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  【慧聪食物工业网】摘要:海藻糖具有奇特的生物活性,能够协助生物体抵当高温、冷冻、干燥、高渗、辐射、有毒物质等情况,外源海藻糖对生物体具有非特同性庇护功能,因而,海藻糖被普遍使用。本文综述了海藻糖的成长汗青、理化性质、平安性、功能、使用及其出产制备。

  环节词:海藻糖;平安;功能;使用;出产制备

  海藻糖,又称漏芦糖、蕈糖。1832年英国科学家Wiggers从黑麦的麦角菌中初次分手提取出海藻糖结晶化合物;1858年由Mitschedich从蘑菇当平分离出来,最后被定名为Mycose,蘑菇糖[1];同年,Berthelot又从一种海藻(Trehalamanna)平分离到该物质,于是重定名为海藻糖(Trehalose)[1],此后研究发觉海藻糖在芽孢、子实体、酵母、真菌等低等生物甚至整个生物学世界里普遍具有[2-4]。

  1海藻糖的理化性质

  1930年Bredereck起首操纵核磁共振手艺阐了然海藻糖(trehalose)的化学布局,它是由两个吡喃型葡萄糖单体以1,1糖苷键保持而成的双糖,化学名称为a-D-吡喃葡糖基-a-D-吡喃葡糖苷(a-D-glucopyranosyl-a-D-glucopyranoside),分子式为C12H22O11,分子布局对称[5-6],相对分子质量为378.33,经常以二水化合物具有。理论上,海藻糖具有3种分歧的正位异构体,即a,a-型、a,β-型和β,β-型,此中只要a,a-海藻糖在天然界中以游离形态具有,即为凡是所说的海藻糖,a,β-型和β,β-型在天然界中很少见,仅在蜂蜜和王浆中发觉了少量的a,β-型海藻糖(新海藻糖,Neotrehatose);另一种β,β-型也被称作异海藻糖(Isotrehalose)[7],这两种海藻糖能够化学合成。

  海藻糖是一种非还原性双糖,由两个葡萄糖分子通过半缩醛羟基连系而成,是天然双糖中最不变的[3],它的旋光度和消融性质是其异乎寻常的缘由[8]。因为不具有还原性,在食物即便与氨基酸、卵白质等夹杂加热也不会发生美拉德反映,不被一般的酶水解,可被具有特同性的海藻糖酶水解为两分子葡萄糖。其具体理化性质如表1。

  表1海藻糖的理化性质[6]

  2海藻糖的平安性

  海藻糖除了具有低聚糖的一般特征,还有奇特的生物活性,在严格的情况下可庇护生物体的组织和大分子的功能和活性。因而普遍使用于食物加工和储藏、农作物育种、精细化工、化妆品、保健品医药范畴等方面。人们在关心其无效性的同时,更关心它的平安性。

  1995年,日本林原生化公司将海藻糖申请为专利,并进行了工业化出产,并初次作为食物添加剂上市发卖,使用范畴包罗糖果、巧克力、饮料、罐甲等。1998年,韩国和中国台湾也将海藻糖作为及格的食物添加剂利用。2000年11月,结合国粮农组织和世界卫生组织(FAO/WHO)食物添加剂结合专家委员会(JECFA)确认海藻糖作为组织构成剂、不变剂、保湿剂、甜味剂的功能,对海藻糖的每日答应摄入量不作限制[9];2001年,美国食物药物办理局(FDA)授予海藻糖作为公认平安的食物,核准其进入美国市场。2001年9月25日,欧盟核准海藻糖作为新型食物或食物添加剂进入其市场。2005年3月,我国卫生部核准海藻糖为新资本食物[10]。

