L-阿拉伯糖的最新應(yīng)用進(jìn)展*

朱道辰，呂正鳳，劉杏榮，王成福

1(江蘇大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江，221013) 2(江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江，212013)3(山東福田藥業(yè)有限公司技術(shù)中心，山東禹城，251200)

L-阿拉伯糖的最新應(yīng)用進(jìn)展*

朱道辰1，呂正鳳2，劉杏榮2，王成福3

1(江蘇大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江，221013) 2(江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江，212013)3(山東福田藥業(yè)有限公司技術(shù)中心，山東禹城，251200)

綜 述了國內(nèi)外對(duì)L-阿拉伯糖的功能機(jī)制的研究，并對(duì)L-阿拉伯糖在食品、醫(yī)藥、以及其他領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行論述;討論了L-阿拉伯糖的發(fā)展方向和面臨的挑戰(zhàn)。

L -阿拉伯糖，糖尿病，食品，肥胖

作為生物體維持生命活動(dòng)的重要能量來源的糖主要是六碳糖(蔗糖、淀粉等多糖與果糖、葡萄糖等單糖和糖醇類)，幾千年來為人類提供主要的熱量能源。特別是近200多年來，隨著人類發(fā)展進(jìn)入工業(yè)社會(huì)階段，飲食結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生了巨大的變化，不僅糖的攝入量大大提高，而且大量的糖以液體形式被攝食。在人類人體生理學(xué)狀態(tài)沒有改變的情況下，糖的過多攝入導(dǎo)致了糖尿病、肥胖、心血管疾病等一系列人體健康問題;在一項(xiàng)對(duì)1～13歲的兒童和青少年的飲食調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，影響健康的最重要因素之一是糖的攝入量過高［1－2］。因此近些年開發(fā)不含或者低熱量的代糖甜味劑是食品科研人員的研究方向之一，其中，L-阿拉伯糖作為一種新型的糖類甜味劑，因具有和蔗糖非常相似的甜味，在人腸道中不產(chǎn)生熱量，而受到廣泛關(guān)注。

L-阿拉伯糖具有很強(qiáng)的非競(jìng)爭(zhēng)性抑制蔗糖吸收的功能，能夠抑制吸收蔗糖引起的血清中葡萄糖的濃度升高［3］，因此可以作代糖甜味劑為糖尿病人、肥胖者、高血壓患者所食用。此外，L-阿拉伯糖還可以作為合成某些藥物的前體，比如治療肝病的某些類核苷藥物［4］，在食品、醫(yī)藥、精細(xì)化工等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

1 L-阿拉伯糖的特性

1.1 理化性質(zhì)

L-阿拉伯糖(L-(+)-阿戊糖/L-(+)-樹膠醛糖，CH2OH(CHOH)3CHO)是五碳醛糖(結(jié)構(gòu)式見圖1)，其形態(tài)為無色、無味結(jié)晶粉末，相對(duì)密度()1.585，熔點(diǎn)為154～158℃，易溶于水，微溶于乙醇，不溶于醚、甲醇和丙酮，對(duì)熱和酸穩(wěn)定［5－6］。L-阿拉伯糖是植物細(xì)胞壁的一種常見的成分，以阿拉伯聚糖、木聚糖等形式廣泛的存在于植物王國;也是谷類半纖維素的主要成分之一，諸如玉米、小麥、燕麥、大米、果膠、蘋果等中均含有一定量的L-阿拉伯糖。L-阿拉伯糖通常從植物中用化學(xué)方法提取獲得，近年來酶水解方法逐漸得到應(yīng)用，從而降低了對(duì)環(huán)境的污染和節(jié)約能耗［7－10］。此外，也有利用化學(xué)方法合成L-阿拉伯糖的報(bào)道［11］。

