第一节 木糖醇产品概述
一、产品定义
木糖醇是一种天然甜味剂，化学名为“戊五糖”，系一种五碳糖。在气候寒冷的北欧地区和俄罗斯等国，当地居民很早就利用白桦树液制取“桦糖”代替白糖食用，其味清凉甜美胜于蔗糖。“桦糖”的主要成分即为木糖醇。在自然界，草莓、菊苣以及白桦树、橡树等植物均有较高含量的天然木糖醇。
“木糖醇”对糖尿病人与糖耐量增高者等特殊人群和需要减肥的人群尤为有益，因此，随着患糖尿病人数的增加，木糖醇制剂及保健品逐渐走俏。除此之外，科学家还陆续发现了木糖醇的其他多种药理作用，如直接抑制引起龋齿的变形链球菌、抗肺炎链球菌、抑制幽门弯曲菌感染等。这些新发现大大增强了木糖醇作为新型保健糖的优势地位，在国际市场上的销售势头甚至压倒了阿斯巴甜。
二、合成工艺
中和脱酸工艺就是在净化水解液时采用中和法。上世纪六十年代，我国木糖醇在保定开始试生产时，就是采用这个方法，如保定厂的一号生产线。此法的工艺路线如下：
中和脱酸工艺生产木糖醇流程图
这是典型的木糖醇生产工艺，在水解液净化过程中，采取了一次中和一次离子交换工艺，在这个工艺的基础上，又加了一次氢化液离子交换，就变成了一次中和脱酸二次交换工艺，都属于中和脱酸工艺。我们知道，在木糖醇生产过程中，玉米芯首先要水解生产水解液，水解时要加催化剂—硫酸，而水解后，硫酸就存在于水解液中，但在生产过程中，这部分硫酸 必须除去，固名思意中和脱酸工艺就是用中和的方法将酸除去，中和剂通常用碳酸钙。硫酸被碳酸钙中和成石膏—硫酸钙，硫酸钙在水中的溶解度很小，绝大部分石膏都成为沉淀经过滤除去。
中和脱酸工艺的优缺点：中和脱酸工艺比较简单，酸碱消耗低，可降低成本，设备也比较简单，易操作，投资少。但由于它是初始工艺，必然有不足之处，它的缺点主要来至工艺本身，众所周知，石膏虽然在水中的溶解度小，也不是绝对不溶解，在进入下个浓缩工序时，随着水解液变浓，石膏在水解液中浓度也变大，呈过饱和状态，此时就有一部分石膏又沉淀出来，沉积在蒸发器的管壁上，形成隔热层，降低蒸发效力，浪费蒸汽，降低设备利用率。 由于，这层结垢很难除去，特别是很难用化学方法除去，不得不用机械法清除结垢，不但麻烦，而且劳动强度很大，对设备也有不同程度的损伤，降低设备的使用寿命。
2、离子交换脱酸工艺
为了解决中和脱酸带来的困惑，科技工作者和生产厂家的科技人员通过不懈的努力， 研究 开发了离子交换脱酸新工艺，如保定厂的二号生产线。离子交换脱酸工艺就是采用离子交换树脂利用离子交换的方法将硫酸根除去。此工艺也有两次交换和三次交换之分，但不管是两次交换还是三次交换都有属于离子交换的范畴。此法的工艺的路线如下：
离子交换脱酸工艺生产木糖醇流程图
每次交换的意义不同，所以采用的离子交换树脂也不同，第一次交换主要是为了除去水解液中的硫酸根，所以采用阴离子交换，第二次交换采用阳离子交换树脂，第三次交换用阳、阴两种树脂，也有单用阳树脂的。离子交换脱酸工艺，工艺比较复杂，树脂用量较多，设备较多，投资大。增加了酸碱消耗，加大了成本。但离子交换脱酸工艺还有它不可替代的优点，它解决了中和脱酸工艺品中设备结垢的缺点，提高了设备的利用率和使用寿命，减少了水解液中的灰份和酸的含量，提高了水解液的质量，相应的提高了产品质量。由于离子交换脱酸工艺有众多的优越性，新建厂都采用了此工艺。
