生活中的食品化学——甜味剂

一、甜味剂在食品中的主要作用

 首先在口感方面，甜度是许多食品的指标之一，为使食品、饮料具有适口的感觉，需要加入一定量的甜味剂。并且加入甜味剂也调节和增强食品风味，在糕点中一般都需要甜味；在饮料中，风味的调整就有“糖酸比”一项。甜味剂可使产品获得好的风味，又可保留新鲜的味道。许多食品的风味的形成也离不开甜味剂，甜味和许多食品的风味是相互补充的，许多产品的味道就是由风味物质和甜味剂的结合而产生的，所以许多食品都加入甜味剂。

二、天然甜味剂

 天然甜味剂主要包含单糖、双糖、果葡糖浆、糖醇类甜味剂、苷类甜味剂。单糖和双糖主要包括葡萄糖、半乳糖、果糖、蔗糖、乳糖、麦芽糖等，以蔗糖的甜度单位为一来算果糖的甜度为1.5、葡萄糖为0.7、半乳糖为0.6、麦芽糖为0.5、乳糖为0.4。果葡糖浆也称异构糖浆甜度与蔗糖相当，广泛用于面包，饮料，糖果，糕点，果酱等。糖醇类甜味剂（目前应用的糖醇类甜味剂主要有，木糖醇，山梨醇，麦芽糖醇等，）他们在人体内的吸收和代谢不受胰岛素的影响，因而不使人血糖值升高，是糖尿病，心脏病，肝脏病人的理想甜味剂。苷类甜味剂。甜叶菊苷存在于多年生豆科植物甘草的根部提取的一种甜味剂口味儿纯正，后味儿长不产生热能，产生轻快感，减肥人群适宜。甘草苷一种多年生豆科植物甘草的根部提取的一种甜味儿剂，甜度是蔗糖的100-500倍，口感不及蔗糖如与柠檬酸钠混合使用甜味效果极佳

三、天然衍生物甜味剂

 这类甜味剂具有很高的甜度，这类甜味剂，也是目前寻找理想天然甜味成分替代品的研究对象。主要有阿斯巴甜、纽糖、三氯蔗糖等。阿斯巴甜是一种与蔗糖类似的清凉甜味儿，一克的阿斯巴甜约有4千卡的热量。因为使人感到到甜味所需的阿斯巴甜量非常少，以致于可忽略其所含的热量，因此也被广泛地作为蔗糖的代替品。甜度约为蔗糖150倍，苯丙酮尿症患者禁用。纽糖的甜度是蔗糖的6000-10000倍，比阿斯巴甜甜30-60，并且稳定性大于阿斯巴甜，与还原糖等不会发生不良反应，安全性大于阿斯巴甜，并且大量研究表明纽糖是安全无毒的甜味剂，且生产成本低，稳定性好。三氯蔗糖是已是产业化的、甜度最大、味觉特性最好的蔗糖化学衍生物，首先它的甜度高，是蔗糖的600-650倍，并且口味纯正，没有任何异味或苦涩味，甜味特征曲线几乎与蔗糖重叠，这是其它任何甜味剂无法比拟的。他的安全性也是非常高的，ADI值15mg/kg,没有任何安全毒理方面的疑问。而且热量值极低(可视为0)，不会引起肥胖，可供糖尿病人，心脑血管疾病患者及老年人使用。三氯蔗糖不仅不会引起血糖波动，可供糖尿病人食用。而且不会引起龋齿，对牙齿健康有利。并且具有很好的溶解性和稳定性，耐酸碱，耐高温，货架期长。从酸性到中性都能使食品的甜味，对酸味和咸味有淡化效果，对涩味、苦味、酒味、等不快的味道有掩盖效果；对辣味、奶味有增效作用，应用范围十分广泛。因此，该产品是当今最理想的强力甜味剂，可供儿童、少年、青年、中年、老年和各种疾病患者食用，没有任何营养学疑问。

四、人工合成甜味剂

 糖精的化学名称邻苯甲酰磺酰亚胺，无色结晶，不溶于水，甜度为蔗糖的500-700倍，目前使用最多的合成甜味剂，分子味苦，但在水中解离出的阴离子呈现强甜味，具有致癌，致畸作用，只能用于非婴儿食品，最大用量0.15g每千克。甜蜜素的化学名称，环乙基氨基硫酸钠。其甜度约为蔗糖30倍，与糖精混合使用，克克服糖精味儿苦，也存在安全性，美国，英国，日本，等国家禁止在食品中使用，我国主要用于冷饮，冰淇淋，糕点中。安赛蜜，甜度约为蔗糖150-200倍，天都感受快，少量使用没有明显不愉快后感，浓度高有明显的苦涩味，与阿斯巴甜，等协同作用，允许在食品，饮料等中使用。