圖1 L-阿拉伯糖結(jié)構(gòu)式

1.2 功能以及作用機(jī)理

L-阿拉伯糖的味道與蔗糖非常接近，但是甜度僅為蔗糖的50%左右。自然狀態(tài)的阿拉伯糖以L-形式存在，它不能被動(dòng)物代謝，因此是一種非熱量糖。其最主要的生理作用是對(duì)小腸二糖水解酶類中與蔗糖消化相關(guān)的酶類的強(qiáng)烈選擇性抑制，因此抑制了攝入的碳水化合物分解為葡萄糖和果糖的速度和效率，從而降低了小腸對(duì)葡萄糖和果糖的吸收，而對(duì)小腸黏膜中麥芽糖酶、異麥芽糖酶、海藻糖酶、乳糖酶等沒有影響，對(duì)胰腺中淀粉酶也沒有抑制作用［3，12－13］。Sanai等人的研究通過14C標(biāo)記蔗糖證明了L-阿拉伯糖對(duì)蔗糖吸收的抑制作用，蔗糖中添加3% ～5%的L-阿拉伯糖能夠?qū)φ崽窃谛∧c內(nèi)的吸收降低40%～60%［14］。周克夫等人研究發(fā)現(xiàn)，L-阿拉伯糖能夠顯著改善肥胖模型的小白鼠的糖耐受量，以及促使Ⅱ型糖尿病兔子模型的血糖降低和提高了其糖耐受量，并且能夠抑制脂肪生成酶的活性和血清甘油三脂的水平［15－16］。這些研究表明，L-阿拉伯糖在穩(wěn)定血糖、改善糖尿病癥狀、以及預(yù)防肥胖等方面具有重要意義。另外，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，與其他難吸收糖類一樣，L-阿拉伯糖具有促進(jìn)小腸部位對(duì)鈣的吸收作用，而高鈣攝入可以降低腸道脂肪的吸收和脂質(zhì)代謝［17－18］，在降低脂肪細(xì)胞鈣內(nèi)流的同時(shí)也可能抑制肝細(xì)胞內(nèi)鈣內(nèi)流，減少極低密度脂蛋白(V-LDL)的合成，從而減少由其轉(zhuǎn)化而來的低密度脂蛋白(LDL)［19］。

2 L-阿拉伯糖的應(yīng)用

L-阿拉伯糖作為功能性甜味劑和醫(yī)藥中間體，逐漸被應(yīng)用于食品加工業(yè)和醫(yī)藥化工工業(yè)中。近年來，國際上尤其是日本對(duì)阿拉伯糖的功能機(jī)理作了較為深入的研究，并且被逐步應(yīng)用到健康食品中。美國食品藥品監(jiān)督局(FDA)和日本厚生省分別將其列入食品添加劑和特定健康食品添加劑類，中國衛(wèi)生部也于2008年批準(zhǔn)為新資源食品，這些政策法規(guī)的制定和學(xué)術(shù)界的研究一起推動(dòng)了L-阿拉伯糖在食品和醫(yī)藥等工業(yè)中的進(jìn)一步應(yīng)用。

2.1 L-阿拉伯糖在食品中的應(yīng)用

通過減少糖在食物中的含量、以及抑制碳水化合物在腸道內(nèi)的分解吸收、從而達(dá)到減少能量的吸收來試圖解決糖攝入過多的策略，是目前營養(yǎng)健康食品研究的熱點(diǎn)之一。L-阿拉伯糖作為能夠抑制蔗糖吸收以及無熱量的甜味劑食品已經(jīng)被應(yīng)用在一些功能食品開發(fā)領(lǐng)域。

2.1.1 作為甜味劑直接部分替代蔗糖

日本推出的健康糖，其成分組成是97%蔗糖和3%的L-阿拉伯糖，作為傳統(tǒng)蔗糖的代替品在超市貨架上銷售，供家庭主婦在廚房使用。這樣在制作的家庭含糖食品中，至少抑制了20% ～40%的蔗糖的吸收量，等同于降低了食物中的蔗糖含量，有利于健康。

2.1.2 針對(duì)糖尿病病人的功能糖產(chǎn)品

日本Unitika公司開發(fā)了商品名“阿拉伯糖N”的產(chǎn)品，其成分組成主要是由100 g難消化糊精中添加7.5 g阿拉伯糖組成。長(zhǎng)期食用能夠顯著的抑致血糖升高，其功效比單獨(dú)攝取L-阿拉伯糖或者難消化糊精相比有超過10倍增長(zhǎng)。作用原理是L-阿拉伯糖強(qiáng)烈抑制了小腸內(nèi)蔗糖酶的作用后，難消化性糊精又進(jìn)一步抑制淀粉酶、葡萄糖淀粉酶等酶活性，繼續(xù)阻礙小腸對(duì)碳水化合物的吸收，從而最大程度上減少糖的吸收，起到對(duì)血糖的調(diào)節(jié)作用。