不论是中和脱酸工艺还是离子交换脱酸工艺，他们的最后一次交换，都是将氢化液再进行一次交换，来提高净化液的质量，继而提高产品质量。中和脱酸工艺和离子交换工艺，都有各自的优点和不足，采取那种工艺都必须扬长避短，最大限度发展优势，提高经济效益。
3、木糖醇生产工艺的要点和进步
木糖醇的生产工艺是比较长的，但必须把住几个关键工序才能保证木糖醇产品质量和生产的顺利进行，这就是协纲提领，几个关键工序做好了就把住了木糖醇的生产要点。木糖醇有以下几道值得注意的工序，分述如下。
1）水解工序
水解工序是木糖醇生产的第一道工序，是关系到木糖醇的质量和后序工序加工的难易的关键。如果把握不住水解液的质量，就会给后序工序带来很多麻烦，最终会影响产品的质量。水解工序首要注意的问题是原料净化问题，原料玉米芯要经筛选，洗涤，清除杂质，不要人为的把杂质引入水解液中，造成水解液质量的先天不足。水解工序参数三要素就是催化剂、水解温度和时间。其中，催化剂只是一个量的问题，卡住催化剂的用量就行了；水解温度是值得关注的问题，温度低只能是水解不完全，而要是高了就会造成严重后果，温度过高会使水解液中的木糖继续脱水生成糠醛或深度水解生成低级的碳水化合物，如醋酸，丙酮等，也会使大量蛋白质水解，生成有机色素和胶体，这会对后续的净化工序带来很大困难。为了确保水解温度适当可引进温度自动控制系统，已经是很容易解决的问题了。同样水解时间也不能不足或过长，会造成同水争温度一样的后果，多长时间好呢，虽然有一个基本时间，但要恰如其分，这就要操作者根据不同原料，不同气候，根据长期积累的实际经验来掌握。
2）中和工序
中和工序是中和脱酸工艺的关键工序，在这个工序将除去绝大部份无机酸-硫酸。中和效果的优劣要用pH值控制,水解液的pH值一般在1～1.5，当中和到pH4时，无机酸绝大部份中和掉，且有机酸也开始中和，当pH值5时，约有70%的醋酸、甲酸、乙酰丙酸等有机酸被中和掉，要想使全部有机酸被中和掉到pH10。但是当pH值4～5时就会破坏糖，生成色素，中和时局部过碱也会造成还原糖分解，中和pH值通常为3.5，温度70～80℃。
中和时是把硫酸中和成石膏沉淀，生成两种石膏，一种是二水石膏(CaSO4•2H2O)，另一种是半水石膏(2CaSO4•H2O)，这两种石膏在不同温度下溶解度不一样，在80℃以下时二水石膏生成量大而溶解度比半水石膏小，但温度过高生成的二水石膏量小，且溶解度增大，在中和时希望生成二水石膏越多越好。但沉淀和溶解是可逆的，为了使石膏生成的多，且结晶颗粒大，往往要沉降养晶，但时间不能过长，以免沉淀再次溶解。
3）脱色工序
脱色工序是木糖醇生产的主要工序，水解液中的色素有原料中的天然色素和在生产中生成的色素 ，天然色素如花色素是以配糖体存在的，在酸性介质中可以水解成一个糖和一个非糖体，在碱性中呈绿色，蛋白质和氨基酸水解时也产生含氮的有色物质，糖类在碱性中也分解生成色素，糖加热时也可产生焦糖色。这些因素都会使水解液的色泽加深，影响木糖醇产品的质量，必须进行脱色处理。
