キシリトールは無事だろうな?

キシリトールという言葉は、ギリシャ語で木を意味する" xylos "と砂糖アルコールを意味する" itol "に由来します[1]。第二次世界大戦中は、砂糖などの資源が不足した甘味料としてのキシリトールの徹底的な研究。世界保健機関(who)の技術報告2003 no . 916では、カロリー消費量に応じて食事とカロリー摂取量のバランスをとることは、健康的なライフスタイルを導くために不可欠であると述べています。そのため、健康的な代替食品の研究がホットなトピックです[2]。

健康志向が高まる中、無糖・低カロリーの健康食品を選ぶ消費者が増えており、キシリトールの需要も高まっています。2015年世界キシリトール市場これは7億3720万ドルであり、2025年には13億7000万ドル[3]に成長すると予想されており、大きな市場の見通しを示しています。本稿では、キシリトールの食品産業における物理化学的性質、調製方法、機能的活動、安全性評価、およびアプリケーションのレビューを提供し、キシリトールのさらなる発展のための科学的情報と参照の基礎を提供します。

1. キシリトールの物理化学的性質

キシリトール、ペンティトールとしても知られています,は、化学式c5h12o5で表されるポリオールの一種であり、化学名は1,2,3,4,5-ペンタヒドロキシペンタンである。相対分子量は152.15 g/molで、ポリオールの中で最も甘い甘味料である。キシリトールの化学構造を図1に示す。カルボニル基(- c = o)がアルコール基(- ch-oh)に置換された5つの炭素骨格からなる。骨格構造中の炭素原子の数の増加は、腸での吸収率に反比例する。吸収されたキシリトールはグリコーゲンまたはグルコースに変換され、血流中にゆっくりと放出される。これは、糖尿病患者と非糖尿病患者の両方で安定したグルコース濃度を維持するために有益である[4]。

キシリトール(xylitol)は、白色の固体、結晶または粒状の構造である無臭であり、融点は92-96℃である。キシリトールは水に非常に高い溶解性を有し、メタノールやエタノールなどの有機溶媒にはわずかに溶けます。20°C、キシリトールの溶存量は169 g猛暑の中、解決策は-145.6 J/ gエネルギー热エネルギーを16.99 J / g、に似た、独特の甘さと香り、砂糖一般1 gのみを含むキシリトール2.4カルの热値2/3に及ばない同量の砂糖(1 g砂糖が4カル)-の利点は低カロリー[5]ではダイエットコレステロールの合成を脂質の蓄積や炎症を抑える[6]、新しいタイプの低カロリー甘味料です(表1)【7】。キシリトールは口に触れるとすぐに溶けて熱を吸収するので、キシリトールを含む食品は冷却効果があると認識されます。そのため、食品の甘味料や新規の冷却剤としてよく使用されます。1960年代には、キシリトールは、その自然な特性のために、食品、飲料、菓子、製薬業界で広く使用されました[8]。

2. キシリトール調理法

キシリトールの調製法には直接抽出が含まれる化学合成とバイオ変換(図3)過去20年間で、キシリトールの製造技術はますます成熟しており、化学合成とバイオ変換がキシリトールの主な製造方法となっています。

2.1. 直接抽出方式に変え

キシリトールは、ブナの樹皮から初めて単離された1890年にドイツの科学者エミール・フィッシャーによって発見され、1902年にノーベル化学賞を受賞した。キシリトールは、イチゴ、黄色いプラム、カリフラワー、その他の果物や野菜(乾燥重量300 ~ 935 mg/100 g)など、自然界の植物性原料に天然に含まれています[9]。キシリトールは、溶剤抽出法を用いて植物から直接抽出することができるが、果物や野菜などの植物原料には含有量が少ない。あんずスモモキシリトールの内容は他に比べ植物資材また青梅キシリトールの内容は乾燥体重の1%前后、直接抽出キシリトールのこれらの物特殊装備が必要、生产コスト高エネルギーや成果という。

2.2化学合成

1970年代、フィンランドはクロマトグラフィーを用いて様々なリグノセルロースからd-キシロースを分離することに成功した。その後、d-xyloseを高温高圧下でキシリトールに還元し、水素の触媒反応を経てanに発展させた工業用キシリトール製造方法[10]。