2.1.3 功能性飲料

液體含糖飲料是造成人類過量食用添加糖的主要原因之一，比如各類可樂和果汁類，都含有較多的糖分。藤生的一項(xiàng)專利中表示:在飲料中添加一定量的L-阿拉伯糖，飲用 8 w，平均降低體重 3% ～5%［20］。持田株式會(huì)社開發(fā)了一種在日本暢銷的速溶減肥茶(BEKORINA)，包括烏龍茶、紅茶、原味等多種口味。Unitika公司開發(fā)了含有纖維素的速溶飲料(Arabinist)，可以添加在水、茶、果汁中飲用，每包(6.2 g)中主要成分有3.6 g纖維和0.3 g阿拉伯糖，主要功能是能夠減少糖的吸收和降低血糖值。此外也有在果實(shí)蔬菜汁飲料中添加 L-阿拉伯糖的研究［21］。

2.1.4 功能性膠囊

膠囊類產(chǎn)品的特點(diǎn)是食用方便、易攜帶、穩(wěn)定性好、攝入量易控制。通常是以L-阿拉伯糖為主要原料，同時(shí)添加其他功能性元素，達(dá)到多重維護(hù)身體健康的功效。例如立新國際公司的一種控制體重膠囊(EqualEAN)，由L-阿拉伯糖和人參提取物、阿拉伯膠、蒲公英根、卷耳、蘆薈膠等成分構(gòu)成，宣稱能夠起到控制人體碳水化合物平衡，使糖轉(zhuǎn)化為能量而避免轉(zhuǎn)化為脂肪，從而起到控制體重的作用。日本的一種三元聯(lián)防普拉斯減肥膠囊，主要成分是鉀、L-阿拉伯糖、糊精等，通過三聯(lián)復(fù)合作用控制糖分、水分、鹽分的吸收，達(dá)到減肥的效果，并且添加了VC、葉酸、VB群等營養(yǎng)強(qiáng)化元素，與其他減肥產(chǎn)品相比，更注重彌補(bǔ)對(duì)減肥過程中可能出現(xiàn)的人體能量不足和微量元素?cái)z入不足，減少減肥過程中營養(yǎng)攝入不足對(duì)身體造成的傷害。

2.1.5 在焙烤食品中的應(yīng)用

L-阿拉伯糖分子結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，在高溫下不易被分解，因此可以作為代糖甜味劑用于焙烤食品中。例如軟曲奇是一種為美國人喜愛的餅干，但由于其含糖量很高，達(dá)到30% ～35%左右，因此在此類餅干中添加L-阿拉伯糖，能夠抑制蔗糖的吸收，從而使人們減少對(duì)高糖餅干造成肥胖的恐懼。同樣，在高熱量食品，比如蛋糕、蛋黃派等烘焙食品中，添加一定量的L-阿拉伯糖，能夠降低單位能量密度從而吸引更多的消費(fèi)者。但是目前還沒有在烘焙產(chǎn)品中應(yīng)用的相關(guān)報(bào)告，市場(chǎng)上也沒有相關(guān)產(chǎn)品。此外，在普通焙烤食品中加入L-阿拉伯糖對(duì)面團(tuán)流變學(xué)性質(zhì)的影響、對(duì)口感的影響、對(duì)加工工藝的影響等研究國內(nèi)外均未見報(bào)道。另外，由于L-阿拉伯糖美拉德反應(yīng)強(qiáng)烈，添加后將會(huì)影響烘焙產(chǎn)品的風(fēng)味和顏色，因此需要研究相關(guān)工藝和配方，來平衡L-阿拉伯糖過于強(qiáng)烈的美拉德反應(yīng)的影響。相信隨著L-阿拉伯糖的生產(chǎn)成本的降低，普通焙烤食品中添加L-阿拉伯糖的相關(guān)研究將會(huì)受到廣泛關(guān)注。此外，在烹炸食品中，比如炸雞塊、燒雞、烤肉等添加L-阿拉伯糖，會(huì)賦予其更豐富的香味和誘人的顏色，但其作用機(jī)制有待于進(jìn)一步研究。

與其他功能糖甜味劑相比較，L-阿拉伯糖在食品行業(yè)中的研究還處于初級(jí)階段，實(shí)際應(yīng)用較少，主要用在少數(shù)幾種功能性食品中，與其他代糖甜味劑相比競(jìng)爭(zhēng)力較弱。原因可能是，一方面其價(jià)格較高，另一方面則是消費(fèi)者對(duì)其認(rèn)知程度較低，以及相關(guān)加工工藝、配方的組成、操作技術(shù)等諸多問題均有待于進(jìn)一步研究。但是與木糖醇等糖醇相比，它的優(yōu)點(diǎn)在于適量食用不會(huì)帶來腹瀉等副作用，以及能夠強(qiáng)烈抑制蔗糖在人體內(nèi)的吸收，因此在未來食品開發(fā)應(yīng)用上具有巨大的潛力。

