A. Полиолы-дисахаридоспирты
1. Изомальт (изомальтитол, изомальтит, палатинит) – пищевая добавка и сахарозаменитель класса дисахаридоспиртов. Изомальт был впервые получен в 1957 году в ходе экспериментальной разработки новых сахарозаменителей в немецкой компании Südzucker, позже преобразованной в компанию BENEO-Palatinit. В начале 80-х годов компания BENEO-Palatinit предложила производственный процесс и начала производство изомальта в промышленных масштабах. Производится из сахарозы (полученной преимущественно из сахарной свёклы) в двухэтапном процессе: энзиматическое получение изомальтулозы и последующее химическое её восстановление. Продуктом восстановления является смесь двух дисахаридоспиртов: 6-O-α-d-глюкопиранозил-d-сорбитола (1,6-GPS) и 1-O-α-d-глюкопиранозил-d-маннитолдигидрата (1,1-GPM), которая и известна под названием изомальт. В зависимости от доли каждого из этих веществ в конечном продукте получаемый изомальт может различаться по свои физическим и потребительским свойствам. Крупнейшие производители: BENEO-Palatinit и Cargill.
Представляет собой белый кристаллический порошок со сладким вкусом, очень близким к вкусу натурального сахара, малогигроскопичный. Хорошо растворим в воде. Способен плавиться при температуре 140-155 °С с образованием прозрачной стекловидной массы «карамели», благодаря чему находит широкое применение в производстве леденцов. Способен проявлять синергетический эффект (взаимоусиление вкуса) при комбинации с рядом других сахарозаменителей, из которых чаще всего используется мальтитол и сукралоза. Крайне устойчив к действию других химических веществ, изменению pH раствора, термическому воздействию. Не обладает кариогенным потенциалом (не вызывает кариес), из-за чего широко используется в производстве зубной пасты, жевательных резинок, и некоторых других стоматологических продуктах.
В человеческом организме очень медленно всасывается в тонком кишечнике (до 10% от употреблённого количества) или подвергается ферментации в толстой кишке (до 90%). Организм слабо реагирует повышением уровня глюкозы крови на употребление изомальта (по разным данным ГИ изомальта составляет от 2 до 12 по глюкозной шкале).
Разрешён к использованию в США с 1990 года для ряда пищевых применений (21 CFR 101.80), и в Европе с начала 80-х годов. Разрешён в 70 с лишним странах мира. Изомальт не имеет установленного ADI, хотя его потребление ограничено из-за послабляющего эффекта.
Оценка CSPI: Ограничить потребление
SBW = 0,35 - 0,6
ADI - не установлен
LTW = 29 г
Теплота растворения = -39 кДж/кг
ГИ = 2-12
Калорийность 200 ккал (на 100 г)
2. Лактитол (лактит, лактозитол, лактобиозид) – ещё один представитель группы полиолов, сахарозаменитель класса дисахаридоспиртов. Лактитол был открыт в 1920 году профессором Католического института Тулузы Жан-Батистом Сандераном (Jean-Baptiste Senderens), разработавшим вместе со своим учителем Полем Сабатье (Paul Sabatier) процесс каталитического гидрирования и применившим его для получения лактитола.
С химической точки зрения представляет собой 4-ß-D-галактопиранозил-D-сорбитол. Получается каталитическим гидрированием раствора лактозы (молочного сахара) в присутствии никеля Ренея. После очистки лактитол кристаллизуют в безводной форме или форме моногидрата. Крупнейшие производители: Danisco Sweeteners, PURAC Biochem, Towa Chemical Industry.
Промышленный продукт представляет собой белый кристаллический порошок без запаха, со сладким вкусом, напоминающим вкус сахарозы, однако менее интенсивным. По мере увеличения концентрации раствора лактитола его воспринимаемая относительная сладость увеличивается. Часто используется в комбинации с синтетическими сахарозаменителями для улучшения вкуса получаемой смеси сахарозаменителей. Весьма устойчив в щелочных растворах и умеренно – в кислых. Обладает хорошей термической устойчивостью. Хорошо растворим в воде. В природе не встречается.