  近年来,国表里浩繁专家、学者都对海藻糖的平安性做了尝试研究。张晶等[11]、梁春华等[12]、Richards等[13]别离通过尝试研究了海藻糖的急性毒性、持久毒性和生殖毒性。尝试成果显示,用海藻糖处置的小鼠与对照组的小鼠均没有显著性差别。Richards等[13]还进行了海藻糖的致突变试验研究,以组氨酸养分缺陷性鼠伤寒沙门菌Tal535,TAl537,TA98,TAl00和色氨酸养分缺陷型大肠杆菌WP2uvrA为试验菌株进行微生物恢复突变尝试,以中国仓鼠CHO细胞为试验细胞进行染色体畸变尝试,以上两组尝试加上小鼠骨髓微核试验配合证了然海藻糖没有致突变性。别的,Atkinson等进行了海藻糖对albino兔的眼刺激试验,成果表白10%的海藻糖溶液对兔眼无刺激。

  综上所述,海藻糖是一种毒性很低的物质,这为研制开辟药用海藻糖奠基了优良的根本。

  3海藻糖的功能

  3.1生物学功能

  海藻糖是一种对情况变化构成的应激形态具有高抗性的物质,是生物体内的一种典型的应急代谢物[14]。海藻糖是虫豸血淋巴中最次要的糖类,占到了整个血淋巴中糖类总含量的80%~90%,而且在虫豸特殊的发育阶段,海藻糖占到了虫豸整个碳水化合物的20%[15]。长年糊口在戈壁地带的一些虫豸和动物,在半夜的高温下几乎被干燥脱水,处在心理学上的假死形态,但一经降雨弥补水分,数小时后就能新生。英国剑桥大学的学者[16]对这些隐生生物的研究表白,这种新生现象是因为其体内具有高浓度的海藻糖。大量的研究表白,很多生物在勒迫情况(如饥饿、高温、冷冻、干燥、高渗、辐射、有毒物质等)下表示出的抗逆耐受力与体内的海藻糖含量有间接的关系。这是由于,在各类恶劣情况下,海藻糖表示出对物种的生物膜、卵白质和核酸等生物大分子优良的庇护感化。

  董桥等(1992)研究了海藻糖对载药脂质体的庇护感化,证明在海藻糖的庇护感化下,脂质体脱水后处于干燥形态而其布局和功能连结完整,且干态脂质体水化时内含物保留率达80%以上。葛宇等(2002)调查了在冷藏、冷冻、真空干燥、冷冻干燥、喷雾干燥和室温下海藻糖对保加利亚乳杆菌存活率和产酸率的影响,成果表白,海藻糖具有很好的抗冷冻、抗脱水结果。MadhuPage-Sharp等(1999)研究发觉,陪伴盐顺境双歧藻属菌种细胞内海藻糖和蔗糖浓度添加,当机体再恢复一般发展前提(即解除盐顺境的感化),细胞内这些海藻糖和蔗糖浓度下降,蔗糖和海藻糖被认为具有共存的消融物(compatiblesolutes)的感化性质。Piper(1998)认为,微生物在盐顺境应激形态涉及到低分子量共存消融物的发生和一系列应激卵白质的发生,海藻糖和蔗糖的合成代表双歧藻菌盐应激形态下的一种庇护性感化。

  3.2其他功能

  海藻糖除了对生物体具有庇护感化外,还能够防止淀粉老化;防止卵白量变性;抑止脂类物质酸败;抑止鱼腥味的生成;减轻鸡、鸭、鹅的怪味;抑止大米的米糠臭;利于蔬菜、肉类、生果等的保鲜;不变物猜中的超氧化物歧化酶;防止龋齿和弥补能源的感化[17]。

  别的,关于外源海藻糖对动物抗逆性影响的研究较多,如外源海藻糖对黄瓜的耐盐性[18]、抗冷性、抗旱性[19]和抗水分勒迫能力[20]影响的研究,均表白它对动物的抗逆性具有积极感化。此外,它能够提高番茄株高、茎粗、SOD活性等,提高其耐盐性[21];提高野鸢尾、南蛇藤过氧化氢酶等一系列酶的含量,进而提高其抗NaHCO3勒迫的能力[22];据丁顺华等[23]报道,外源海藻糖可较着缓解盐勒迫对小麦发展的抑止感化;肖丽蓉等[24]报道,外源海藻糖对提高家蚕发展和蚕丝质量具有积极感化。总之,外源性的海藻糖也具有优良的非特同性庇护功能。因而海藻糖又被称为“生命之糖”。

