半乳糖醇的合成及其作用

简介

水产品资源丰富，营养价值高，水产品市场中常见的形式为鲜活水产品、干制水产品及其水产制品等，但水产品从捕捞到流通、运输、贮藏等过程中极易出现腐败变质的现象，最终影响水产品及其制品的价值。添加剂的使用是抑制或者延缓水产品及其制品劣变较为有效的方法之一，因而半乳糖醇脱颖而出，其作为安全无毒的添加剂被广泛应用于各个行业，尤其在水产行业的应用及研究逐渐增加[1]。

合成

图1 半乳糖醇的合成路线[2]。

将D-塔格糖（50mg，0.28mmol）溶于乙醇（10mL）中。加入RaNi（250mg），将浆料在氢气气氛中回流过夜。接下来，在硅藻土垫上过滤镍催化剂并蒸发溶剂。将油状产物（35mg，70%）溶解在D2O（0.5mL）中，并记录13C NMR谱。残余乙醇的甲基信号（17.4ppm）用作内标。产物由两种异构体组成，半乳糖醇和D-tallitol，比例为37:63。合成路线如图1所示。

图2 半乳糖醇的合成路线[3]。

糖混合物的加氢在商业Ru/C催化剂上用糖溶液进行加氢反应，改变D-半乳糖（Danisco）与L-阿拉伯糖（Sigma-Aldrich）的摩尔比，以研究两种分子在催化剂表面上的同时动力学行为。温度范围为90至120°C，压力范围为40至60巴，反应时间为180分钟。从反应器中取出样品，并通过高效液相色谱法进行分析。得到最终产品半乳糖醇。合成路线如图2所示。

图3 半乳糖醇的合成路线。

在110至130℃的三相实验室规模反应器（Parr Co.）中分批进行乳糖氢化实验。为反应器配备加热套、冷却盘管、取样管线中的过滤器（0.5μm金属烧结物）和起泡室（用于在氢化实验之前从液相中去除溶解空气）。反应器的有效液体体积约为125 mL（总体积300 mL）。为反应器配备中空轴凹叶片叶轮，以确保有效混合和气体分散到液相中。使用parr 4843控制器进行温度控制，并监测叶轮速度和反应器压力。将温度和压力曲线存储在计算机上。通过将乳糖一水合物（Leprino食品，纯度>99.5%干物质，干物质含量95%）溶解在去离子水中制备乳糖溶液。避免过高的乳糖溶解温度，以在氢化之前抑制乳糖水解。通过后续纯化得到最终产品半乳糖醇。合成路线如图3所示。

作用

半乳糖醇具有甜味，是蔗糖甜度的 60%，热值与蔗糖相近，但食用过多蔗糖会造成儿童龋齿，且对于糖尿病、肥胖症等患者又具有较大的健康危害，而半乳糖醇在人体代谢过程中不受胰岛素的控制，代谢产物为CO2和 H2O，不会对血糖值产生影响，故其常作为甜味剂、疏松剂、保湿剂等，被应用于糖果、面包、面条、大米制品等食品中。

有研究显示糖类分子中羟基数目越多，抑制蛋白质冷冻变性的效果越好。半乳糖醇的分子含有6个羟基，吸水性强，能够通过氢键与产品和周围环境的水分结合，降低产品的水分活度，防止产品在贮藏过程中产生干裂、老化、失水、糖或盐等结晶析出的现象，保证产品风味和品质。半乳糖醇作为生物保鲜剂、水分保持剂、抗冻剂等，在肉制品提高持水性和防止冷冻变性等方面的作用已有诸多学者进行研究，如将其添加到发酵香肠、肉脯中，不仅提高持水性能、降低水分活度，还能改善产品品质。

半乳糖醇属于植物类生物保鲜剂，是从植物中提取的天然保鲜剂，安全性高、专一性强，常与多种生物或者化学保鲜剂进行复配;而且半乳糖醇具有一定的螯合作用，能够螯合体系内 的金属离子，如与Ca2 +、Mg2 +、Fe3 +和Zn2 +等离子结合形成鳌合物，这不仅能促进内部水分的保持，而且能阻止金属离子与酶活性中心结合，从而降低蛋白酶的活性，因此，半乳糖醇在水产品及其制品中的应用能够有效促进水产品的防腐、保鲜和持水减损等作用[1]。

参考文献

[1] 陈晓婷,王联珠,苏永昌,刘淑集,吴靖娜,郭莹莹,刘智禹.半乳糖醇在水产品加工中的应用研究[J].渔业研究,2020,42(04):404-410.

[2] Kuusisto, Jyrki; et al. Hydrogenation of Lactose over Sponge Nickel Catalysts-Kinetics and Modeling. Industrial & Engineering Chemistry Research (2006), 45(17), 5900-5910.

[3] Kwak, Byong-Sung; et al. Process for preparation of sugar alcohols by ruthenium-catalyzed hydrogenation of sugars. World Intellectual Property Organization, WO2005021475 A1 2005-03-10.