脱色的原理很复杂，由于产品不同，脱色的原理也各不相同。木糖醇水解液的脱色基本属于吸附脱色。吸附剂是多孔，比表面积很大的物质，吸附剂的种类较多。如白土、磺化煤、焦木素和活性炭，其中活性炭的比较广泛。木糖醇水解液也曾试用过上述脱色剂，但相比之下还是活性炭比较理想。在活性炭的选用上和其它溶液大不相同，按常规活性炭的脱色能力通常是单位体积的活性碳能脱多少体积的甲基兰溶液 ，而用于木糖醇水解液脱色的活性炭不能用这个传统方法测试，必需在生产中用活性炭直接脱水解液的能力来比较，来测定活性碳质量的优劣。
脱色的原理既然是吸附，那就有吸附和解吸同时存在，为了让脱色向正方向进行，脱色速度要快，温度不要过高。
4）离子交换工序
水解液（也可称为木糖浆）纯度比较低，含有各式各样的色素，灰份（石膏等），各种酸（硫酸、醋酸等），含氮物（蛋白质、氨基酸等），胶体等。这样杂质复杂的木糖浆不经净化是很难进行氢化生产出合格的木糖醇产品的。所以必须将木糖浆进行净化，不然会使加氢催化剂中毒、失效。要使其纯度达到95%以上，通过两次交换以后，木糖浆的色泽接进无色，不带酸性，以保证氢化反应的顺利进行，提高产品的质量和收率。
两种生产工艺都有离子交换工序，离子交换工序在木糖醇生产中是相当重要的工序，是影响木糖醇质量关键工序。在离子交换树脂的选用上和交换工艺的改进上都有新的突破。同时每次交换的目的也不一样，现以三次交换为例，看看交换工序的作用和发展。
第一次交换主要是为了除去水解液中的无机酸和有机酸，硫酸根是阴离子，所以，第一次是采用阴离子交换树脂，阴离子交换树脂的种类很多，不是每种树脂都适合木糖醇生产的要求。原保定厂的技术人员在这方面做了大量工作，投入了大量人力和财力，经过多年的潜心 研究 ，对国内外各种树脂进行了详细的筛选，取得了可喜的成果，筛选出大孔D型阴离子树脂适合于木糖醇生产的要求，如大孔阴树脂D296、D290等型号，为木糖醇工业的发展做出应有的贡献。第一次交换采用大孔阴树脂不但可以除去阴离子，而且可吸附除掉很多胶体杂质和色素。
第二次交换的目的是为了除去灰份和阳离子，所以采用阳离子交换树脂，阳离子交换树脂的种类也很多，但常用的还是强酸型732用的比较普遍，732强酸型阳离子交换树脂是苯乙烯磺酸型树脂，其功能团为磺酸基，这种树脂强度高，交换容量大，使用寿命长。阳离子交换树脂在交换中除去阳离子杂质外，还能以吸附的形式除去胶体和非糖体，如糖醛酸、聚糖醛酸，还有含氮化合物等。
第三次交换是为了氢化液的净化，净化后的木糖浆经过加氢会增加酸度和金属离子，要进一步净化，以除去这些杂质，就采用第三次离子交换，一般第三次交换采用阳树脂。这就是阴-阳-阳离子交换工艺。
上面叙述了木糖醇主要的生产工序，但并不意味着其他工序不重要，只是这些工序操作难度大，对木糖醇生产起着关键作用。在这里叙述了鲜为人知的工艺和技术，也披露了尚未公布于世的工艺和材料，将会对木糖醇的生产起到一定的作用。
第二节 木糖醇理化性质
1、木糖醇的甜度：木糖醇与其他糖和糖醇的10%浓度的水溶液，其甜度若按蔗糖为100，在20℃时，经实测结果是：木糖醇100，山梨醇48，甘露醇55，果糖130，葡萄糖69，木糖67，麦芽糖40，乳糖30。
木糖醇技术指标
木糖醇质量指标
2、木糖醇的物理性质：木糖醇和蔗糖的物理性质比较见下表。