2.2 L-阿拉伯糖在醫(yī)藥中的應(yīng)用

近年來，國內(nèi)外的生理學(xué)家和營養(yǎng)學(xué)家就L-阿拉伯糖在腸道內(nèi)對(duì)蔗糖代謝的調(diào)節(jié)作用做了一系列深入研究，Danisco公司與丹麥哥本哈根大學(xué)人類營養(yǎng)學(xué)院于2005年9月合作進(jìn)行的臨床試驗(yàn)表明，L-阿拉伯糖對(duì)蔗糖的代謝轉(zhuǎn)化具有阻斷作用，但是研究發(fā)現(xiàn)，L-阿拉伯糖只能夠抑制蔗糖的分解，對(duì)大米等淀粉類食物沒有影響，然而如果配合L-阿拉伯糖和淀粉吸收的阻遏劑(豆類，木槿提取物等)飼喂豬(以成人的劑量)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，L-阿拉伯糖能夠同時(shí)抑制淀粉和蔗糖在豬腸道內(nèi)的吸收，有效地降低血液循環(huán)中的葡萄糖含量，因此，L-阿拉伯糖配合其他有效功能成分，可以起到調(diào)節(jié)攝入熱量的平衡，維護(hù)身體的健康的作用［22］。

2.2.1 治療腸胃病和糖尿病

L-阿拉伯糖用于治療腸胃病和糖尿病的相關(guān)研究已有報(bào)道和專利，比如一種木糖和L-阿拉伯糖(質(zhì)量比3∶1)混合物的顆粒劑的專利，宣稱能夠用于治療腸胃疾病，改善腸道功能。山元英樹等研制一種含有L-阿拉伯糖的一種血糖抑制劑，能夠顯著抑制餐后的血糖水平［23］。隨著臨床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累，L-阿拉伯糖在治療腸胃病和糖尿病方面將會(huì)發(fā)揮更大的作用。

2.2.2 醫(yī)藥中間體

阿拉伯糖是一種重要的合成醫(yī)藥的中間體，能夠用來合成阿糖胞苷、阿糖腺苷、D-核糖、L-核糖、去氧核糖等［24－25］。也可合成核苷類抗病毒藥物，例如以L-阿拉伯糖為前體，經(jīng)過十步法最后合成抗乙肝病毒和抗Ep-stein-Barr病毒活性試劑1-(2-氟-5甲基-β-L-阿拉伯呋喃糖)-尿嘧啶(L-FMAU)［26－27］;從 L-阿拉伯糖通過六步最終合成抗乙肝新藥Telbivudine(核苷類似物，美國 Idenix 公司)等［28－29］。

2.2.3 醫(yī)藥賦形劑和填充劑

L-阿拉伯糖由于其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、耐熱性好、無熱量、具有類似蔗糖的甜味等特點(diǎn)，可以用來作為醫(yī)藥賦形劑和填充劑，例如用于止咳糖漿、片劑等不同劑型中。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，L-阿拉伯糖在醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛，作為一種重要中間體，將是開發(fā)抗病毒類新藥的重要原料，為促進(jìn)藥物發(fā)展，提升人類的健康提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.3 L-阿拉伯糖在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用

除了在食品和醫(yī)藥行業(yè)中的應(yīng)用，L-阿拉伯糖還可用于香料合成、精細(xì)化工行業(yè)、生化試劑等［30－31］。研究發(fā)現(xiàn)，阿拉伯糖的反應(yīng)型香精能夠產(chǎn)生柔和、豐富的香氣，賦予使用香精的終端產(chǎn)品的香味更接近自然和飽滿［32］。此外，L-阿拉伯糖還可以用于防褪色劑、生產(chǎn)L-阿拉伯糖醇等，后者是一種應(yīng)用非常廣泛的稀有糖醇，在醫(yī)藥、化工等行業(yè)具有廣泛應(yīng)用［33］。

