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CNS_19.018_赤藓糖醇

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2021/08/06

食品添加剂

赤藓糖醇的性质及国标测定方法

游臻

时间：2021.7

赤藓糖醇的性质及国标测定方法

摘要：赤藓糖醇，一种天然活性物质，被广泛应用于食品、医药保健品、日化产品和化工产品中。近年来，随着人们对于营养健康的关注度逐渐增加，学者对其理化及生物学特性研究的不断深入，赤藓糖醇的安全性得到证实，应用范围逐渐扩大。为此，本文对赤藓糖醇的理化特性、来源、提取方法、应用、检测方法、检测标准进行了简要介绍，从机理和应用的角度阐述了赤藓糖醇在不同领域的研究。因为赤藓糖醇独特的代谢方式，使其被应用于糖尿病、葡萄糖不耐受症等特殊人群的功能食品中。赤藓糖醇的防龋性、抗氧化性、保湿性和不可燃性等特性使其在医药、日化领域的应用不断扩展。

关键词：赤藓糖醇；性质；检测；应用；生产

一、赤藓糖醇的理化性质与生理性质

1．赤藓糖醇的性质

赤藓糖醇在自然界分布十分广泛，海藻、蘑菇以及甜瓜、葡萄、桃等水果类中均含有赤藓糖醇。由于细菌、真菌和酵母也能产生赤藓糖醇，所以在发酵食品果酒、啤酒、酱油中也存在，另外还存在于人和哺乳动物的体液中。赤藓糖醇为白色结晶的四碳多元醇类化合物，化学名称为1，2，3，4-丁四醇，分子式为C4H10O4，分子量122.12，熔点126℃，沸点329～331℃，溶解热-97.4J/g，其化学性质与山梨糖醇、甘露糖醇和木糖醇等糖醇相类似。[1]

（1）赤藓糖醇的甜度

赤藓糖醇与蔗糖的甜昧特性十分接近，爽净且无后苦味，甜度约为蔗糖的70%～80%。与其他甜味剂混合使用具有改善、协调味质的作用，如赤藓糖醇与高甜味剂甜菊糖苷以1000:（1～7）混合使用，可有效掩盖甜菊糖苷的后苦味；将20%以上的赤藓糖醇与白砂糖并用，其后味和甜味比白砂糖更为理想；溶液中1%～3%的赤藓糖醇能有效掩饰刺激性口味，改善溶液的口感和风味；与糖精，阿斯巴甜等甜味剂混合使用，甜味特性良好，可以掩盖人工合成甜味剂的不良味感。

（2）赤藓糖醇的稳定性

赤藓糖醇在热,酸，碱条件下稳定，适用的酸碱范围为pH2～12，符合一般食品对酸碱的要求，由于不含羰基，所以在与氨基酸共存的情况下无美拉德反应发生。试验表明，赤藓糖醇在160℃高温条件下不会出现分解及热变色，避免高温加工过程食品出现的焦化。

（3）赤藓糖醇的结晶性

赤藓糖醇吸湿性低，结晶性好，易粉碎制得粉状产品，其吸湿性在糖醇及蔗糖等甜味剂中是最小的。温度为20℃、相对湿度为90%的环境中，放置5d后的吸湿增重，麦芽糖约为17%，蔗糖约为10%，而赤藓糖醇仅为2 %左右。

（4）赤藓糖醇的溶解热

赤藓糖醇在20℃时溶解度仅为37%，大约是山梨醇溶解度的50%，在制作高甜度食品时，为防止结晶析出，保持食品的质构稳定，应和其他糖醇混合使用。赤藓糖醇溶解热高是葡萄糖的3倍，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。赤藓糖醇结晶性好，不吸潮，在20℃、相对湿度为90%时仍不吸潮，特别适用于加工巧克力糖果等食品。

（5）赤藓糖醇的渗透压

由于赤藓糖醇分子小，分子量仅为蔗糖的1/3左右，能大大地降低水分活度。25℃、36%的水溶液，水分活度为0.91；而赤藓糖醇渗透压高，20℃、15%的水溶液渗透压为1861mosm/kg，是蔗糖的3.2倍，山梨醇的1.8倍。赤藓糖醇的这一特性有利于提高食品的防腐能力，延长食品的保质期。[2]