В тонком кишечнике человека лактитол практически не абсорбируется (менее 2%), а после пассажа в толстый кишечник подвергается медленной ферментации флорой толстого кишечника. Обладает способностью избирательно стимулировать рост индигенной флоры кишечника, из-за чего рассматривается многими источниками как пребиотик (избирательно стимулирует рост сахарорасщепляющих бактерий, благоприятно влияющих на здоровье человека и животных, — Lactobacillus spp., Lactobacillus bifidus, Lactobacillus acidophilus, Bifidobacteria, угнетает рост протеолитических бактерий родов Enterobacteria и Enterococci, подавляет адгезию кишечной палочки E.coli к эпителиальным клеткам). Обладает заметным лаксативным (послабляющим) эффектом (менее выраженным, чем у ксилита и сорбита), из-за чего активно используется в составе слабительных как самостоятельно, так и в комбинации с другими слабительными препаратами растительного происхождения. Является акариогенным (не вызывает кариеса сам) и кариостатическим (противостоит развитию кариеса от других факторов) препаратом. В силу особенностей метаболизма в организме человека имеет крайне низкий ГИ.
JECFA разрешил применение лактитола в 1983 году, определив его ADI как «не установлен». Разрешён в Европе. Разрешён в США как GRAS с 1993 года. Потребление ограничено из-за послабляющего эффекта.
Оценка CSPI: Ограничить потребление
SBW = 0,35 - 0,4
ADI - не установлен
LTW = 24 - 50 г
Теплота растворения = -53 кДж/кг
ГИ = 3
Калорийность 200 ккал (на 100 г) (в Европе в соответствии с директивой ЕС о маркировке продуктов с лактитолом на упаковке указывается калорийность 240 ккал/100 г)
3. Мальтитол - продукт гидрирования мальтозы, получаемой в свою очередь ферментативным гидролизом крахмалов. В промышленных масштабах был впервые получен компанией Hayashibara Biochemical Laboratories, Inc. (Окаяма, Япония), разработавшей в 60-х годах технологический процесс и запатентовавшей его. Мальтитол широко применялся в Японии с 1964 года в виде сиропа и в виде кристаллического порошка. Крупнейшие производители: Cerestar, Roquette, SPI Polyols, Towa Chemical Industry.
Мальтитол – уникальный дисахаридоспирт, по многим физическим и химическим свойствам напоминающий сахарозу. Он имеет очень похожий на сахарозу вкус, практически лишённый ментолового оттенка. Он весьма устойчив как в растворах, так и в стекловидном состоянии. Позволяет производить оболочки разной степени твёрдости с использованием смесей кристаллического мальтитола и сиропа мальтитола в разных соотношениях. В человеческом организме медленно всасывается и метаболизируется до глюкозы и сорбитола, которые затем усваиваются обычным для них порядком. Поскольку в процессе метаболизма образуется сорбитол, мальтитол обладает сравнительно сильным послабляющим действием. Не вызывает кариеса. Умеренно повышает уровень глюкозы в крови, умеренно стимулирует выработку инсулина у здоровых людей.
Находит широкое применение в производстве оболочек из сахарозаменителя для пищевых продуктов разной консистенции (например, твёрдые конфеты с мягким содержимым), конфет, шоколада, мороженого, желе и джемов, кондитерской выпечки. В комбинации с другими сахарозаменителями используется как столовый схарозаменитель.
FDA предоставило мальтитолу статус GRAS в 1986 году. JECFA проанализировал безопасность мальтитола и не посчитал необходимым устанавливать для него ADI. Разрешён в Европе с 1984 года. Разрешён в ряде других стран.