木糖醇与蔗糖的物理性质
3、木糖醇的主要化学性质：木糖醇受热，分子内部脱水，成为环状失水木糖醇，和各种有机酸反应生成酯类，但与氨基酸不产生美拉德反应（褐变反应）；和硝酸成硝酸酯，和糖类成糖苷，与阳离子金属和硼砂能形成络合物。
4、木糖醇的生物化学特性：木糖醇参与人的机体组织交换和对酶活动过程产生影响。当人体服用木糖醇后，通过磷酸-木酮糖侧路和糖醛酸侧路代谢。大约有50%~60%经正常代谢为二氧化碳，排泄出体外为4%~20%，有20%~30%被转化成糖元储存在细胞中。木糖醇进入血液不需胰岛素就能透过细胞膜成为组织营养。当人体对糖代谢异常时，木糖醇能正常代谢。木糖醇有特殊的抗酮体作用，不被酵母和链球菌利用，不产生成醇发酵。
5、技术路线
木糖醇合成工艺流程图
6、生产工艺对比
木糖醇主要生产工艺及技术对比
第三节 木糖醇的包装、运输、贮存相关规定
食品添加剂木糖GB 13509-92标准规定有关包装、标志、贮存和运输。
1、本产品三层包装，内层聚乙烯食品塑料袋，中层是双层牛皮纸，经严格检查合格后方可使用，袋口严格密封，以防产品吸潮和漏出袋外。每袋净重25kg(小包装1kg装，用聚乙烯食品袋)。包装袋上应注明食品添加剂、产品名称、毛重、净重、生产厂名称，并印有防潮标记。
2、每批成品出厂时应附有质量证明书，包括生产厂名、产品等级、批号、生产日期、净重、产品质量符合本标准的证明和本标准编号。
3、外包装箱(袋)上应有牢固标记,内容包括：食品添加剂木糖醇、级别、生产厂名称、生产日期、批号和净重。
4、本产品应贮存在干燥通风的仓库里，相对湿度不大于75％，防止受潮变质，运输时均应防止日晒雨淋，禁止与有毒物品混运。
5、木糖醇的贮存期为一年。
第四节 木糖醇的用途及应用领域
一、木糖醇的用途
木糖醇是经过加工的天然甜味剂，是本世纪流行的新糖源。木糖醇不被口腔中的细菌所利用，具有优良的防龋齿功能，国内外广泛应用于口香糖、防龋齿牙膏、化妆品、儿童防龋齿食品。因为木糖醇无需胰岛素参与可直接进入人体细胞进行代谢补充能量，而不引起血糖增高，可减轻糖尿病人的多饮、多食、多尿症状，还具有显著的护肝作用。所以是糖尿病人和肝病患者理想的辅助治疗剂和代糖品。
可用来生产无糖食品，如糕点、糖果、饮料等特殊疗效保健食品，还可制成木糖醇注射或输液等医用品，用于糖尿病、肝病患者的治疗及正常代谢发生障碍的病人的手术。另外，木糖醇还在蓄电池、卷烟、表面活性剂及有机合成等方面有许多重要的应用。
二、木糖醇的应用领域
1、木糖醇在口香糖中的应用
口香糖中含有50%～70%的蔗糖，蔗糖既是甜味剂又是填充剂，用木糖醇代替蔗糖制作口香糖，吃时甜味相同，有明显的清凉感，但木糖醇粘度小于蔗糖，会使产品体积减小，故需要加入阿拉伯胶来调整。所用的木糖醇必须是粉末状的，需要颗粒大小均匀一致，与通常粉末状蔗糖粒度大致相同。由于木糖醇的熔点较低，在通常无冷却装置的粉碎机中粉碎时，有可能出现结块现象,必须注意克服。
2、木糖醇在糖果中的应用