2．赤藓糖醇的生理性质

（1）赤藓糖醇的代谢

赤藓糖醇在小肠易于吸收，大部分能进入血液中循环，仅有少量直接进入大肠中作为碳源发酵。由于人体缺乏代谢赤藓糖醇的酶系，进入血液中的赤藓糖醇不能被消化降解，只能透过肾从尿液中排出体外，这一独特的代谢特征，决定了赤藓糖醇低热值的特性。据文献报道???，进入机体内的赤藓糖醇有约???经小肠吸收并从尿液中排出，???左右进入大肠，进入大肠中的最多有???被细菌利用，其他经由粪便排出体外。由此得知，摄入的赤藓糖醇只有??????代谢产能，为人体提供能量，而赤藓糖醇的能量值为???kcal/g????kcal/g，仅为蔗糖能量的??????，是所有多元糖醇甜味剂中能量最低的一种。由于进入机体的赤藓糖醇进入大肠的量很少，因此不会造成不吸收物质可能带来的腹泻及肠胃胀气等副作用，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。由于人体缺乏代谢赤藓糖醇的酶系，进入机体的赤藓糖醇大部分由尿液排出，其代谢途径与胰岛素无关或很少依赖胰岛素，所以对糖代谢没有影响。食用含赤藓糖醇的食品对糖尿病患者等糖限量的特殊消费群体是安全的。

（2）赤藓糖醇的非致龋齿特性

由于口腔中的细菌，特别是金黄链球菌（Streptococcus mutans）不能利用和发酵赤藓糖醇，所以不会引起口腔牙表面pH值下降产生牙斑，导致龋齿。

二、赤藓糖醇的生产

1．化学法生产赤藓糖醇

化学合成法是由丁烯二醇与过氧化氢反应,其中丁烯二醇是由乙炔和甲醛先制成2-丁烯- 1,4 - 二醇, 然后将其水溶液与活性镍催化剂混合并加入阻化剂氨水,在0.5 M Pa压力下通入H2氢化,得到赤藓糖醇产品。以淀粉为原料的化学合成法是将淀粉用高碘酸法生成双醛淀粉,再经氧化裂解生成赤藓糖醇和其他衍生物。化学合成生产赤藓糖醇的工艺方法存在流程长、成本高、污染严重、条件要求高、产品安全性差等不足,无法与发酵法比拟,因此目前研究和应用最多的是以淀粉为原料的发酵法来生产赤藓糖醇的工艺方法。

2．发酵法生产赤藓糖醇

发酵法是以淀粉水解葡萄糖为原料，经耐高渗酵母菌株发酵产生赤藓糖醇及少量的核糖醇，丙三醇等副产物，经分离，提取，精制，获得高纯度的赤藓糖醇产品。产品的收率大约为50%。与化学合成法相比，具有条件温和，易于控制，环境友好，污染少，产品安全，原料来源丰富，成本低等优点，更易于实现规模生产。[4]

三、赤藓糖醇的应用

1．赤藓糖醇在食品工业的应用

赤藓糖醇经过急性、亚急性、慢性毒性试验等动物试验以及人体试验确认安全无毒、食用安全性较好，允许添加量较高，不易引起腹泻或胃肠等不适感。1990 年日本食品法规批准赤藓糖醇可直接作为食品配料； 1997年通过美国食品与药品管理局（FDA）批准，获美国FDA安全食品配料（GRAS）认证和允许在标签上标注“有益于牙齿健康”；1999年世界粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）联合组成的食品添加剂专家委员会（JECFA）批准赤藓糖醇作为食用甜味剂，无需规定 ADI值；1999年澳大利亚和新西兰食品监督局（AN 、A）批准赤藓糖醇作为食用配料，我国在GB 2760-86标准中也允许其在食品中应用。

由于赤藓糖醇的热、酸稳定性好，在一般性食品加工条件下，几乎不会引起褐变或分解现象，在硬糖生产时高温熬煮也不会引起褐变。赤藓糖醇的热稳定性高使巧克力生产的精炼可以在更高的温度下进行，进一步促进巧克力风味的形成，改善产品的品质。赤藓糖醇的吸湿性差，在湿度为90%的环境也不易吸潮，这一特性对巧克力、口香糖等食品加工很有利。赤藓糖醇的高吸热性使得产品食用后具有持久的爽口清凉感觉，对改善口香糖、清凉性固体饮料和糖果的品质十分重要。赤藓糖醇甜味爽净，在与蛋白糖、甜菊糖等高甜度甜味剂复配时可有效地掩盖其后苦味；赤藓糖醇还可以降低酒精的异味，改善蒸馏酒和葡萄酒的口感与风味，在蔬菜汁饮料中使用，可有效地抑制蔬菜饮料特有的不良口味；在饮用咖啡时添加可有效地抑制咖啡的涩味。赤藓糖醇的耐热和耐酸等特性，使得巴氏高温或超高温等杀菌工艺对以赤藓糖醇为甜味剂的饮料外观品质均不会产生影响。[5]