キシリトールは純粋なd-キシロースを直接還元することで生成することができる化学合成[11]によって、またはそれは、キシロース豊富なリグノセルロース系バイオマスから合成することができます。現在、国内外のキシリトールの商业生产を行う材料などを使い、鱼介类が豊富で、pentosans小麦など天然、藁小麦ふすま、トウモロコシの茎、トウモロコシ、コブスウマなどなど前処理を通じて酸分解(例えば、HCl、H2SO4)、そしてキシロースは精製された半セルロースから分数の下に起こったhydrogenation反応を動作やり合ってるニッケルは化学合成の触媒として一般的に用いられており、ニッケル触媒法はキシリトールの大量生産に用いられる[12-13](図2)。

2.2.1化学合成の主要なプロセス

2.2.1.1加水分解

リグノセルロース系バイオマスの加水分解は、酸または酵素を用いて行うことができる。化学加水分解では、揮発性が低く機器を腐食させないため、硫酸が広く使用されています。酸加水分解は、酵素加水分解と比較して、低コストで、簡単で、効果的で、経済的に実行可能で、迅速であるという利点があります。酸加水分解中に酸濃度、温度、滞留時間、液給比を変化させることは、糖の回収において重要な役割を果たす[14]。

2.2.1.2分離と浄化

酸加水分解後、原料はヘミセルロース分画から精製する必要があります化学合成のためにキシロースを得る。原料のヘミセルロース部分には、他の糖のポリマーが含まれているため、化学合成プロセスでは、これらの副生成物を除去するための集中的な精製と分離工程があります。特許取得済みの本発明は、磁気固体酸触媒を用いてバイオマスヘミセルロースから直接キシリトールを調製するための方法を開示しています,そして、何の副生成物または過剰な加水分解生成物は加水分解および水素化プロセス中に生成されません【15位】。

2.2.1.3 Hydrogenation反応

触媒水素化では、ニッケル触媒は高純度のキシリトール溶液と超純水を必要とするキシロース解決策が必要だ。ニッケルを触媒として使用すると、変換率は98%にもなる。水素化反応をru / sio2触媒とru / zro2触媒を含む連続反応器で行うと、キシリトールの収率は99.9%である[14]。ニッケル触媒は触媒過程で著しく失われ、毒性があり、環境を汚染し、企業の発展と国際競争に深刻な影響を与えます。adierらによる最近の研究[16]では、キシロースの水相水素化中にニッケルの促進剤として鉄を使用すると、単金属ニッケル触媒よりも高い触媒活性と安定性を示し、触媒活性を効果的に改善できることが明らかになった。鉄は豊富な埋蔵量と低価格のため、有望なニッケル促進剤である。

複雑な水素化装置と高温高圧での操作の難しさは、キシリトール化学合成の経済的実現可能性に悪影響を与えます。したがって、キシリトールの製造方法については、より安全で、汚染のない、低コストな方法を目指して、研究を継続して改善していく必要がありますキシリトール製法キシリトールの経済性と国際競争力を高めるため。

2.3 Bioconversion方法

バイオテクノロジーのルートは、ポリデキストロース(トウモロコシの穂軸、バガス、オリーブのポマースなど)を含む農業廃棄物[17]を使用して、希釈酸加水分解によってキシロース加水分解物を得ます。細菌、カビ、酵母などの微生物は、キシロースイソメラーゼ経路またはキシロースレダクターゼ-キシリトールデヒドロゲナーゼ経路を介してキシロースを代謝するキシロースをキシリトールに還元する[18]。ヘミセルロース加水分解物の微生物発酵を使用してキシリトールを製造することは、反応条件が穏やかで、操作が簡単で、環境に優しく、汚染が比較的少ないだけでなく、信頼性の高い製品品質と安全性の利点があります。これは、このポリオールを得るための潜在的な低コストの代替方法となっています[19]。