Оценка CSPI: Ограничить потребление
SBW = 0,74 - 0,95
ADI - не установлен
LTW = 60 г
Теплота растворения = -79 кДж/кг
ГИ = 35
Калорийность 210 ккал (на 100 г)
B. Полиолы
1. Ксилит (ксилитол) - сахарозаменитель и пищевая добавка класса полиолов. Открыт практически одновременно в 1890 году немецкими химиками проф. Эмилем Фишером (Emil Herman Fischer) и его студентом Рудольфом Стахелем (Rudolf Stahel) и французским химиком Габриэлем Бертраном (Gabriel Bertrand) – так как в подавляющем количестве источников имена первооткрывателей ксилита приведены с искажениями, я даю их полностью в оригинальном правильном написании. До Второй мировой войны ксилит представлял интерес только для исследователей, но во время войны из-за дефицита сахара стал активно изучаться как сахарозаменитель. В 1942 году ксилит был выделен в кристаллической форме. В 1943 году было установлено, что ксилит содержится в некоторых плодах и растениях: довольно заметное количество ксилита (200-900 мг на 100 г сухого продукта) содержат сливы, клубника, берёзовый сок, цветная капуста, малина, цикорий. В 1962 году было установлено, что ксилит в небольших количествах содержится и в организме человека и некоторых других млекопитающих. С 1962 года ксилит широко используется в парентеральной инфузионной терапии тяжелобольных, что доказывает его применимость даже для больных субъектов.
Представляет собой белый кристаллический сильно гигроскопичный порошок. Производится из растительного сырья (растительные отходы, скорлупа орехов, солома; древесина лиственных пород) химическим или микробиологическим синтезом. Широко применяется в производстве жевательной резинки, зубных паст и полосканий для рта, напитков, сладостей для диабетиков. Первой производство ксилита в промышленных масштабах начала финская компания Finnish Sugar Company в 1975 году. В настоящее время производство ксилита превышает 150 миллионов долларов в год. Крупнейшие производители: Danisco и Towa Chemical Industry.
Вкус у ксилита сладкий, похожий на вкус сахарозы, но из-за выраженного эндотермического эффекта он воспринимается как ментоловый. Ксилит – высококалорийный продукт, его калорийность практически такая же, как у сахара. Не требует для усвоения инсулина. Не способен метаболизироваться стрептококками ротовой полости, из-за чего не является кариогенным продуктом. Более того, при употреблении в количестве 6-10 г/день ксилит подавляет развитие патогенной флоры ротовой полости.
Ксилит обладает некоторыми особыми свойствами – ряд из них характерен для всех полиолов, но некоторые свойства являются уникальными только для ксилита. Так, в 1971 году было установлено, что употребление ксилита подавляет глюконеогенез и кетогенез в организме подопытных животных, что позволило рекомендовать ксилит как одно из возможных средств против кетоза. В 1997 году финские исследователи установили, что употребление жевательной резинки с ксилитом заметно сокращает заболеваемость инфекциями среднего уха у детей. В 2007 году было установлено, что ксилит модифицирует способность организма человека бороться с некоторыми бактериальными инфекциями: в исследовании финских учёных ксилит применялся как вспомогательное средство лечения при пневмококковом сепсисе, также было установлено, что введение ксилита в рацион больных увеличивает их шансы на выживание.
Ксилит способен усиливать экскрецию инсулина у собак, из-за чего он является опасным для них. При употреблении ксилита в дозе, превышающей 100 мг на кг веса, у собак развивается острая гипогликемия, способная привести животное к потере сознания. Доза 500-1000 мг/кг вызывает смерть животного, зачастую с признаками некроза печени. Этот эффект проявляется только у собак, у человека не было отмечено никаких сходных признаков. Другие полиолы либо совсем не влияют на уровень инсулина у собак, либо это влияние незначительно и не приводит к опасным проявлениям.
Ксилит разрешён к применению в США с 1963 года для диетических применений, а с 1986 года - как подсластитель общего назначения (21 CFR 101.80), JECFA разрешил применение ксилита с 1983 года. ADI ксилита не установлен, потребление ограничено из-за наличия послабляющего эффекта.
