生活中的分子

预防龋齿的甜味物质——木糖醇(Xylitol)

引言

牙齿与我们的健康和形象有着密切联系,龋齿,俗称蛀牙,是生活中常见的牙齿问题,它指的是牙齿因细菌活动造成的分解现象。常见的龋齿菌种是乳酸链球菌和转糖链球菌等革兰氏阳性好氧菌,它们代谢作用产生的酸性物质导致牙齿腐蚀。有趣的是,人类学研究发现原始人很少出现龋齿,然而随着人类逐渐以富含淀粉(多糖)的谷物为主食,龋齿发生率剧增,这是因为糖类是口腔细菌主要的能量来源。幸运的是,自然界分布着一种既具有甜味并且热量低还能够预防龋齿的物质——木糖醇。

图 1 市场上含木糖醇的口香糖(图片来源于网络)

甜味剂——木糖醇

甜味剂是赋予食物甜味的食品添加剂,木糖醇因甜度与蔗糖相当,但热量却只有它的60%,因而被用来代替蔗糖成为广泛使用的甜味剂之一。木糖醇,学名为(2R, 3R, 4S)-戊五醇,属于糖醇(sugar alcohol)的一种,所谓糖醇指的是糖类分子醛、酮中的羰基被还原为羟基后生成的多元醇类化合物。木糖醇是木糖代谢的产物,尽管可以从多种植物中提取木糖醇,但目前需求量巨大,主要还是通过木糖加氢还原得到。有意思的是,木糖醇其实并非植物特有,人体糖类代谢的过程中也会产生木糖醇中间体,即使我们不食用任何含有木糖醇的食物,每百毫升血液中也含有0.03-0.06 mg的木糖醇。天然的糖类及其衍生物糖醇都是具有手性的,而木糖醇却是非手性的,因为它呈对称结构。

图 2 木糖的几种异构体(左)和木糖醇晶体

木糖醇的应用

木糖醇原产于芬兰,因而木糖醇产品在当地十分普遍。木糖醇虽然具有甜味,但本身不能被细菌分解,因而可取代甜品中的糖分以防止蛀牙,芬兰的儿童食用糖果基本都以木糖醇代替蔗糖,有效保护了儿童牙齿健康。另外,添加木糖醇的牙膏也有预防龋齿的功效,有数据显示,相比使用不含木糖醇的含氟牙膏的儿童,使用带有木糖醇的含氟牙膏的儿童患龋齿的概率要更低。另一方面,糖尿病患者因为糖代谢异常日常饮食需严格控制糖类的摄入,木糖醇在代谢时不需要胰岛素即可直接进入细胞,且代谢速度快,不会引起血糖升高,也没有果糖的健康危害,是糖尿病患者理想的蔗糖替代品。

图 3 含木糖醇的儿童牙膏(图片来源于网络)

蔗糖在食品加工受热时会与氨基酸产生美拉德化学反应,即糖类的醛基和氨基酸作用后形成褐色并具有焦糖味的物质,这种物质会导致食物色泽发暗因此对大部分食品加工而言是不利的。利用木糖醇代替蔗糖则可以避免此类问题,因为木糖醇没有醛基不会与氨基酸发生作用,并且自身热稳定性较高。木糖醇的另一个重要应用是帮助减肥,它的甜度与蔗糖相当但热量较低,并且木糖醇不会使血液中的中性脂肪增加,还可以抑制甘油、脂肪酸的合成(果糖会增加血脂),因此具有减肥的功效。

木糖醇的犬毒性

对大多数哺乳动物而言,木糖醇的食用安全性是比较高的,目前也没有太多明确的证据表明长期以及大剂量食用木糖醇会对身体造成何种危害,因此无论在欧洲还是美国,木糖醇都被批准成为安全的食品添加剂。遗憾的是,犬类却无福消受这种物质——木糖醇具有显著的犬毒性,每公斤体重摄入超过0.1克可能致死。原因在于犬类代谢木糖醇的机制与人体不同,木糖醇进入它们体内后会引起胰岛素大量分泌,进而造成低血糖症状,包括呕吐、活动能力下降、协调感失衡、抽搐等严重时则会导致犬类死亡,并且木糖醇中毒没有特效的解毒剂。

图 4 木糖醇对犬类具有致命毒性

事实上,许多饲养犬类宠物的人对宠物食用禁忌都有一定了解,因而木糖醇中毒事件绝大多数情况都是误食造成的。例如,有时小朋友出于爱心给狗狗分享自己的糖果,无意间这些含有木糖醇的糖果就被犬类摄入从而造成中毒危险,然而对于中毒犬类的救治目前只能采用对症治疗和支持疗法,并没有特效的解毒剂。因此,饲养犬类宠物时应当格外小心。

总结与展望

随着生活水平的逐渐提高,人们对于饮食的消费逐渐从色香味俱佳的食品转向具有合理营养价值和保健功能的健康食品。木糖醇已经成为当今食品市场的消费热点和开发重点之一,特别是以木糖醇代替蔗糖而制成的功能性食品以其安全性高、口感好、稳定性高等特点,越来越受到消费者青睐。然而,在积极研究开发的前提下,人们也应当抱着冷静审视的态度,从健康角度出发,科学客观地看待木糖醇的利与弊。

参考资料

  • [1] 冯永强, 王江星. 木糖醇的特性及在食品中的应用[J]. 食品科学, 2004 (11): 379-381.
  • [2] 李田, 姜中其. 犬木糖醇中毒的研究进展[J]. 中国兽医学报, 2019, 39 (03): 594-597+602.
  • [3] Riley, Philip, et al. “Xylitol-containing products for preventing dental caries in children and adults.” Cochrane Database of Systematic Reviews 3 (2015). DOI: 10.1002/14651858.CD010743.pub2
  • [4] 王关斌, 王成福. 功能性甜味剂——木糖醇[J]. 中国食物与营养, 2005 (10): 27-28.

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