条件下会有分解。良好的热稳定性可提升其可加工性；如硬糖的加工需要高温熬煮，容易发生分解或产生色素，影响色泽风味，糖醇类由于热

稳定性较高，高温不易变色，透明性能好，用糖醇可有效改善糖果的视觉效果。

低聚糖类的耐热耐酸性相对糖醇要弱一些，大多数与蔗糖接近，如低聚果糖、低聚乳果糖的稳定性与蔗糖接近，在中性 pH 前后加热是稳定的，但在酸性条件下（如 pH=3 ）加热会有一些损失。其中低聚木糖和低聚半乳糖耐热耐酸性较高。如，低聚木糖 pH2.5~8.0 、 120 ℃条件下保温 1h 几乎没有影响；在 pH2.5 ～ 8.0 、 37 ℃下储存 2 个月组分含量基本不变 100 ；低聚半乳糖在 pH3.0~4.5 、高温度条件下都能稳定保存，有着良好的耐热耐酸性，可用于酸性食品和对加工温度较高要求的产品中，如酸奶、果酒、碳酸饮料等。

低聚异麦芽糖在酸热条件 pH2~10 、 120 ℃之下长时间加热不会分解，具有良好的稳定性和耐热性能，可以应用到饮料、罐头及高温处理或低 pH 食品以及饲料中。

四、溶解性和结晶性

功能糖和糖醇基本皆易溶于水，一般溶解度越高的糖和糖醇，越不容易结晶。如果糖溶解度高，明显大于蔗糖和葡萄糖，在水中扩散速度快，所以难结晶。这对于加工果酱、果脯、蜜饯、水果罐头等高糖渍食品十分有利，不仅能保留果品的风味，还可防止表面翻砂，延长保藏期。山梨醇也具有这一特性。常见功能糖和糖醇的溶解度参见表 4 。

表 4 常见功能糖和糖醇的饱和浓度

名称	饱和浓度 / （ w%,20 ℃）	名称	饱和浓度 / （ w%,20 ℃）
木糖醇	63	半乳糖醇	3.3
山梨醇	75	乳糖醇	55
异麦芽酮糖醇	28	低聚木糖	53
蔗糖	66	乳糖	16
葡萄糖	48	结晶麦芽糖	52
果糖	79	木糖	34
甘露醇	18	海藻糖	41
麦芽糖醇	62	异麦芽酮糖	38.4

王中泰

五、黏度与渗透压
无论是黏度还是渗透压，都和浓度有直接关系。通常浓度越大，黏度和渗透压就越大。但不同种类的糖和糖醇之间会有所差异。一般来说，分子量越小的糖和糖醇的渗透压越大，相同雷竞技百科 浓度下低聚糖类的渗透压小于双糖，双糖的渗透压小于单糖，而同是双糖的蔗糖和麦芽糖，其渗透压就比较接近。

渗透压高的糖和糖醇，能较快地穿透细胞组织，渗透到吸水后的蛋白质分子或其他物质中间，把已吸收的水排挤出去；不仅能够增加甜味，还能抑制食品表面微生物生长，从而延长保存期。在面团中加入糖或糖浆，可降低面筋蛋白质的吸水性，减弱面团弹性和延伸性。有些糖液渗透性差，涂抹后滞留在食材如面包表面，不易渗透，形成表里甜度不一的特色面包糕点。

一般情况下，聚合度越大的低聚糖的黏度越高，低聚糖的黏度往往比蔗糖和麦芽糖高，蔗糖的黏度高于单糖。双糖醇黏度一般大于单糖醇，如麦芽糖醇黏度低于蔗糖，但比山梨醇大两倍。

糖浆的黏度特性对食品加工，尤其是糖果加工很重要，一定的黏度赋予熬煮后的糖膏良好的可塑性，以满足生产中成型的需要。

另外糖浆的黏度保证高蛋白质稳定的发泡性质，对于糕点、糖果、冷饮和面包的加工很有帮助。生产应用中常需要合理利用糖和糖醇的黏度特征。如牙膏中广泛用到山梨醇，为了阻止其在冬季低温下结晶，可在里面添加麦芽糖醇，可增加其黏度，阻止结晶，满足防冻要求。