普通的硬糖通常含有蔗糖和葡萄糖浆，后者能阻止结晶的出现，而使产品成为一种非结晶透明的固体。低能量糖果已成为当今国际糖果市场的消费热点和开发重点，用木糖醇作为填充型甜味剂代替蔗糖生产糖果，无需另外添加阿斯巴甜和糖精类强力甜味剂，制造过程中不会产生沸腾现象，且重结晶所需的空间、设备、时间和能量少，制成的糖果比其它"非蔗糖"糖果的口感好，甜味纯正、清爽冰凉、无不良后味。由于特殊的分子结构，不会发生美拉德反应。熬糖时糖体色泽稳定，能够经受熬糖时的高温，不易发生分解，而强力甜味剂的热稳定性差，高温下易分解导致甜味丧失。单独使用木糖醇还不能制出可塑性产品，但如果与山梨醇混合使用则可以制作。
3、木糖醇在焙烤食品中的应用
无糖焙烤甜味剂木糖醇的添加，不仅改善产品的口味，而且可提高产品的综合品质。其热量值比蔗糖小,属于低热量原料。木糖醇的热稳定性好，以其为原料制成的奶油类焙烤制品色泽更洁白，但若要加工无糖深色的焙烤食品,必须与果糖配合使用来上色。
4、木糖醇在酸奶中的应用
木糖醇作为一种新型的，可改善胃肠功能的功能性因子，具有很高的功能特性，是一种很有前途的功能性添加因子。用木糖醇制成的无糖酸奶，由于具有奶的营养价值，可促进双歧杆菌增殖和营养物质的消化吸收以及提高人体免疫力等保健功能，越来越成为中老年人及儿童喜爱的乳制品。而且由于有减肥作用，所以特别受女子青睐。若添加果酱、果块、天然色素和香精制成不同口味的酸奶，可满足不同嗜好消费者对营养和保健功能性酸好的需求。
5、木糖醇在饮料中应用
无糖饮料可以在低温条件下用木糖醇和麦芽糖醇以1∶1的比例复配联用，实现饮料成品柔和醇厚的味质，无需添加任何高倍甜味剂，成品清爽宜人。木糖醇可以和其它糖醇、果糖复合配制，也可以单独使用于无糖茶饮料、果汁饮料和保健饮料中。此外，木糖醇还可以控制热量值，稳定和保护营养成分不受破坏，改善饮料后味、质体和清凉感受。
6、木糖醇在巧克力制品中的应用
用木糖醇制造的巧克力可适合糖尿病患者食用，与果糖、山梨醇或甘露醇一样，木糖醇可以代替巧克力制品中的蔗糖。但木糖醇必须是经过精磨的粉末料，在生产过程中要调节好空气的相对湿度。若空气相对湿度超过80%，则制出的产品贮存一段时间后会出现粗糙的"沙质"结构。
7、木糖醇在酒类中的应用
木糖醇可以作为酒类添加剂，以改善酒类的品质。日本 研究 认为，加入0.15%～3%的木糖醇，能改进酒的色、香、味。例如合成酒精中加入0.13%的木糖醇以代替葡萄糖，可使清酒香味芳醇，甜味柔和，并有减轻微生物败坏的特性。威士忌酒中加入0.15%～2%的木糖醇，取得了类似结果。在白酒中加入1.15%的木糖醇，可使白酒口味滑爽、醇厚。我国保定酒厂将木糖醇应用于红粮大曲，用量1%，作为调香剂。经品评认为，比调制前香味浓郁饱满，味醇厚，后味甜而长。
由于糖尿病人和健康人一样,对于甜食有自然的爱好，得病以后,仍十分需要糖分。由于木糖醇的诞生，为糖尿病患者在家庭中提供了理想的食糖替代品。每天早晨喝牛奶或豆浆，可以用木糖醇调味，中午、晚上的主食可以用木糖醇做面包、糖包、蜂糕、甜粥，也可当白糖一样蘸着吃。在菜肴中，木糖醇可以替代蔗糖制作糖醋排骨和糖醋鱼等。总之，在得糖尿病前怎样吃蔗糖，得糖尿病后就可怎样吃木糖醇，只不过每天的总食用量，成人最好不超过50g。
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