我国无机化学研究最新进展

  无机化学是化学学科里其它各分支学科的基础学科，在近年来取得较突出的进展，主要表现在固体材料化学、配位化学等方面。未来无机化学的发展特点是各学科交叉纵横相互渗透，用以解决工业生产与人民生活的实际问题。近几年我国无机化学基础研究取得突出进展，成果累累，主要在以下几个方面取得了令人瞩目的成绩：

新结晶的出现

   中科大钱逸泰、谢毅研究小组在水热合成工作的基础上，在有机体系中设计和实现了新的无机化学反应，在相对低的温度下制备了一序列非氧化物纳米材料。溶剂热合成原理与水热合成类似，以有机溶剂代替水，在密封体系中实现化学反应。他们的工作发表在Science上，审稿人评价为“文章报道了两个激动人心的研究成果：在非常低的温度下苯热制备了结晶GaN；观察到以前只在超高压下才出现的亚稳的立方岩盐相。……”文章已被Science 等刊物引用60次。

无机-有机纳米复合材料

   吉林大学冯守华、徐如人研究组应用水热合成技术，从简单的反应原料出发成功地合成出具有螺旋结构的无机-有机纳米复合材料，m（4，4'-bipy）2(vo2)2(hpo4)4(m=co;ni)。在这两个化合物中，po4四面体和vo4三角双锥通过共用氧原子交替排列形成新颖的v/p/o无机螺旋链。

三维多孔类沸石

 南京大学熊仁根、游效曾等在光学活性类沸石的组装及其手性拆分功能研究方面设计和合成具有手性与催化功能的无机有机杂化多维结构，他们改性了光学活性的天然有机药物（奎宁），以它作为配体同金属离子自组装构成了一个能进行光学拆分消旋 2-丁醇和3-甲基-2-丁醇，拆分率达 98﹪以上的三维多孔类沸石。

金属-有机纳米板的合成和结构

   中国科学院福建物质结构研究所洪茂椿,吴新涛等在纳米材料和无机聚合物方面的工作引起国内外同行的广泛重视。他们成功地合成纳米金属分子笼（nanometer-sized metallomolecular cage）,还成功的构建了一个新型的具有纳米级孔洞的类分子筛，其中孔洞的大小近一纳米。在金属纳米线和金属-有机纳米板的合成和结构的研究成果斐然。设计合成了一些金属纳米线，金属-非金属纳米线和金属有机纳米板。分子筛是一种三维微孔结构的硅铝酸盐晶体，具有灵活多变的骨架和组成、较高的物理和水热稳定性、无毒、高比表面积、离子可交换性以及很低的成本等特点，因而在油品精制、石油化学、农业、水和污水处理等众多领域中用作离子交换剂、催化剂和吸附剂。尽管分子筛的应用是基于其本身的微孔结构，但微孔也导致体积较大的反应物和产物分子的传质阻力高。通过制备纳米尺度和多级孔结构的分子筛等多种手段可克服常规分子筛所具有的传质限制。人们已经开发了多种方法制备了新型的分子筛材料，并考察了它们在各种催化反应和吸附反应中的性能。

磁分子材料

  北京大学高松研究小组在磁分子材料的研究方面取得了突出成果。在水溶液中以1：1：1的摩尔比缓慢扩散k3[m（cn）6]（m=fe3+，co3+），bpym(2,2'-bipyrimidine)和nd(no3)3,合成了第一例氰根桥联的4f-3d二维配位高分子[ndm(bpym)(h2o)4(cn)6]。3h2o，24个原子形成的二维拓扑结构。

纳米结构的制备、组装

  清华大学李亚栋研究组在新型一维纳米结构的制备、组装方面取得了突出的进展。李亚栋课题组首次发现了由具有准层状结构特性的金属铋形成的一种新型的单晶多壁金属纳米管，有关研究成果在美国化学会志上（j.am.chem.soc.123(40),9904-9905,2001）报道。这是国际上首例由金属形成的单晶纳米管，铋纳米管的发现为无机纳米管的形成机理和应用研究提供了新的对象和课题。

 此外，还有许多领域的研究备受人们关注，如稀土化学等。还有无机超分子化学、非金属无机化学、核化学和放射化学等都有着广阔的发展空间。在这样广阔而深厚的基础上，现代无机化学的发展势必繁花似锦，硕果满园。面对生命科学、材料科学、信息科学等其他学科迅速发展的挑战和人类对认识和改造自然提出的新要求，化学在不断地创造出新的物质和品种来满足人民的物质文化生活，造福国家，造福人类。