  4海藻糖的使用

  4.1在食物工业中的使用

  海藻糖防止淀粉老化的结果比变性淀粉和糖醇类产物更好,特别在低温或冷冻前提下表示更为显著。如在便利米饭中利用海藻糖,能抑止布朗硬度降低,使其口感柔嫩;用于饺子皮和春卷皮中,具有优良的保水性,不会干裂,蒸煮后,口感柔嫩,煎炸后,口感松脆。

  与麦芽糖、蔗糖和葡萄糖比拟,海藻糖具有较高的玻璃化改变温度。这使得海藻糖能够在很高温度下连结活性卵白的不变性,以避免其在热加工中的失活。这种特机能使海藻糖在糖果中具有较广漠的使用空间。同时又因为海藻糖的低吸湿性和非褐变性,使插手海藻糖的硬糖和软糖褐变程度降低,并有优良的保形性。海藻糖使食物的冰点下降的程度与蔗糖一样。在冰淇淋中插手海藻糖能使冰淇淋具有优良的冷冻耐性,使口感更丰满。

  4.1.3禽肉水产加工品

  抑止脂肪酸败是包管食物质量的主要环节。海藻糖作为天然糖类对抑止脂肪酸败有很好的结果。在畜禽肉蛋加工品中加人海藻糖,能长时间连结肉质新鲜柔嫩、抑止脂肪酸分化导致的肉臊味发生,并使产物颠末冷冻、解冻和热加工后结果照旧优良。海藻糖具有优良的抗冻保湿感化。在金枪鱼、鳕鱼、鲱鱼和鲑鱼等冷冻鱼块加工产物中插手海藻糖能使其解冻后不会发生滴水现象,使其仍然具有优良的弹性,并无效防止鱼肉异味的发生。

  海藻糖是一种功能性低聚糖,具有防止人体骨质松散,推进人体双歧杆菌增值以及断根体内自在基等功能。因而,海藻糖可普遍使用于各类保健食物中。

  海藻糖跟砂糖和麦芽糖一样能在小肠中被消化接收,作为养分源在人体内迟缓释放。海藻糖出格适合插手甜味养分型饮料及活动前添加能量的饮料。初步研究表白,添加了海藻糖的活动饮料,比含葡萄糖的饮料有着更低的胰岛素和血糖反映程度。海藻糖的插手并不影响饮料的口感,相反会使其口感更纯正。

  因为海藻糖的甜度是蔗糖的45%,所以它能降低饼干、面包,糕点等产物的甜度,使其具有清新的口感。如在月饼等一些点心中利用海藻糖。

  4.2在医学范畴中的使用

  淀粉质β(amyloidβ,Aβ)多肽是阿尔兹海默症(Alzheimer’sdisease,AD)的致病卵白,徐亮等[25]研究表白,海藻糖可无效抑止其疏水焦点Aβ16-22堆积过程中聚体的生成,从而能够防止阿尔兹海默症的发生。

  程晨晨等[26]研究了海藻糖庇护同种带瓣大动脉的最适浓度,同种瓣膜具有布局天然、核心血流、不需抗凝等特点,不只可用于自动脉瓣的置换,仍是复杂先本性心脏病救治中带瓣管道优良的替代材料。

  别的,程晨晨等还综述了海藻糖在临床上的使用,包罗在细胞如人体血小板的保留;组织保留,如贾晓明等[27]将新颖成人皮肤组织分为新颖对照组、海藻糖-二甲基亚砜组、二甲基亚砜-丙二醇组、二甲基亚砜-无血清角质细胞培育基组和DMEM组,成果证明,海藻糖对皮肤的庇护结果优于保守低温庇护剂二甲基亚砜;器官保留,如气管;庇护生物成品,如生物分子、细胞膜和细胞器等,如Yamaquchi等[28]研究显示,插手海藻糖的缓冲液较保守的缓冲液蔗糖和甘露醇,能更好地连结线粒体外膜的完整,并能很好地阐扬Bcl-2凋亡卵白家族的感化和庇护细胞内的超微布局,这将为当前研究依托细胞膜完整才能进行的细胞凋亡供给便当。