3 L-阿拉伯糖的目前現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

盡管L-阿拉伯糖在自然界中的分布廣泛、但是含量較少，目前生產(chǎn)主要采用化學(xué)制備法或者生物法，以及化學(xué)合成等方法?；瘜W(xué)制備法是先堿液提取植物中半纖維素，然后酸水解，工序繁雜、耗能高，而且生產(chǎn)過程產(chǎn)生酸堿廢液多，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。生物轉(zhuǎn)化法是近年來研究的熱點(diǎn)，日本Unitika公司已經(jīng)成功開發(fā)出酶法生產(chǎn)L-阿拉伯糖，但目前生產(chǎn)成本較高，中國的福田藥業(yè)、唐傳生物科技、唐和糖等公司相繼也開發(fā)了L-阿拉伯糖的生產(chǎn)工藝，為市場(chǎng)提供了高純度的L-阿拉伯糖產(chǎn)品。其中福田藥業(yè)公司利用木糖廢液再利用提取L-阿拉伯糖，大大降低了L-阿拉伯糖的生產(chǎn)成本，為L(zhǎng)-阿拉伯糖的廣泛應(yīng)用提供了價(jià)格優(yōu)勢(shì)。化學(xué)合成方法目前還處于實(shí)驗(yàn)室階段，主要問題是原料成本高和分離純化等瓶頸問題。因此，采用先進(jìn)的生物酶法，改進(jìn)下游工業(yè)技術(shù)是降低制造成本和未來大規(guī)模生產(chǎn)L-阿拉伯糖的重要途徑之一。

由于以上所述的局限，目前國內(nèi)外L-阿拉伯糖生產(chǎn)量較小，與同類甜味劑相比價(jià)格較高，影響了其進(jìn)一步的應(yīng)用，并且對(duì)于其應(yīng)用機(jī)理的研究還處于初步階段。因此，未來的研究重點(diǎn)將包括以下幾個(gè)方向:(1)生產(chǎn)L-阿拉伯糖的工藝技術(shù)的進(jìn)步，降低成本壓力，提高競(jìng)爭(zhēng)力，諸如對(duì)酶法工藝的優(yōu)化，對(duì)阿拉伯糖苷酶的定向進(jìn)化改造提高酶活性等［33］。(2)基因技術(shù)改造植物，通過對(duì)相應(yīng)植物能夠表達(dá)L-阿拉伯糖的基因進(jìn)行改造異源表達(dá)，提高L-阿拉伯糖在植物中的含量，從而降低了生產(chǎn)成本。(3)進(jìn)一步研究L-阿拉伯糖在人體內(nèi)的代謝和對(duì)人體的影響機(jī)制，包括對(duì)胰島素分泌調(diào)節(jié)作用等，與纖維素、其他糖醇的協(xié)同機(jī)制(盡管已經(jīng)有一些相關(guān)研究，但是對(duì)于L-阿拉伯糖的作用機(jī)制的研究不夠充分和缺乏長(zhǎng)期臨床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持)。(4)在食品工業(yè)中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，包括在飲料中對(duì)口感的影響和飲料穩(wěn)定性的影響，在焙烤食品中對(duì)面團(tuán)流變學(xué)的影響、對(duì)焙烤食品色香味的影響、代替蔗糖后對(duì)產(chǎn)品加工工藝的影響等。

4 結(jié)語

阿拉伯糖作為一種新興的甜味劑已經(jīng)逐漸被人們所接受，由于其保健功能的特性逐漸為人們所認(rèn)知，目前已經(jīng)展現(xiàn)出較好的工業(yè)化前景和廣泛的社會(huì)效益。相信隨著技術(shù)的進(jìn)步和商業(yè)的發(fā)展，L-阿拉伯糖將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。

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Advance Research on the Application of L-arabinose

Zhu Dao-chen1，Lv Zheng-feng2，Liu Xing-rong2，Wang Cheng-fu3
1(School of Environmental Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，China)2(School of Food and Biogical Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，China)3(Research Center，F(xiàn)utaste Pharmaceutical Co.，Ltd.Yucheng 251200，China)

The recent advances in the mechanism of L-arabinose to inhibit the intestinal absorption of sugar have been reviewed.The overview on the application of L-arabinose in the different field，including food industry，medicine，and flavor industry was summarized.The potential values，various challenges，the opportunities，as well as future research directions are also presented.

L-arabinose，diabetes，food，fatness

博士，副教授(Email:dczhucn@hotmail.com)。

*中國科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程(KSCX2-YW-G-073);廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(9451007002003073);江蘇大學(xué)高級(jí)人才啟動(dòng)基金項(xiàng)目(10JDG084);江蘇大學(xué)學(xué)生科研課題立項(xiàng)項(xiàng)目(09A088)

2010－08－25，改回日期:2010－11－09