美食中的美拉德反应

  红烧肉是我国老百姓喜爱的家常菜，几乎没有人不喜欢吃红烧肉的。做红烧肉时通常要加白糖和料酒（黄酒），一般认为氨基酸与乙醇发生酯化反应，生成氨基酸乙酯，这一反应显示了料酒去腥的作用，红烧肉的香味主要也是氨基酸乙酯的功劳。

其实，红烧肉的香味主要是白糖的功劳。今天介绍做红烧肉的过程中发生的一个化学反应——美拉德反应，这一化学反应是红烧肉色泽、香味和好味道的主要因素。

美拉德反应简介

美拉德反应又称为“非酶棕色化反应”，是法国化学家L.C.Maillard在1912年提出的。所谓美拉德反应是广泛存在于食品工业的一种非酶褐变，是羰基化合物（还原糖类）和氨基化合物（氨基酸和蛋白质）间的反应，经过复杂的历程最终生成棕色甚至是黑色的大分子物质类黑精或称拟黑素，所以又称羰氨反应。

反应机理

起始阶段

1、席夫碱的生成（Shiffbase）：氨基酸与还原糖加热，氨基与羰基缩合生成席夫碱。

2、 N-取代糖基胺的生成：席夫碱经环化生成。

   3、 Amadori化合物生成：N-取代糖基胺经Amiadori重排形成Amadori化合物（1—氨基—1—脱氧—2—酮糖）。

中间阶段

 在中间阶段，Amadori化合物通过三条路线进行反应。

1、 酸性条件下：经1,2—烯醇化反应，生成羰基甲呋喃醛。

2、 碱性条件下：经2,3—烯醇化反应，产生还原酮类和脱氢还原酮类。有利于Amadori重排产物形成1-deoxysome。它是许多食品香味的前驱体。

3、 Strecker降解反应：继续进行裂解反应，形成含羰基和双羰基化合物，以进行最后阶段反应或与氨基进行Strecker分解反应，产生Strecker醛类。

最终阶段

此阶段反应复杂，机制尚不清楚，中间阶段的产物与氨基化合物进行醛基—氨基反应，最终生成类黑精。美拉德反应产物除类黑精外，还有一系列中间体还原酮及挥发性杂环化合物，所以并非美拉德反应的产物都是呈香成分。反应经过复杂的历程，最终生成棕色甚至是黑色的大分子物质类黑素。目前研究发现其与机体的生理和病理过程密切相关。越来越多的研究结果显示出美拉德反应作为与人类自身密切相关的研究具有重要的意义，目前研究焦点在蛋白质交联、类黑素、动力学以及丙烯酰胺，而这些方面在中药炮制、制剂、药理作用中处处可见。因此，随着现代科技的不断进步，相信美拉德反应的研究将可能成为中药研究的新视角。

美拉德反应对食品的影响

  ①香气和色泽的产生。美拉德反应能产生人们所需要或不需要的香气和色泽。例如亮氨酸与葡萄糖在高温下反应，能够产生令人愉悦的面包香。而在板栗、鱿鱼等食品生产储藏过程中和制糖生产中，就需要抑制美拉德反应以减少褐变的发生。

②营养价值的降低。美拉德反应发生后，氨基酸与糖结合造成了营养成分的损失，蛋白质与糖结合，结合产物不易被酶利用，营养成分不被消化。

  ③抗氧化性的产生。美拉德反应中产生的褐变色素对油脂类自动氧化表现出抗氧化性，这主要是由于褐变反应中生成醛、酮等还原性中间产物。

  ④有毒物质的产生。美拉德反应一种普遍的非酶褐变现象，将它应用于食品香精生产应用之中，国外研究比较多，国内研究应用很少，该技术在肉类香精及烟草香精中有非常好的应用。所形成的香精具天然肉类香精的逼真效果，具有调配技术无法比拟的作用。美拉德反应技术在香精领域中的应用打破了传统的香精调配和生产工艺的范畴，是一全新的香精香料生产应用技术，值得大力研究和推广。

消除方法

  正如上部分所讲，美拉德反应对食品也会造成一定的影响，甚至是负面的，所以我们需要找到如何减弱乃至消除美拉德反应的方法。美拉德反应是一个十分复杂的反应过程，中间产物众多，终产物结构十分复杂，完全抑制美拉德反应相当困难，又由于美拉德反应影响因素众多，有效抑制美拉德反应必须是多种因素协同作用的结果，一般认为可采用以下方法抑制美拉德反应：

1.使用不易褐变的原料

2.调节影响美拉德反应褐变速度的因素

  3.降低温度

4.降低pH 值

5.调节水分活度

6.氧气

7.使用氧化剂

8.使用酶制剂等