Оценка CSPI: Ограничить потребление
SBW = 0,87 - 1,0
ADI - не установлен
LTW = 20 г
Теплота растворения = -153 кДж/кг
ГИ = 12
Калорийность 240 ккал (на 100 г)
2. Маннитол - сахарозаменитель класса полиолов. Маннитол - первый из полиолов, открытых химиками, он был обнаружен в 1806 году французским химиком Жозефом Луи Прустом (Joseph Louis Proust) в отвердевшем соке («манне») белого ясеня (Fraxinus ornus). В чистом виде представляет собой белый кристаллический мало гигроскопичный порошок сладкого вкуса с «ментоловым» холодком. Встречается в природе (в соке различных деревьев, например Fraxinus ornus, Fraxinus angustifolia, Olea europaea, Phillyrea media, а также морских водорослях, грибах). Производится в промышленных масштабах из фруктозы путём восстановления (химический или биоорганический синтез), из получаемой смеси изомеров (сорбитола и маннитола) выделяют маннитол. В некоторых странах маннитол добывают прямой экстракцией из подходящего местного природного сырья (например, в Китае – из морских водорослей).
Широко используется в пищевой и фармацевтической промышленности. Благодаря низкой гигроскопичности используется в качестве обсыпки и как агент против комкования. Из-за довольно высокой температуры плавления представляет собой удобную добавку в шоколадные глазури, мороженое и другие смеси, требующие нагрева в ходе производства. В медицине применяется как осмотический диуретик (диуретическое действие проявляется только при внутривенном введении). Способен проникать через гематоэнцефалический барьер и обеспечивать транспорт через него совместно вводимых препаратов. Исследования последнего времени позволяют надеяться, что маннитол может стать новым средством для борьбы с болезнью Альцгеймера. Маннитол не обладает кариогенностью.
Использование маннитола в пищевой промышленности разрешено FDA (21 CFR 180.25), EFSA и JECFA.
Крупнейшие производители: Cerestar, Roquette, SPI Polyols, Towa Chemical Industry.
Оценка CSPI: Ограничить потребление
SBW = 0,5 - 0,52
ADI = 50 мг/кг/день
LTW = 10 - 20 г
Теплота растворения = -121 кДж/кг
ГИ = 2
Калорийность 160 ккал (на 100 г)
3. Сорбит (сорбитол, глюцит, глюцитол) - сахарозаменитель класса полиолов. Был открыт французским агрохимиком Жаном-Батистом Буссенго (Jean Baptiste Boussingault) в 1872 году в соке растения Sorbus aucuparia (Рябина обыкновенная) и получил своё название по названию рода Sorbus (Рябина). Сорбит в заметных количествах (больше 1%) присутствует в рябине, яблоках, грушах, персиках, сливах, абрикосах, финиках, некоторых водорослях (например, водоросль Bostrychia scorpoides содержит 14% сорбита). В меньших количествах сорбит присутствует во многих ягодах (клубника, виноград, малина, чёрная смородина и т.д.), пиве, вине, овощах, водорослях и лишайниках. Производство натурального сорбита выделением из природных продуктов не было признано экономически обоснованным, и первый промышленный сорбит был выпущен только в 1937 году после изобретения американской фирмой Atlas Powder (позже переименованной в SPI Polyols) производственного процесса электролитического восстановления сорбита из углеводов кукурузы. В настоящее время сорбит производится преимущественно из глюкозы. Сорбит в свою очередь является исходным веществом при промышленном производстве аскорбиновой кислоты. Крупнейшие производители сорбита: Archer Daniels Midland, Lonza, Roquette America, SPI Polyols, Towa Chemical Industry, Tate&Lyle.
Представляет собой бесцветные гигроскопичные кристаллы сладкого вкуса, хорошо растворимые в воде. Благодаря медленной и выраженной гигроскопичности активно используется в пищевой промышленности для сохранения свежести и насыщенности влагой продукта (выпечка, конфеты, шоколад). Весьма устойчив к высоким температурам, благодаря чему активно используется в производстве термически обрабатываемых продуктов (в основном как сахарозаменитель). Не обладает кариогенными свойствами, и потому активно используется при производстве зубной пасты. Также используется в производстве косметики. В смеси с натриевой селитрой используется как ракетное топливо для любительских моделей ракет.