2.3.1主要な生物学的変換プロセス

2.3.1.1微生物の選択 

これらの微生物を利用する際には、酵母が最も効果的と考えられていますキシリトールの生産者であり、天然株です消費キシラン。raquelら[20]単離されたアマゾニアンschizosaccharomyces pombeは、キシロースをキシリトールに変換する高い能力を有することが判明した。deboraら[21]は、アマゾニアンシゾサッカomyces酵母を用いたキシリトール抽出でバガスを発酵させ、超臨界流体で回収したところ、純度99.59%に達したことを示した。zhao xiangyingら。[22]は、サッカomyces cerevisiae株sfx-y9の培養中にブドウ糖を添加すると、細胞濃度が上昇し、培養時間が短縮されることを発見し、産業化と応用の展望を示した。しかし、キシリトールの収率はまだ比較的低いため、キシロースの変換速度を上げるためには更なるひずみ改善が必要である。zhang[23]は、熱帯カンジダを変異体化することにより、キシリトール生産量の高い株を選択し、キシリトール収量を22%増加させることを示した。キシリトールの蓄積中に、カンジダは還元-酸化のバランスを維持することができ、これはエンジニアリング醸造酵母よりも利点である。キシリトールのための市場は絶えず拡大している。高収量のキシロース株を利用すれば、化学合成の代わりにバイオ変換を用いることで、キシリトールの製造コストを削減することができる。

2.3.1.2ヘミセルロース加水分解物の解毒

農業廃棄物を希釈酸で加水分解してヘミセルロース加水分解物を得、濃縮して無毒化し、発酵させてヘミセルロース加水分解物を得る。発酵酸前処理により、酢酸、ギ酸、フルフラール、5-ヒドロキシメチルフルフラール、フェノール化合物などの阻害性化合物が生成することがある。加水分解物から阻害性化合物を除去することは、製品回収コストの大きな障害となります。ある文献の報告書[18]によるとキシリトール結晶細菌株を発酵させ、2%の活性炭で無害化することで回収し、吸着材の再生・再利用により下流コストを約32%削減した。加水分解プロセス中に生成される有害物質は、微生物の成長を阻害します。バガスの加水分解処理に使用される温度、時間、phおよび吸着条件を変更することにより、微生物による有害物質の生成を効果的に改善することができ、微生物の発酵に大きな影響を与える[24]大人。

バイオコンバージョンテクノロジーのルートの穏やかな運転条件はグリーンプロセスですが、バイオコンバージョンプロセスの拡大を妨げるボトルネックと課題がまだあります。微生物株の適応性のさらなる最適化は、キシリトールの生物学的収率を向上させるための現代的な戦略と技術的研究の方向です;キシロースの収率をキシリトールへの生物学的変換を高めるための遺伝子組換え微生物株の開発;最適化することができます浄化作業キシリトール株の発酵効率、回収率を向上させ、転換サイクルを短縮する。さらに、大規模な導入のためのプロセスの実現可能性の判断には、生産チェーン全体の技術経済分析が必要です。バイオ変換技術が実用化されるまでには、克服すべき課題が残っている。

3食品産業におけるキシリトールのアプリケーション

キシリトールは、白糖と非常に似た物理的および化学的性質を持っています独自の特性や様々な生理活性を持ち、食品業界で広く使用されている[25]。

3.1食品中の機能性甘味料としてのキシリトール

3.1.1糖尿病食品中のキシリトール

糖尿病(DM)内分泌病の特徴としては、β位だい不全やインスリン抵抗性インスリン不足による複合性はな血糖増加につながるこれは、世界で最も多く、最も急速に増加している疾患の1つです[26]。2030年には5億7800万人が糖尿病になり、2045年までには51%(7億人)増加すると推定されている[27]。

キシリトールには抗酸化作用がありますまた、血糖値や血清フルクトサミンを減少させながら、耐糖能と血清インスリン濃度を効果的に改善することができます[28]。食品の甘さを維持しながら、食品の糖度を下げることができ、血糖値を上昇させることはありません。さまざまな糖尿病性食品やダイエット食品に使用できます[29]。李香美(イ・サンミ)氏らは、キシリトールのカボチャソース、カボチャのジャム、カボチャの肉飲料など、糖尿病患者に適した製品を開発した。

3.1.2ダイエット食品中のキシリトール

キシリトールは機能性甘味料の良い代替品です肥満患者に適しています。キシリトールの摂取後、胃の排出は著しく遅くなり、体内の消化と新陳代謝を妨げます。これはボディを防ぐことができます&#増加し、食品の摂取量から39の飢餓、および肥満を防ぐのに役立ちます[31]。肥満、糖尿病、高血圧などの病気のリスクを減らすため、一部の研究者はバター、キシリトール、高アミロースのトウモロコシ粉から作られた低糖度のクッキーを開発した[32]。健康食品[33]のうち、国家食品医薬局(食薬庁)が販売許可を出したキシリトールが含まれた健康食品は2つ(辰龍ボーリング人参、金玉キシリトール粉末)だけだ。