  4.3在化妆操行业中的使用

  海藻糖在化妆品上的使用是基于具有优异的连结细胞活力和生物大分子活性的特征。皮肤细胞,特别是表皮细胞在高温、高寒、干燥、强紫外线辐射等情况下,极易得到水分发生角质化,以至灭亡零落使皮肤受损。海藻糖在这种环境下可以或许在细胞表层构成一层特殊的庇护膜,从膜上析出的粘液不只滋养着皮肤细胞,还具有将外来的热量辐射出去的功能,从而庇护皮肤不致受损。海藻糖具体可用于皮肤化妆品、洗面奶,作为保湿剂、洁肤剂、紫外接收剂等。还可用于唇膏、口腔清冷剂、口腔芬芳剂等。日本已将其列为新规格化妆品原料,并用于高级化妆品中。日本林原生化研究所发觉,海藻糖有抑止老年人体臭的功能,预备操纵海藻糖开辟防止体臭的化妆品和护理用品。

  4.4在精细化工中的使用

  操纵生物工程手艺出产概况活性剂是二十世纪70年代后生物工程范畴成长起来的一个新课题,从目前的研究环境看,糖脂是最主要的一类生物概况活性剂。海藻糖脂具有优良的概况活性机能,可用于石油的三次开采、日化、纺织等工业,德国的Wager尝试室已研究操纵Rhodococcuserthropolis来出产海藻糖单脂及海藻糖二脂。

  4.5在农业科学中的使用

  海藻糖可用于作物抗寒、抗旱等。种子保留、农作物抗寒、抗旱等范畴,在利用海藻糖之后,能将种子、种苗的根茎无效地连结水分子,有益农作物播种、成活率高,同时庇护作物削减寒冷而冻伤,出产成本将大大下降。别的,将海藻糖合成酶基因导人动物,可培育出抗旱、抗寒、抗冻、耐盐动物。美国研究人员培育出的转基因水稻,能无效抵御干旱、寒冷、多盐,且产量高。美国科学家未来自酵母的海藻糖合成酶基因导火食草,获得抗旱型植株[29]。美英科学家已培育出了转基因番茄,并正在研究将海藻糖合成酶基因导人其它生果。这方面临农业、出格是削减北方寒冷干燥的天气对农业的影响,在农作物种植使用方面,其效益是庞大的。

  4.6其他使用

  海藻糖酯作为优良的生物概况活性剂,可用于石油、日化、纺织等工业。日本学者Toshihiko。通过尝试证明海藻糖可无效缓解干眼病患者的症状。Tanaka等[30]发觉海藻糖能减轻多聚谷氨酰胺惹起的鼠Huntington病。

  5海藻糖的制备

  20世纪初,海藻糖的出产方才起步,规模小,1kg商品化的海藻糖售价接近700美元。后来巴西科研小组找到了通过外界刺激使酵母大量堆集海藻糖的方式,使酵母海藻糖的含量达到细胞干重的20%,海藻糖的价钱降低了一半。跟着后来连系基因工程,酶法合成海藻糖新型方式的呈现,海藻糖价钱降低到3~6美元/kg。目前,海藻糖的出产手艺曾经日渐成熟,次要有提取法制备、酶法转换、微生物发酵等方式。

  5.1微生物提取法

  1950年Laura起首从酵母中提取海藻糖。微生物提取法是以酵母、乳酸菌、霉菌及其它含海藻糖的微生物为提取源,起首通过改变微生物的发展前提,使其体内堆集更多的海藻糖,然后采用恰当的方式将海藻糖提取出来。其工艺流程为:酵母-乙醇提取-离心-上清液一浓缩-离子互换-超滤-浓缩-结晶-离心-真空干燥-成品。微生物提取法是出产海藻糖的保守方式,颠末不竭的改良,此法已相当成熟,至今仍然是出产海藻糖的常用方式。提取法所用的微生物大多为酵母菌。国表里对高产海藻糖菌株的选育,胞内海藻糖的提取、纯化等方面进行了大量的研究,Comes等分手出两个酵母菌株,它们在热击前提下大量堆集海藻糖。李于等对酵母海藻糖的提取纯化前提进行了研究,海藻糖提取率可达98.81%。上世纪40年代,欧美从面包酵母中提取海藻糖取得成功,并成立了一套用乙醇从面包酵母中提取海藻糖的方式。微生物提取法出产海藻糖出产周期长,提取率低,成本高,很难实现大规模工业化出产。

