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异构技术在新型功能糖醇生产中的应用

糖是一种复杂的多元醇（醛或酮），在水溶液中，各种糖的存在形式都处于

动态平衡之中。在一定的条件下，羟基在碳原子上的位置，也会发生变化。这

种不改变糖的碳链，而改变其一部分羟基或羰基的位置的结构变化，叫做异构。

通过糖的异构，可以用普通糖为原料，制造许多新型的糖或糖醇，所以，

异构是糖醇生产的一个重要工艺，在很多新型糖醇的生产中起着关键性作用。

如对六碳醛糖，有葡萄糖、半乳糖、甘露糖、阿卓糖、阿洛糖、古罗糖、

塔洛糖、艾杜糖等八种；按其构型，又分为D-型与L-型，每一种构型，在环状

结构时，又分为α-型与β-型；就是说，分子式为CHO的六碳醛糖，一共有

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16种同分异构体，32种构型。

而对五碳醛糖，对应于CHO这个分子式，一共有4种同分异构体，即木

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糖、阿拉伯糖、核糖、来苏糖等四种异构体，对应又分别有D-、L-构型，α型

与β-型，共有16种。

目前，规模化生产只有几种，即葡萄糖、果糖、木糖，其中果葡糖浆与木

糖进入我们生活不到20年，结晶果糖不到10年，但都呈现极大的发展势头。

糖类的异构，根据异构剂种类的不同，可以分为化学异构和酶法异构，化

学异构是指异构反应在化学试剂的作用下进行，酶法异构是指异构反应在生物

酶的催化作用下进行，以下分别进行介绍。

1化学异构

化学异构是最原始的异构方法，一般反应条件比较剧烈，副反应较严重，

产生的色素也较多，但是化学异构反应周期短，成本低，产量高，是目前最有

效地异构方法。

1.1化学异构技术在甘露糖生产中的应用

1972年，Bilik申请了一份捷克专利，介绍了葡萄糖在20%左右浓度下，加

入少量钼催化剂时，可以部分转变为甘露糖。1972年以来，有很多专利介绍了

葡萄糖差相异构生产甘露糖的技术，葡萄糖在六价钼的催化作用下，达到平衡

时甘露糖的收率最高为33%。

葡萄糖与甘露糖都是D-六碳糖，它们的第3、4、5位不对称碳原子上的结

构都一样，只是第2位的碳原子上的羟基呈左右镜像对称。在六价钼酸离子存

在的情况下，它们在水溶液中互变，并且达到一定的平衡。这种在某一碳位置

上的立体互变异构，叫做差相异构。差相异构是分子异构的一种，许多糖在一

定条件下都可进行差相异构。

1.2化学异构技术在乳果糖生产中的应用

1895年，LobrydeBruyn和VanEkenstein发现还原性糖在碱性溶液中会发

生异构反应生成非还原性糖，此类反应被称为LobrydeBruyn-VanEkenstein反

应。乳果糖的制备正是利用这一反应原理。

早期研究中较多使用的异构剂是强碱性试剂，如Ca(OH)、NaOH、KOH及

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强有机碱类如叔胺等。这类强碱性试剂作用于乳糖，生成乳果糖的同时，两种

糖的降解严重，并且还生成大量的色素，这不仅降低了乳果糖的产率，也给糖

浆的净化与进一步纯化结晶带来困难。

为了提高反应的产率，减少副产物的生成，人们相继开发出许多催化剂，

如碱金属及碱土金属的亚硫酸盐、亚磷酸盐、磷酸盐，硼酸盐，四硼酸盐，金

属镁的化合物等，通过对多种异构剂的筛选，大大提高了乳糖异构生产乳果糖

的产率。

1.3化学异构技术在D-塔格糖生产中的应用

化学异构首先是以可溶性碱金属盐或碱土金属盐为异构剂，使D-半乳糖与

金属氢氧化物发生异构化反应，生成金属氢氧化物-D-塔格糖复合物中间体沉

淀。然后，以酸中和复合物中间体，得到D-塔格糖终产物。D-半乳糖异构化是

D-塔格糖化学合成反应的关键步骤。异构化反应应在碱性、低温条件下进行；

酸中和的目的是生成不溶性金属盐，从而将D-塔格糖从复合物中间体中释放出

来。据报道，化学法生产D-塔格糖在国外已经达到规模化生产水平，2005年

Arlafood公司年产量达到1200吨，而比利时的Nutrilab公司