原创《淀粉和葡萄糖转化为果糖》
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一、淀粉和果葡糖的概述以及应用
淀粉的概述和应用.淀粉是自然界一种常见的物质,主要存在于植物的块根、种子以及果实中,属于常见的一种植物储备能量,作为一种白色的无定型粉末,不具有还原性,分为直链和支链淀粉两种.其在无机酸或者酶的催化作用下会发生水解反应,从而生成葡萄糖,具体的水解过程如下所示：
（C H O） +nH O→nC H O162 180
通过上述水解反应式不难发现,淀粉水解成为葡萄糖期间也存在链切断出增加的水分子,也就是葡萄糖分子的形成会增加单位水分子重量,这在化学领域被称为“化学增重”.作为日常饮食中较为常见的一种碳水化合物,其储存量只在木质纤维素下面,因为其丰富的储存量、低廉的、方便运输而且容易储存等优势,从而在工业生产领域中得到广泛的应用,也属于相对重要的一种工业原料.
果葡糖浆概述以及应用.果葡糖浆也被称为高果糖浆,属于澄清、透明的一种粘稠状液体,通过淀粉的水解作用产生的糖化液,利用葡萄糖的异构化反应能够将葡萄糖转变为果糖,混合着果糖和葡萄糖的糖浆.其中葡萄糖占据50%左右,果糖则占据42%,其余的都是低聚木糖.当前工业上主要通过酶法对果葡萄糖进行生产,原料选择为淀粉,使用淀粉糖化酶催化水解淀粉成为葡萄糖,再通过葡萄糖异构酶转变为果葡萄糖.
二、果糖的性质和应用
分子结构.其实,用糖类作为原材料能够制备出市场价值较大的化学品.六碳糖属于相对重要的一种单糖,根据结合分子式中所含酮基、醛基的不同,分为果糖和葡萄糖.果糖和葡萄糖属于同分异构体,其开链结构式中酮基为第二碳原子；葡萄糖开链结构式中醛基为第二碳原子.果糖容易溶于醇、水、丙酮等有机溶剂中.自然界中的果糖则主要储存在蜂蜜和水果浆汁中.
性质.首先,对其甜度进行分析,作为天然糖中甜度最高的物质,果糖的相对甜度为蔗糖的1.5倍左右,还受到温度、浓度和溶液pH的影响,主要是因为果糖的分子构型有两种,一般α结构的果糖甜度要高于β结构的果糖甜度.其次,果糖溶解度在温度相同的环境下,其高于葡萄糖和蔗糖,且果糖在水溶液中扩散的相对快速,这对于生产果酱、果脯以及水果罐头有着积极的作用.最后为化学稳定性,果糖所具有的还原性较为显著,其热稳定性相对较差,受热容易出现分解,并且出现显著的焦化反应,生成各种有色产物,也容易和蛋白质、氨基酸等物质出现美拉德反应,生成口味较为特殊的棕褐色类黑素,所以在面包或者其他糕点制作中加以使用,能够达到口感松软、外观黄亮、焦香味浓郁的要求.另外,溶液的pH也会对果糖稳定性产生影响,从常规角度来分析,果糖在碱性或者酸性环境中性质容易出现变化,分解成相应的有色物质.
果糖的应用.首先,在食品中的应用愈加广泛.食品中最初将果糖当作蔗糖来使用,其作为甜味剂所发挥出的优势是蔗糖难以比拟的,属于营养、天然的一种甜味剂,不仅具有纯正的甜度,还具有无毒副作用、营养丰富的优势.在果糖工业化、大规模生产环境下,其逐渐替代蔗糖在饮料、烘焙食品、营养保健品、冷冻食品中得到广泛应用.
其次,果糖在医疗保健中的应用也较为广泛.人体内对果糖的代谢和吸收速度远远低于蔗糖和葡萄糖,果糖代谢期间不会有胰岛素参与其中,并且是人体肠道直接进行消化,其升糖指数要低于其他各种甜味剂,也不会出现蔗糖和葡萄糖诱发的人体餐后血糖高峰新现象.
最后,可在工业中广泛合成应用.作为制备具有较高附加值且相对活跃的原材料,在生产塑料、绿色有机溶剂、润滑油等材料的乙酰丙酸和HMF原材料,其中HMF具有活泼的化学性质,通过氧化、水解、醚化、加氢、酯化等化学反应制备成附加值较高的衍生物,其属于相对重要的化学品,并且广泛应用在医药、材料和能源领域.该种物质能够从淀粉、纤维素、葡萄糖、麦芽糖、蔗糖以及高果糖等各种碳水化物中得到.另一种就是非环状反应线路,经过直链中间形成HMF.
三、果糖制备
酶法制备.使用淀粉作为原材料来制备果糖.首先将淀粉分解成葡萄糖,经过异构酶催化成为果糖,这时果糖含量为40%左右,经过分离纯化得到含量为90%的糖浆,经过结晶工艺生产获得结晶果糖.其次是以（2-1）的链连接成为多糖,通过菊粉酶来对菊粉进行催化反应得到纯度较高的果糖.最后,用蔗糖制作果糖,蔗糖属于双糖结构,在蔗糖转换酶催化作用下成为果糖和葡萄糖,再经过葡萄糖异构酶催化异构作用成为果糖,经过分离纯化之后得到相应的产物.
化学法生产.大规模工业生产果糖的方法当属酶法,该种方法生产的优势是酶的催化反应选择性以及专一性都相对较高,能够制作成浓度较高的果糖,酶法反应条件相对温和,对于设备要求较低,但是,酶本身较高,对于反应条件有着严格要求.常规环境下葡萄糖异构酶适应的温度为60℃,适用的pH则为7.为了能够对酶法所存在的缺陷进行弥补,进一步放宽反应条件的限制,保证反应速度得到提升,很多研究活动开始通过一系列措施开发出廉价、绿色、清洁的化学催化剂.
淀粉和葡萄糖转化为果糖的研究工作依然在继续,当前淀粉两步法制备果糖的效率相对较高,首先是通过对超低酸水解淀粉的使用来制作果糖；第二步则是通过碱性催化剂催化异构葡萄糖制作果糖.不过还要进一步优化传热、传质等反应环境,保证反应效率得到提升,让能源利用率逐渐增加,创造出更加显著的经济以及社会效益.
葡萄论文参考资料：
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