  5.2酶法转换

  1993年,日本林原生化研究所发觉了通过节杆菌(Arthrobactersp.)Q36中麦芽寡糖基海藻糖合酶和麦芽寡糖基海藻糖水解酶的协调感化,将必然链长的直链淀粉转化为海藻糖,去世界上最先开辟出间接从直链淀粉以极高得率出产海藻糖的手艺,为海藻糖的工业化出产斥地了新路子,在淀粉糖工业史上掀起了一场革命,并于1996年将此方式正式投入了工业化出产。1995年,日本林原生化研究所又初次发觉了能将麦芽糖间接转化为海藻糖的海藻糖合酶。1990年,意大利那不勒斯第二大学的Lama等去世界上初次发觉,硫矿硫化叶菌(Sulfolobussolfataricus)MT4的细胞匀浆液可将淀粉间接转化发生海藻糖[31]。这一发觉,改变了不成能将淀粉间接转化成海藻糖的论断,鞭策了酶转化法出产海藻糖的研究,为海藻糖的酶法工业化出产斥地了新路子。此后不竭成长出多种酶转化出产海藻糖的方式,像海藻糖-6-磷酸合成酶和海藻糖-6-磷酸酯酶转化法,海藻糖磷酸化酶转化法,海藻糖合成酶和蔗糖磷酸化酶转化法,麦芽寡糖基海藻糖合成酶和麦芽寡糖基海藻糖水解酶转化法,基转移酶和淀粉酶转化法,海藻糖合酶转化法等,而且,海藻糖合酶由于只需要一种酶一步反映就可以或许获得海藻糖而被国表里浩繁专家视为将来海藻糖酶法出产的标的目的。

  5.3化学合成法

  海藻糖的化学合成法是在2,3,4,6-四乙酰基葡糖和3,4,6-三乙酰-1,2-脱水-D-葡糖之间发生环氧乙烷加成生成。该法制备海藻糖的错误谬误是产率低、分手坚苦,目前还处于研究阶段。

  这种方式是用必然的基质,在必然条什下(pH、温度、渗入压等)培育微生物,通过生物发酵发生海藻糖,再由培育液中提取精制而成。

  5.5基因工程法

  用生物手艺出产海藻糖,或将葡萄糖转化为海藻糖的基因通过一种细菌导入甜菜、马铃薯、番茄等动物中,建立具有出产海藻糖能力的转基因动物。

  跟着研究的不竭深切,海藻糖在各行各业中的使用会愈加普遍,对海藻糖和海藻糖合酶基因的研究会越来越多。对于海藻糖抗逆性的机理,目前3个假说都不克不及作出完满的注释,海藻糖当前的研究重点该当是对其抗逆机理的研究和动物转基因方面的研究[32]。别的,对海藻糖在虫豸方面的研究,仍是冰山一角。海藻糖作为虫豸中最主要的血糖,参与了多种心理功能,因而研究虫豸中海藻糖的代谢以及代谢调控具有主要的理论和实践意义。对海藻糖合成基因的深切研究,必然会培育出抗旱、抗寒、抗盐碱的动物新品种,为农业出产和改良情况做出贡献。并且,海藻糖在低等生物无机体能量代谢过程中具有主要感化,可是哺乳动物血液中并不含有海藻糖这就使开辟对人类健康相对平安的新型农药成为一种可能。

  [5]任小青,庄梓,廖劲松等.海藻糖的出产与使用研究现状及其开辟前景[J].郑州工程学院学报, 2001, 22(1): 85-92.

  [27]贾晓明, 于瑜, 李东杰. 新型抗冻剂海藻糖对低温保留皮肤组织α-辅肌动卵白表达的尝试研究[J]. 中国修复重建外科杂志, 2009, 22(4): 446-449.

  (作者单元:保龄宝生物股份无限公司)

  义务编纂:张慧琳

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