2．赤藓糖醇在医药生产的应用

赤藓糖醇的防龋特性是近年来赤藓糖醇的一个应用热点。张帆等通过体外的人工龋实验证实，赤藓糖醇和牛奶的混合液具有抑制变异链球菌在生物膜中黏附生长，促进脱矿牙釉质再矿化的作用，可以在一定程度是阻止龋病的发展。未来，赤藓糖醇-牛奶混合液，作为一种安全、营养的食品，极有可能成为替代加氟牛奶成为另一条防龋的有效途径。李维丹实验表明赤藓糖醇对牙周炎的主要致病菌牙龈卟啉单胞菌有明显抑制作用，并能降低其在牙骨质表面的黏附作用，为牙周病的防治提供了新的方向。

此外，赤藓糖醇还能抑制多种龋病致病链球菌及耐氟菌的生长和产酸。目前，越来越多的防龋产品使用赤藓糖醇代替传统的氟化物和抗生素。赤藓糖的抗氧化性，不仅是添加到柠檬汁饮料中保护 VC，还可以应用为一种体内抗氧化剂，防止身体的氧化应激损伤。韩春妮等通过设计实验表明，赤藓糖醇可减轻 H2O2 对 PC12 细胞的氧化损伤程度，具有体外抗氧化损伤的作用，为赤藓糖醇应用于预防和治疗机体氧化应激引起的糖尿病及其并发症提供了理论基础。在链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠实验中，赤藓糖醇不仅是一种极好的自由基清除剂和抑制剂，还具有保护内皮细胞层的作用。此外，研究还表明，赤藓糖醇对2，2-偶氮二异丁基脒二盐酸盐引起的大鼠溶血有抑制作用，对减轻高血糖症引起的血管损伤起到积极作用。此外，赤藓糖醇的吸湿性低、分散性好、口感优良、与各种药物兼容性好等特性，正越来越多的应用于药片包衣、药剂辅料、吸入剂药物载体或赋形剂等诸多领域。

3．赤藓糖醇在日化品生产的应用

赤藓糖醇因其防龋齿性，促进牙菌斑分解，有利于维持口腔健康等优势已被应用于牙膏中， KAO（花王）、LG 竹盐炫润白系列牙膏都添加有赤藓糖醇。另外，赤藓糖醇不仅具有和甘油相同的保湿及改善肌肤粗糙的效果，而且黏稠性低、有清凉效果，已被日本资生堂用于多个系列的护肤品中。[6]

四、赤藓糖醇的检测

1．高效液相色谱法

根据GB 26404-2011，利用高效液相色谱仪和示差折光检测器，色谱条件为流动相是重蒸蒸馏水；色谱柱为氢型大孔径阳离子交换树脂填充柱，树脂包含大网格磺化聚苯乙烯??二乙烯基苯共聚物，交联度为??，颗粒大小为?微米；流速为???ml/min；柱温为60摄氏度；进样量为10?L。

实验步骤为准确称取0.25g 在105℃下干燥4h后的赤藓糖醇标准品，精确至0.0001g，转移至一个50mL容量瓶中，用流动相溶解，稀释定容至刻度，混匀后备用。色谱分析前，用0.45μm微孔滤膜过滤。再确称取2.0g在105℃下干燥4h后的赤藓糖醇试样，精确至0.0001g，转移至一个50mL容量瓶中，用流动相溶解，稀释定容至刻度，混匀后备用。色谱分析前，用0.45μm微孔滤膜过滤。最后在参考色谱条件下，分别对标准溶液和试样液进行色谱分析，记录60min的色谱图。赤藓糖醇的出峰时间根据标准品的出峰时间定性。重复实验两次，得到平均峰面积值。

结果计算赤藓糖醇含量以赤藓糖醇（C4H10O4）的质量分数 w1计，数值以%表示，按公式计算：

式中： m1──称取的赤藓糖醇标准品质量的数值，单位为克（g）； m2──称取的试样质量的数值，单位为克（g）； A1──试样液色谱图中赤藓糖醇平均峰面积值的数值； A2──标准溶液色谱图中赤藓糖醇平均峰面积值的数值。

实验结果以平行测定结果的算术平均值为准，平行测定结果的绝对差值不大于0.5％。[7]

2．灼烧残渣的测定

准确称取2g试样，精确至0.0001g，置于800℃±25℃下灼烧至恒重的坩埚中，缓缓加热直至试样完全碳化。将碳化的试样冷却，用0.5 mL的硫酸润湿残渣，继续加热至硫酸蒸汽逸尽，并在800℃ ±25℃的高温炉中灼烧残渣至恒重

灼烧残渣以质量分数??计，数值以?表示，按公式计算

式中：m4──残渣和空坩埚的质量的数值，单位为克（g）；m3──空坩埚的质量的数值，单位为克（g）；m──称取的试样质量的数值，单位为克（g）。实验结果以平行测定结果的算术平均值为准，平行测定结果的绝对差值不大于0.05％

