赤藓糖醇(英文名:Erythritol)是一种
有机化合物,又名赤丝醇、赤丁四醇,属于一种内消旋型单糖多元醇,化学式为C₄H₁₀O₄,分子量为122.12。常温下赤藓糖醇为白色双锥体四棱镜形式的晶体或白色晶体性粉末,具有甜味,无气味,极易溶于水,溶于吡啶,微溶于
乙醇,几乎不溶于
乙醚,标准大气压下的沸点为330℃至331℃,熔点为119°C-123°C。
赤藓糖醇的化学性质稳定,有着优良的耐热性,耐酸性与耐碱性,不会发生美拉德反应。在铂黑的催化作用下,赤藓糖醇可与氧气发生反应形成酸,在光照条件下,赤藓糖醇与
氯气、五氧化二磷反应会形成二氯赤藓糖醇。
赤藓糖醇具有低热量、可维持血糖、高耐受性、预防龋齿和促进益生菌增殖等生理特性。
赤藓糖醇在自然界中广泛分布于许多水果和蔬菜中。它同时存在于许多发酵食品中,如葡萄酒、
酱油等。赤藓糖醇也存在于
人和
动物的组织和
体液中。
常采用制备赤藓糖醇的方法可分为生物制备和
化学合成法,其中工业上主要采用生物制备生产赤藓糖醇。利用赤藓糖醇良好的
物理化学特性和生理功效,可制成多种多样的产品广泛应用于食品工业,医药行业,
国产日化品牌行业和化工合成等行业中。
发展历史
1848年,
苏格兰化学家约翰·斯腾豪斯(JohnStenhouse)在研究来自
安哥拉(Angola)的Roccella montagnei石蕊属地衣(蒙塔氏地衣)中初次接触到了赤藓糖醇。他通过对水浸渍后的地衣采用
生石灰处理后静置和过滤得到一定量提取物,对提取物进行浓缩处理得到多种
混合物混合的
果露,向糖浆中加入
乙醇处理,静置得到了赤藓糖醇结晶粗品。
1852年,Lamy在地衣 Protococcus vulgaris(地衣原
球菌)中发现了赤藓糖醇的游离状态。
1854年至1856年,化学家们发现了一系列
多元醇,其中
法国化学家马塞林·贝特洛(Marcelin Berthelot,1827-1907)表明
糖类物质中也有多元醇的存在,其中一个就是赤藓糖醇。
19世纪60年代,法国化学家维克多-约瑟夫-希波吕特·吕因斯(Victor-Joseph-Hippolyte Luynes,1828-1904),详细研究了赤藓糖醇及其衍生物,并研究了赤藓糖醇与氯、碘化磷和酸的氧化作用。同时他也证明了该化合物是属于
丁基系列的四
烯醇,具有与其他醇类物质十分相似的性质。
1864年,维克多-约瑟夫-希波吕特·吕因斯改变优化了约翰·斯腾豪斯提取赤藓糖醇的过程。
1990年,
日本食品法规批准赤藓糖醇可作为食品添加剂使用。1997年,赤藓糖醇被美国FDA安全食品成分GRAS(公认安全)认证。1999年,食品添加剂专家委员会(JFCFA)批准赤藓糖醇为可食用甜味剂,无需指定ADI值(允许每日摄入量)。
分布情况
赤藓糖醇是一种天然活性物质广泛存在于自然界中,包括许多水果(瓜类、
葡萄类、梨类),菌类(海藻、
地衣、蘑菇)和蔬菜,同时一些发酵食品如
酱油、
葡萄酒等中也含有赤藓糖醇。另外,人类、动物组织和
体液中也含有一定含量的赤藓糖醇,如动物的眼球、
血浆、胎液中。
物质结构
赤藓糖醇是含四个碳原子的直链碳水化合物,每个分子含有一个羟基属于单糖多元醇,仅以内消旋型出现,其分子由两个在某种意义上完全相同的基团组成,每一个基团都有一个不对称的碳原子C*(CH₂OH-C*HOH-C*HOH-CH₂OH)。赤藓糖醇结晶为四方双锥体类,可以通过乙醇
水溶液缓慢蒸发来制备
晶体,晶体直径小于0.4mm。在赤藓糖醇的结构中,两种