3.2肉製品中のキシリトール

キシリトール自体に甘い味と一定の保水力があります。また、他のフレーバーと相互作用しながら、製品に特定の風味を与えることができます。いくつかの研究ではをつけたままでは、刺し塩辛治療塩の代わりにキシリトールを入れだけでなく魚の自由アミノ酸の釈放を促進させるため、特に味アミノ酸、保水改善もを大幅に改善や味の魚の大幅な強化を図ると(34)も遅らせることができるめまぐるしく変化水活動(私)、保存中に塩漬けにしたものを干物protein-lipid的な相互作用筋肉でまた、過酸化物の生成を遅らせ、塩漬けや干物をより弾力的にする[35]。

3.3飲料中のキシリトール

キシリトールは、低カロリーで機能的な砂糖の代替品ですこれは、新しいタイプの乳製品[36-37]や飲料に広く加えられています。yでjialeらは、キシリトールをタンポポや高麗人参の化合物を配合した健康飲料に配合することで、飲料に甘く香ばしい風味を与えると報告している[38]。

経口温度でのキシリトールの粒子サイズ、溶解熱および溶解度は、冷却効果の強度を決定します。キシリトールは溶解熱が低く、口の中で溶けやすく、独特の冷たさを感じます[39]。キシリトールはある食糧及び飲料の甘さそして冷却感覚の増進を助けることができる。飲料での使用は効果的に消費者を制御するだけでなく#39;カロリー摂取量だけでなく、食物繊維を安定させるのに役立ちます。キシリトールが添加された飲料は、栄養価が高く、独特の風味と優れた食感を持っています[40]。

ワインの醸造においてキシリトールは砂糖を減らす為のよい代用であるワインに含まれるsは、さまざまなフレーバーと機能性栄養を通じて、さまざまな消費者の食事ニーズを満たすことができます[41]。王小丹(wang xiaodan)らの実験結果[42]によると、キシリトールをはじめとするアルコールは、酒の体全体に約0.03%しか含まれていないが、酒の体の甘さに寄与し、心地よい味わいを与える。キシリトールと他の成分との相互作用と調和は、横水老貝酒にその甘く、まろやかで、優雅で、調和のとれた、長持ちする特徴を与えます。他の種類のアルコールの栄養添加物として使用する場合、キシリトールはアルコールに直接混合され、全体的なスタイルと風味を向上させ、飲み物をより滑らかで、よりマイルドで、より芳香があり、おいしいものにすることができます。日本の研究では、約0.5%のキシリトールを添加することで、お酒の色を改善すると同時に、お酒の中の微生物による酸物質の生成を抑制し、お酒の劣化を抑制することが示されています[43]。

3.4パン屋製品のキシリトール

キシリトールは、賞味期限を改善するために食品製剤に使用されます食べ物の色や食感キシリトールは、加熱してもアミノ酸とメイラード反応を起こしませんし、食品の色に影響を与えたり、タンパク質の栄養価を低下させたりすることもありません[44]。キシリトールは、食品加工業界でケーキやその他の甘い食品を作るために白砂糖の代わりに使用されています。このようにして作られるケーキは、見た目、硬度、体積、多孔性が白砂糖を使ったものと似ているだけでなく、カロリーも少ない。これにより、ケーキの特性が最適化され、より安全で高品質になります[45]。さらに、キシリトールは、効果的にケーキ中のグルテンの形成を遅らせることができ、デンプンのゲル化効果を弱め、ケーキをより柔らかく、より繊細な質感にする[46]。糖尿病患者もこのような甘い食べ物を選ぶことができる[47]。

でんぷん質の食品のテクスチャーを向上させる。デンプン質の食品は、一定期間保存された後、水分の損失、製品の硬化、食感の悪さなどの一連の問題が発生し、品質に深刻な影響を与えます。yang hengらは[48]、小麦粉に対するキシリトールとマンニトールの効果を研究した。高温高圧下ではキシリトールとマンニトールはタンパク質と水素結合を形成する、グルテンネットワークの形成を促進し、製品の硬度を低下させ、引張抵抗性を高める。これにより、生地の物理的およびゼラチン化特性が改善され、押し出しベーカリー製品の品質が向上します。