Сорбит разрешён к применению в США в качестве подсластителя общего назначения (21 CFR 184.1835), а также одобрен JECFA.
Оценка CSPI: Ограничить потребление
SBW = 0,6 - 0,7
ADI - не установлен
LTW = 23 г
Теплота растворения = -111 кДж/кг
ГИ = 4
Калорийность 260 ккал (на 100 г)
4. Эритритол - сахарозаменитель класса полиолов. Был открыт под названием "эритроглюцин" в 1848 году шотландским химиком Джоном Стенхаузом при анализе состава некоторых лишайников. Довольно широко распространён в природе: входит в состав дынь, груш, винограда – около 50 мг/кг. Содержится в некоторых ферментированных продуктах (фасолевая паста – до 1.3 г/кг), соевый соус (до 1 г/кг). Рисовая водка содержит до 1.5 г/кг эритритола.
Термически и химически стабилен, что способствует использованию при термической обработке продукта и в кислых средах. Очень мало гигроскопичен. Обладает вкусом, очень близким к вкусу сахарозы. Практически не участвует в метаболизме в организме человека, обладает нулевым ГИ. Имеет небольшой эффект «холодка». Благоприятно влияет на зубы. Имеет очень слабо выраженный лаксативный эффект.
Исследования 2013 года показали, что эритритол является выраженным антиоксидантом и способствует улучшению состояния сосудистого эндотелия, тем самым помогая противостоять атеросклерозу.
FDA присвоило эритритолу статус GRAS в 2001 году (GRAS Notice No. GRN 000076). Европейской комиссией по продуктам питания эритритол признан безопасным в 2003 году.
Производится из крахмалосодержащего сырья (кукуруза, тапиока и т.п.) биосинтетическими методами (ферментированием с участием дрожжей Moniliella tomentosa var. pollinis). Крупнейшие производители: Cerestar, Cargill.
Оценка CSPI: Безопасен
SBW = 0,53 - 0,7
ADI - не установлен
LTW = 40 г
Теплота растворения = -180 кДж/кг
ГИ = 1
Калорийность 40 ккал (на 100 г) (***поскольку эритритол практически не усваивается организмом, его эффективная калорийность меньше, чем справочная термохимическая величина. Некоторые производители, руководствуясь локальным законодательством, указывают калорийность эритритола как 0,2 ккал/г и даже 0 ккал/г)
C. Углеводы
1. Тагатоза - углевод, стереоизомер фруктозы. Была впервые описана американским инженером Гилбертом Левином в 1995 году. В 1998 году Левин запатентовал экономичный способ производства тагатозы и предложил использовать этот углевод в качестве сахарозаменителя.
Встречается в природе в смоле дерева какао, некоторых фруктах, молочных продуктах (в молоке - до 3 г/кг). Обладает пребиотическими свойствами. Имеет выраженный сладкий вкус, напоминающий вкус сахарозы. Химически схожа с фруктозой. В процессе термической обработки подвергается реакции Майяра, что создаёт приятный цвет, запах и вкус конечного продукта. Ограниченно растворима в воде (1600 г/л).
Производится из лактозы или молочной сыворотки в процессе энзиматического преобразования в галактозу, которая затем изомеризируется в тагатозу. Крупнейшие производители: SweetGredients GmbH (до 2006 года), Nutrilab NV, CJ Cheiljedang, Inc.
FDA присвоило тагатозе в 2003 году статус GRAS, а в 2010 году подтвердило его. JECFA разрешило использование тагатозы в 2000 году, а в 2001 году установило ADI 80 мг/кг веса.
Оценка CSPI: Ограничить потребление
SBW = 0,92
ADI = 80 мг/кг/день
LTW = 40 г
Теплота растворения = -42.3 кДж/кг
ГИ = 3
Калорийность 150 ккал (на 100 г) - для использования на этикетках в США, и 240 ккал (на 100 г) - для использования на этикетках в Европе. Реальные значения калорийности в экспериментах: 12-140 ккал на 100 г.