3．还原糖（以葡萄糖计）的测定

准备葡萄糖溶液：0.75mg/mL。费林溶液A：称取34.66 g硫酸铜（CuSO4·5H2O），溶于水中，完全溶解后，用水稀释至500 mL，贮存于密闭容器中。费林溶液B：称取173g酒石酸钾钠（KNaC4H4O6·4H2O）和50g氢氧化钠（NaOH），溶于水中，完全溶解后，用水稀释至500 mL，贮存于橡胶塞玻璃瓶内。

分析步骤为准确称取约0.5 g试样，精确至 0.0001 g，转移至一个 20 mL 烧瓶中，加入2mL水，溶解、混合，此为试样液。移取2mL葡萄糖溶液，置于另一烧瓶中。分别往两个烧瓶中加入1mL费林溶液 A和1mL费林溶液 B，加热至沸腾后冷却。溶液形成红棕色沉淀。

若葡萄糖溶液反应液较试样液反应液混浊，则判定为合格。

4．核糖醇和丙三醇的测定

参考色谱条件同赤藓糖醇测定的参考色谱条件。准确称取核糖醇标准品和丙三醇标准品各 0.025g，精确至0.0001g，转移至一个50mL容量瓶中，用流动相溶解，稀释定容至刻度，混匀后备用。色谱分析前，用0.45μm 微孔滤膜过滤。试样液制备:准确称取2.0g在105℃下干燥4h后的赤藓糖醇试样，精确至0.0001g，转移至一个50mL容量瓶中，用流动相溶解，稀释定容至刻度，混匀后备用。色谱分析前，用0.45μm微孔滤膜过滤。在参考色谱条件下，分别对标准溶液和试样液进行色谱分析，记录 60 min 的色谱图。核糖醇和丙三醇的出峰时间根据对应标准品的出峰时间定性。重复实验两次，得到平均峰面积值。

结果计算核糖醇和丙三醇的含量分别以质量分数w3和w4计，数值均以%表示

式中：

m5──称取的核糖醇标准品质量的数值，单位为克（g）；

m0──称取的试样质量的数值，单位为克（g）；

A3──试样液色谱图中核糖醇平均峰面积值的数值；

A4──标准溶液色谱图中核糖醇平均峰面积值的数值。

m6──称取的丙三醇标准品质量的数值，单位为克（g）；

A5──试样液色谱图中丙三醇平均峰面积值的数值；

A6──标准溶液色谱图中丙三醇平均峰面积值的数值。

取两次平行测定结果的算术平均值为测定结果，平行测定结果的绝对差值不大于0.01 %

五、赤藓糖醇的国家标准

1．在产品中的使用量

赤藓糖醇在国家标准中规定在产品中适量使用，没有明确的限制标准，这是因为赤藓糖醇安全性较高并且在产品中过量使用时反而会使产品的外观口感等质量指标大幅度下降，从而影响产品的销售。所以国标中对产品中赤藓糖醇的使用量并没有限制量。

2．赤藓糖醇的质量标准

感官要求标准，色泽为白色，滋味要求有甜味，组织状态为结晶性粉末或颗粒

理化指标为赤藓糖醇（以 C4H10O4 计，以干基计），w/% :99.5～100.5

干燥减量，w/% ≤ 0.2

灼烧残渣，w/% ≤ 0.1

还原糖（以葡萄糖计），w/% ≤ 0.3

核糖醇和丙三醇（以干基计），w/% ≤ 0.1

铅（Pb）/（mg/kg） ≤ 1

参考文献：

???肖素荣,李京东.赤藓糖醇的特性及应用[J].中国食物与营养,2008(05):26-28.

???刘建军,赵祥颖,田延军,韩延雷,张家祥.低热值甜昧剂——赤藓糖醇[J].食品与发酵工业,2007(09):132-135.

[3]尤新.尤新食品发酵论文选[M].北京:中国轻工业出版社,2005.272-274

[4]李树东,宋微,魏春红,曹龙奎.发酵法生产赤藓糖醇的研究综述[J].农产品加工(创新版),2009(12):50-52.

???刘建军,赵祥颖,田延军,韩延雷,张家祥,李丕武.低热值甜味剂赤藓糖醇的研究现状及应用[J].中国酿造,2006(12):1-3+16.

???李俊霖,郭传庄,王松江,王建彬,隋松森.赤藓糖醇的特性及其应用研究进展[J].中国食品添加剂,2019,30(10):169-172.

???GB 26404-2011, 食品安全国家标准　食品添加剂　赤藓糖醇.

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