3.5ジャムやお菓子にキシリトール

キシリトールに予防および治療効果がある虫歯対策[49]。虫歯は人間の最も一般的な慢性疾患の一つです。食品中の糖質(ショ糖やブドウ糖など)は、口の中でレンサ球菌などの微生物によって発酵され、乳酸などの有機酸が生成されます。このため、虫歯や虫歯になります。微生物の発酵は、虫歯の主な要因です[50]。研究により、キシリトールはショ糖の代替品として、ストレプトコッカス・ミュータンでは発酵できないことが確認されている。キシリトールを食事に加えることで、プラーク中の細菌の総量や連鎖球菌の変異体の数を減らし、う蝕を防ぐことができる。虫歯を予防する可能性が高く、キシリトールは甘味料の中で最もcariostatic効果がある[51]。毎日10 ~ 15 gのキシリトールを使用することで虫歯を予防することができ、虫歯が重症で口腔衛生が悪い場合には投与量を適切に増やすことができる[52]。いくつかの有益な健康効果の観点から、キシリトールは、虫歯予防のためのチューインガムに広く使用されているだけでなく、ソフトキャンディー、ハードキャンディー、錠剤キャンディーや口腔の健康を重視する他の食品にも使用されています[53-54]。ガムを噛んでいるキシリトールには、う蝕の予防に良い可能性があることが研究で示されています[55]。

キシリトールには保湿効果があります。砂糖代用品として添加量が多いほど水分活性が高く、吸水性も良い。rajnibhasら[56]は、キシリトールを加えた果物ベースの噛み応えのあるキャンディーの水分活性の増加傾向が、ソフトで噛み応えのある食感を提供し維持することができることを発見した。また、吸湿によりアモルファスマトリックス中に閉じ込められていた主な揮発性化合物は容易にマトリックス外に拡散し、キャンディマトリックス中のアロマ分子や気相中のアロマ分子の移動度を高めることができます。キシリトールは甘味料として、甘味を提供するだけでなく、歯ごたえのあるキャンディーの香りと風味を高めます。また、製品の糖度を低下させながら製品中の水分と結合することにより、キャンディの硬度、凝集性、歯ごたえ、ゲル化を低減します。cheng liyuanら[57]は、ツタの葉から作られたジャムに6つの糖が及ぼす影響を比較した。その結果、ジャムにキシリトールを添加すると、風味の揮発性物質が最も多くなり、独特の風味が得られることが分かりました。また、キシリトールはヨーグルトの甘味を補うだけでなく、良い風味と食感を作り出す[58]。

3.6増粘剤および乳化剤としてのキシリトールの適用

キシリトールとカラギーナンは、低糖のヨーグルトを作るための増粘剤として一緒に使用される。huang minらの研究結果[59]は、ポリオール間の相互作用を示しているキシリトールとカラギーナン水素結合を増加させ、カラギーナン水溶液のゲルネットワークを改善するのに役立ちます。

乳化性を向上させる添加剤。キシリトールはステアリン酸と反応して無水物キシリトールを形成する。モノステアリン酸キシリトール無水物は親油性であり、水中油乳化剤である。マーガリン中の食用乳化剤として使用して、水とバターを均一に乳化することができます[60]。qiuらは、バイオマスを原料とする水素化ロジンとキシリトールを用いて水素化ロジンを合成したキシリトールエステル(XEHR)キシリトールを親水部、水素化ロジンを疎水部とすることで、初めて実現しました。水素化ロジンキシリトールエステルは、界面活性と乳化特性を有し、食品中の乳化剤として使用できることがわかった[61]。

4キシリトールの推奨摂取量と試験方法

世界保健機関(who)は、キシリトールは催奇形性および胚毒性試験で陰性、in vitroおよびin vivo試験では変異原性およびクラストゲン性で陰性であるとしている。米国食品医薬品局(fda)と食品添加物専門家合同委員会(jecfa)キシリトールが安全な(gras)添加物であることを確認しています。現在、世界50カ国以上で添加剤、サプリメント、医薬品としての使用が承認されています[62]。