氢键对晶体内聚有重要作用。一种是外羟基氧原子与相邻分子上下外羟基的两个氧原子相连,距离为2.66Å,沿c轴形成螺旋链式氢键排列。另一种为内羟基氧原子与相邻分子内羟基的两个氧原子相连。赤藓糖醇的结构是由这些氢键组成的三维网格连接起来的,其中所有可用的氢原子和所有的氧原子也连接在一起。
理化性质
物理性质
赤藓糖醇是一种外观为白色双锥体四棱镜形式的晶体或白色晶体性粉末,无气味,有纯正的甜味,极易溶于水(饱和溶液含有约61%w/w),22°C时在水中的
溶解度为6.10X10⁵mg/L,水溶液为无色不黏稠的液体,溶于
吡啶(饱和溶液含有2.5%w/w),微溶于
乙醇,几乎不溶于
乙醚和苯。溶解热为-96.86kJ/kg,赤藓糖醇在标准大气压下的
沸点为330℃至331.00℃,
熔点为118°C至120°C,25°C时蒸气压为5.25X10⁻⁷mmHg,25°C时的亨利常数为3.08X10⁻¹ºatm-cu m/mol,18℃的酸度系数为13.903pKa,20°C时的粘度为1.3381Pa·s,分配系数为-2.29。赤藓糖醇结晶性好,且具有不易吸潮的特性,其溶解热高,约为-96.86kJ/kg,溶于水会吸收较多的能量,食用时有一种凉爽的口感特性。20℃、15%的赤藓糖醇水溶液的
渗透压为1861mosm/kg。
化学性质
生理作用
赤藓糖醇的热值约为1.25KJ/g,约为
蔗糖的十分之一,同时人体内不存在代谢赤藓糖醇所需的酶系统,进入血液循环的赤藓糖醇不能被代谢和吸收为机体利用,只能通过肾脏和尿液从体内排出,这一代谢特性使大部分赤藓糖醇不为机体提供能量,所以赤藓糖醇在机体内产生的热量很低。
赤藓糖醇能通过被动扩散被
小肠吸收,机体从外界摄入的赤藓糖醇大部分进入血液循环,少量进入大肠。进入血液循环的部分最终会随尿液排出,同时大肠中的赤藓糖醇很难被细菌分解利用,因此它不会引起人体
胰岛素水平和血糖的波动。
赤藓糖醇的耐受性高。小肠可将赤藓糖醇迅速吸收,大肠对赤藓糖醇的吸收量较低,因此可以减轻相关的
腹泻和肠胃胀气等副作用,所以赤藓糖醇具有很高的耐受性,是糖醇中耐受性最高的一种。
赤藓糖醇不会被口腔内的
病原菌发酵生成酸,导致口腔内pH下降,从而具有无致齿性。
赤藓糖醇对肠道中
双歧杆菌具有明显的增殖作用。赤藓糖醇可以提高双歧杆菌代谢生产短链脂肪酸的产量,从而抑制病原菌的生长,达到提高人体免疫力的作用。
制备方法
生物制备
从天然赤藓糖醇来源,如海藻、蘑菇和瓜果等物质中直接提取赤藓糖醇。由于自然界中赤藓糖醇含量较低,直接提取法很难满足工业需求,所以很少使用。
以小麦、玉米等淀粉为原料,通过酶法将淀粉液化糖化成葡萄糖,然后采用食用级嗜高渗酵母如丛埂孢酵母(Moniliella pollinis)或类丝孢酵母(Trichosporonoides megachiliensis)进行酶解发酵使葡萄糖转换为赤藓糖醇,再对产品加热杀菌并过滤后,经离子交换树脂、活性炭和
超滤纯化,结晶、洗涤和干燥后获得。
该合成方法的基本流程为:
化学合成
应用领域
食品
医药
其它
赤鲜糖醇可以代替
丙三醇的部分作用,且多数微生物不能够分解利用赤藓糖醇,添加至化妆品中可以防止化妆品变质。赤藓糖醇作为有机合成的
中间体,在醇酸树脂、聚酯、
聚醚多元醇的合成以及油漆、炸药制造等方面具有广阔的应用前景。
安全事宜
毒理
健康相关
食用赤藓糖醇可以在
小肠内迅速吸收,不能在人体内完全代谢;赤藓糖醇除对人体有一定的利尿效果外,无特殊影响。不同于
木糖醇和其他糖醇,赤藓糖醇在使用时不会出现
腹泻症状。
法规限制
1990年,
日本食品法规批准赤藓糖醇可作为食品添加剂使用。1997年,赤藓糖醇被美国FDA安全食品成分GRAS(公认安全)认证。1999年,食品添加剂专家委员会(JFCFA)批准赤藓糖醇为可食用甜味剂,无需指定ADI值。