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果糖的吸收及应用

发布日期:2020/1/9 11:20:40

概述[1-2]

果糖为无色结晶或白色结晶性粉末或颗粒性粉末,无臭,味极甜。易溶于水,溶于乙醇、甲醇,几乎不溶于氯仿和乙醚。水溶液近中性,5.50%水溶液为等渗液。果糖是一种单糖,是水溶性最好的糖类物质,首先被法国化学家发现。纯果糖是一种白色、无臭并具有甜味的固体。果糖存在于蜂蜜、蔓果类水果、花朵、浆果以及大多数根类蔬菜等天然食物中,其中大部分则以蔗糖形式存在。多数水果中的果糖和葡萄糖的比例均接近1∶1;苹果和梨中的果糖是葡萄糖的2倍;蜂蜜中果糖含量最高,占总糖的50%。

吸收[2]

与葡萄糖相比,果糖进入血液的速度较慢,且水平较低,半衰期也较长。健康成人在摄入450mL的软饮料(蔗糖69g,果糖34.5g)后,血液中的果糖水平从0.005mol/L高至0.317mol/L,在3h后降至基线水平。同时,血糖水平从5.5mol/L升高至6.8mol/L,在1.5h后就恢复至基线水平。GULT2、GULT4和GULT5是主要存在于小肠内运输糖类物质的转运蛋白。果糖通过小肠上GULT2和GULT5的2种转运蛋白的作用,进入至血液中。其中GULT5对果糖具有高度专一性;GULT2可以同时转运葡萄糖和果糖,在由果糖引起的非酒精性脂肪肝过程中有着重要的作用;GULT4则将葡萄糖输送至机体的各个部位。由于GULT2和GULT5在小肠内的低活动性,使果糖在小肠的吸收率不高。葡萄糖会影响小肠对果糖的吸收,当摄入的葡萄糖和果糖的比例为1∶1时,果糖在小肠内的吸收率最高。同时,发现在大鼠体内的合成双糖的二糖酶转运系统可同时转运葡萄糖和果糖,而当酶活性受到抑制时,葡萄糖促进果糖吸收的能力被抑制。未被小肠吸收的果糖在肠内菌群的发酵作用下,产生二氧化碳、短链脂肪酸等,从而引起腹胀、腹泻等肠激综合征疾病。

代谢[2]

所有组织和细胞均参与了葡萄糖的代谢,而果糖的主要代谢场所是肝(图2)。果糖在肝中部分被氧化,一部分转化为糖原或乳酸,而大部分则进入到脂质新生的代谢途径中。肾也可以代谢果糖,机体内其他的组织及或器官如肾、肝、睾丸,以及大脑和骨骼肌等均发现也有GULT5存在,但果糖在这些组织或器官内的代谢尚未得知。果糖在代谢过程中无果糖磷酸激酶等限速酶的作用,进入糖酵解的速度比葡萄糖快。果糖在肝内部分转化为葡萄糖,以糖原形式贮存,为机体提供能量;其余一部分代谢为脂肪酸,促进肝中甘油三酯的合成。最近有报道称果糖可以促进生长因子21(FGF21)的分泌,该因子是一种可参与糖和脂质代谢平衡的激素,高FGF21水平可增加代谢性疾病的发病风险。

应用[1]

果糖为葡萄糖的左旋同分异构体,其作用基本上葡萄糖相似,具有直接供给能量、营养和补充体液作用。从血液中转移及转化成肝糖原等较葡萄糖快,并能在无胰岛素情况下合成糖原,故较易被利用。此外,果糖还可循酵解—氧化途径生成α-磷酸甘油和乙酰辅酶A,从而合成脂肪。果糖在体内的代谢强度仅受果糖浓度调节,故多食果糖(如含蔗糖的甜食。蔗糖为二糖,水解后得葡萄糖和果糖)容易合成较多的脂肪而发生高甘油三酯血症。

临床用做葡萄糖的代用品以供给能量和补充体液,也可用于乙醇急性中毒的辅助治疗。

制备[3]

1. 酸法水解菊糖制备果糖

菊糖溶液的水解情况与溶液中的硫酸的浓度、水解温度、水解时间、菊糖浓度有直接关系。在工业生产条件下,菊糖浓度过低会增加高果糖浆蒸发浓缩的难度;水解温度过高会导致果糖的进一步分解;水解的时间太长将降低生产效率。在生产中严格控制菊糖水解液的酸度非常重要,酸浓度过低会降低菊糖转换为果糖的效率;酸浓度过高,会使得果糖进一步分解成小分子化合物,致使果糖含量降低,同时,需要更多的碱性物质来中和水解液的酸性,增加了生产后期杂质的去除难度。因此酸水解法提取菊糖技术关键点是找准酸的配比浓度或者pH。研究发现,用9%盐酸在90℃、pH1的条件下水解制备低聚糖较为适宜目前国内现状。通过正交实验得到磷酸水解菊糖获得果糖的最佳条件为:料液比1∶30,浸提温度80℃,浸提时间30min,菊糖液pH=2,得率最高,为74.27%。酸法制备果糖的缺点在于生产过程中副产物多、色素重、分离精制难、反应温度高、能耗大,因此近些年人们寻求通过酶解法来制备果糖。

2. 酶法水解菊糖制备果糖

菊粉酶包括两种类型,一种是从多聚果糖的非还原端逐个水解β-2,1-果聚糖苷键的外切型,生成一分子果糖和少一个果糖单位的果聚糖;另一种为水解多聚果糖链内部的β-果聚糖苷键的内切型,生成低聚果糖。菊粉酶主要来自酵母、霉菌及少数几种细菌,以及菊苣、蒲公英等几种植物的根,其中由产紫青霉产生的菊粉酶更适合于低聚果糖的生产。固定化A.niger所产外切菊粉酶,利用纯菊粉和菊芋汁分别进行连续发酵48d,最终产物中含有350~650g/L聚合程度不同的低聚果糖。

主要参考资料

[1] 实用药物手册

[2] 果糖的吸收代谢以及与健康的关系

[3] 菊芋中菊糖提取及果糖制备研究进展

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