表 5 几种功能糖和糖醇的黏度值

需要注意的是，人体对糖醇的吸收速率远远慢于糖，所以大量服用糖醇会造成小肠内壁糖醇富集而渗透压过高，从而渗水腹泻，所以功能糖醇的使用要尤其注意用量。但是，小分子量赤藓糖醇是个例外，它可以被小肠迅速吸收，不会在肠壁内产生高渗透压，副作用很小，所以人体对赤藓糖醇的耐受量很高，其甜度高、热量极低，是一种高品质的甜味剂。

六、美拉德反应
还原性糖类（糖基类化合物）与蛋白质、氨基酸共同加热时而引起的褐变反应，使产品着色，这一特性也被称为着色性。大多数功能单糖和双糖可以发生Maillard反应，在高温条件下一些低聚糖也能发生焦糖化反应。对于五碳糖，Maillard 发生的程度为：核糖>阿拉伯糖>木糖，六碳糖则：半乳糖>甘露糖>葡萄糖4。还原性低聚糖和双糖发生褐变的程度相对比单糖小。

美拉德反应促使产生深颜色及强烈的香气和风味，能赋予食品特殊气味和风味。其褐变的中间产物具有明显的抗氧化作用，通过调控反应条件，能获得高稳定性的蛋白质-多糖复合物，有利于食物储存“。

但是美拉德反应是把双刃剑，高温加工条件下容易让食品焦化或糖体变色，造成营养损失等；加工条件控制不当容易造成不良变色或口感变味。如板栗、鱿鱼等食品生产加工储藏过程中，此时，可以选择使用或添加一部分不产生美拉德反应的功能糖和糖醇。

除乳糖醇外的几乎所有糖醇都不易产生褐变反应，加热时也不易发生焦糖化作用，低聚果糖、海藻糖、乳果糖不发生美拉德反应，这类糖和糖醇具有保色性，在熬糖加工过程中色泽稳定，但用于培烤食品时需配合其他甜味剂使用。

七、其他特性与应用
功能糖醇具有乳化稳定性，是有效的乳化剂和发泡剂，能够产生有油脂感的光滑结构特征。如麦芽糖醇可被用来代替脂肪，生产油性结构的低热量食物，口感和脂肪非常接近。如山梨醇乳化性良好，是一种非离子型表面活性剂，保湿无毒，经过合成加工后，被用作化妆品乳化剂，添加在粉底霜、化妆水、香水、香粉、唇膏、洗发乳中等。

一些糖和糖醇也是重要的化工原料，如山梨醇是维生素C、异山梨醇、山梨醇酯类产品的重要原料。核糖是生产脱氧核糖的前体等。木糖醇被用来合成木糖醇低碳羧酸酯，作为增塑剂应用在制造人造革、塑料凉鞋、农用薄膜等方面。这类物质耐热性较好，在某些塑料制品中可以代替环氧大豆油作为耐热增塑剂使用。

众多功能糖和糖醇具有低水分活度的特点，如低聚龙胆糖、低聚木糖，当温度、pH等因素影响产品中的微生物快速生长的时候，水分活度就成为控制腐败最重要的因素。一般水分活度越小的食物越稳定，较少出现腐败变质现象。这种特性便于防止一些食品被微生物感染。

部分功能糖和糖醇具有降低冰点的作用。如低聚异麦芽糖被应用于冰淇淋等冷冻食品中时，能够缩短成型时间，降低制冷能耗。又比如木二糖，具有抗冻性，可抑制食品冻结。

一些功能单糖可被微生物酶氧化分解，如葡萄糖、果糖、半乳糖及甘露糖可直接被酵母菌利用，有助于面团、泡菜、酸乳饮料和腌菜的发酵等。而蔗糖、麦芽糖、乳糖等应先被水解后才能发酵，糖醇类一般没有直接发酵性。

糖醇的难发酵性质也可以用来作为防腐保鲜剂使用。糖醇的摄入量要适度控制，有的糖醇在一次摄食过多时，可致产气腹胀，如麦芽糖醇和山梨糖醇，使用时需要有摄入量的限制。但如赤藓糖醇则因基本不参与代谢作用，故食后也不产气。

来源：南京凯通粮食生化研究设计有限公司

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有“功能糖”的产品吗。