4.1キシリトールの推奨摂取量

現在、推奨キシリトールの1日の摂取量は約10 gである大人用と3 ~ 4歳の幼児のための5 g。キシリトールの10 ~ 30 gの単回投与は、通常、下痢のない健康な人に許容されます。個体差のため、適応後の成人は1日あたり20 ~ 70 gのキシリトールに耐えることができる。徐々に服用量を増やすと、成人の中には1日200 gを超えるキシリトールに耐えられる人もいる[52]。codex alimentarius commission (cac)はキシリトール(adi)を毎日無制限に摂取することを推奨していますが[63]、現在の研究ではキシリトールの腸内吸収は約50%であり、残りは腸内微生物によって短鎖有機酸(scfa)とガスに発酵されることが示唆されています[64]。高用量は消化率が低いため結腸の一時的な不均衡を引き起こし、膨満感や下痢などの一時的な胃腸作用をもたらす[65]。要約すると、キシリトールは食品添加物として安全であり、人体に対して様々な生理的効果を持つ。使用量は、個人差と寛容に基づいている必要があります。

4.2キシリトールの試験方法

食品中のキシリトール含有量の決定は、国家食品安全基準gb 5009.279-2016「国家食品安全基準:キシリトール、ソルビトール、マルチトールおよびの決定Erythritol食品では、主に2つの方法があります(高性能液体クロマトグラフィー-差動屈折率検出、高性能液体クロマトグラフィー-蒸発光散乱検出)。蒸発光散乱検出器は差動屈折計に比べて高価ですが、感度は高くなります。

高性能液体クロマトグラフィー(hplc)は、多くの有機試薬や専用カラムを必要とし、分析コストが高くなります。wu aiyinらはこの決定を最適化したキシリトールおよび他の砂糖アルコール甘味料ガスクロマトグラフィーを使用した牛乳中。この方法は費用対効果が高く、精度が高く、簡単な前処理などの利点があり、ミルク食品中のキシリトールやその他の糖アルコールの効果的な測定に適しています[66]。

rajapakshaら[67]は、まず、チューインガムサンプル中のキシリトール含有量を測定するための直接水注入(dai) gc-msの使用を検討した。この方法では、追加の精製手順やサンプル誘導体が不要で、分析時間を短縮できます。サンプルのスパイク回復は95% ~ 99%であり、rsdは0.17% ~ 0.72%であり、この方法が高い精度と精度を持つ信頼できる定量法であることを示している。li jiangら[68]は、その決定のための新しい方法を確立したキシリトール食品-キャピラリーゾーン電気泳動間接紫外線法。この方法は、分離効率が高く、分析時間が短いだけでなく、環境にやさしく、精度が高いという特徴があります。

5まとめと展望

糖尿病の場合の増加数と大人の肥満率、people&の継続的な成長と#健康の39の意識は徐々に増加しており、キシリトールの市場需要も増加しています。そのため、キシリトールの製造方法を継続的に改善し、低コストで環境に優しいキシリトールを得るためには、さらなる研究が必要ですキシリトールの製造方法。近年、キシリトールに関するさまざまな研究によると、食事中に体内で摂取されるキシリトールのほとんどは腸内の微生物によって消化され、人間の健康に有益な代謝物を生成します。キシリトールには、口腔の健康に有益なプロバイオティクス機能があり、脂質蓄積を抑制し、コレステロール合成を抑制します。したがって、キシリトールは、さまざまな食品に広く使用され、糖尿病や肥満を持つ人々のための機能性甘味料の良い代替品です。

のキシリトールの食品品質への影響。研究者は、製品の生産プロセスを最適化し、製品の品質を向上させる目的で、食品中のキシリトールの風味を分析するために、さまざまな分野の知識を組み合わせています。食品の風味物質に対するキシリトールの効果に関する既存の研究は、食品の風味科学の一分野である。キシリトールの食品中での作用機構や、味の知覚に対する口の温度の影響に関する研究は、人間の知覚と生理学的特性を組み合わせる必要がある。このような研究はこれまでほとんど報告されておらず、今後のキシリトール研究の方向性となる。キシリトールの食品の風味を分析し、その作用機制をさらに研究することは、キシリトールの応用範囲を広げ、その大きな可能性を十分に発揮するのに役立ちます。

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