海藻糖的特性分析及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

孫常文，李發(fā)財(cái)，龐明利，楊海軍

（保齡寶生物股份有限公司，山東 禹城 251200）

0 前 言

海藻糖，英文名Trehalose，是一種天然糖類，分子式 C12H22O11，化學(xué)名稱（α-D-glucosido-α-D-glucosidemycose），是一種安全、可靠的天然糖類。日常生活中食用的蘑菇類、海藻類、豆類、蝦類、啤酒及酵母中都含有較高的海藻糖。

海藻糖是從淀粉中提取出的非還原性糖，其是由兩分子的葡萄糖通過α-1,1糖苷鍵構(gòu)成的非還原性二糖。當(dāng)生物本身處于高溫、高寒、干燥失水等極其惡劣的環(huán)境中時(shí)，生物體內(nèi)的海藻糖會(huì)大量增加，以類似保護(hù)膜的形式包裹在細(xì)胞的表面，保護(hù)蛋白質(zhì)分子不會(huì)變性失活。從而對(duì)生物體起到保護(hù)作用，證明海藻糖是一種典型的應(yīng)激代謝產(chǎn)物，具有抗逆的獨(dú)特生物學(xué)特性，以及良好的維持生命體的生命過程和生物特征的作用[1]。而且其自身性質(zhì)非常穩(wěn)定，耐熱、耐酸性極強(qiáng)，優(yōu)良的加工性能使其可以廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。

1 海藻糖的理化性質(zhì)

1.1 海藻糖的性狀

海藻糖為白色晶體，含兩個(gè)水分子，易溶于水和熱乙醇中，不溶于乙醚。很難被其他酶水解，只能被特異性的海藻糖酶水解。強(qiáng)酸水解時(shí)會(huì)得到2個(gè)分子的葡萄糖[2]。

1.2 海藻糖的甜度和甜質(zhì)

海藻糖的甜度是砂糖的45%。甜味持久溫和，可以與其他甜味劑調(diào)和復(fù)配，可以改善產(chǎn)品味道，無不良后味。

圖1 海藻糖的相對(duì)甜度

1.3 防止褐變

海藻糖是非還原性二糖，不發(fā)生美拉德反應(yīng)。在加熱過程中也不會(huì)與氨基酸、蛋白質(zhì)等產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，不會(huì)產(chǎn)生褐變。保持食品色澤，適合于須加熱處理或高溫保存的食品、飲料等。

1.4 良好的加工穩(wěn)定性

海藻糖具有極強(qiáng)的耐熱耐酸性能，是性質(zhì)很穩(wěn)定的天然雙糖，良好的耐熱耐酸性使海藻糖具有優(yōu)良的食品加工性能。即使在100℃，pH3.5～10.0條件下加熱24 h，不褪色不分解，保留率高達(dá)99%，可廣泛使用于食品加工行業(yè)。

1.5 低吸濕性

海藻糖放置在相對(duì)濕度90%以上的地方超過一個(gè)月，海藻糖也幾乎不會(huì)吸濕。固體飲料、粉末調(diào)味品、干燥食品等容易吸濕吸潮，導(dǎo)致產(chǎn)品變質(zhì)，將海藻糖應(yīng)用于該類食品中可以降低食品的吸濕性，有效的延長產(chǎn)品的保質(zhì)期。

1.6 玻璃化相變熱

海藻糖有高達(dá)115℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

2 生理功能

2.1 低熱量值

海藻糖是一種低熱量的糖，不易被人體消化吸收，可抑制血清，肝臟中的膽固醇積累，所以可以被糖尿病患者食用，不會(huì)引起血糖的升高。

2.2 防止淀粉老化

使用海藻糖能夠抑制淀粉的老化，改善產(chǎn)品的品質(zhì)，延長如年糕、饅頭、餅干、面類、米飯、奶油類，調(diào)味汁和炸餅等食品的保質(zhì)期，尤其在低溫和冷凍條件下，防止淀粉老化的現(xiàn)象更明顯[3]。海藻糖防止淀粉老化效果要遠(yuǎn)高于其他糖類。

圖2 海藻糖防止淀粉老化的效果

2.3 抑制脂肪酸化

脂肪等脂類物質(zhì)在酸化或受熱分解時(shí)會(huì)產(chǎn)生過氧化物以及揮發(fā)性醛等，會(huì)嚴(yán)重影響食品風(fēng)味，甚至無法食用。大部分食品都會(huì)含有一定的脂肪，抑制脂肪變質(zhì)是保證食品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。海藻糖在此環(huán)節(jié)能發(fā)揮其抑制脂肪變質(zhì)的效果。對(duì)于肉類、油炸類等含有較多脂肪的食品，海藻糖可以起到抑制脂肪酸化，保持食品優(yōu)良的品質(zhì)[4]。

2.4 抑制蛋白質(zhì)變性

對(duì)于魚類，蛋類等含有豐富蛋白質(zhì)的食品，海藻糖可以抑制蛋白質(zhì)的變性，保持該類食品良好的口感。

圖3 海藻糖防止蛋白質(zhì)變性的效果

2.5 非致齲齒性

海藻糖不被口腔中變異鏈球菌所利用，不會(huì)產(chǎn)生引起齲齒的酸性物質(zhì)[5]。海藻糖不被齲齒菌所利用的功能與糖醇是相同的（赤蘚糖醇、木糖醇、山梨糖醇等），雖然海藻糖不是糖醇，屬于糖類，但它具有抗齲齒性，與糖醇具有同樣的意義。

2.6 矯味作用

海藻糖可以使食品的甜味、咸味、酸味等純正的味道得到保留、加強(qiáng)和改善，有力于味道的散發(fā)，使口感更優(yōu)；對(duì)苦味，澀味等不良味道海藻糖具有掩蓋和減輕的作用。在嬌味作用方面，海藻糖有很突出的特點(diǎn)，根據(jù)多種食材中加入少量海藻糖后的感官檢查結(jié)果，將海藻糖矯正味道和氣味的作用結(jié)果匯總在下表中[6]。

表1 海藻糖對(duì)各種食品和原材料的矯味作用

2.7 抑制體臭和汗臭

對(duì)海藻糖抑制汗臭味檢查感官實(shí)驗(yàn)：取實(shí)驗(yàn)布料10塊，放入容器中，分別滴入1 mL人工汗水，37℃密封培養(yǎng)，在相對(duì)濕度80%條件下放置2天；取出布料，經(jīng)過10名評(píng)價(jià)者采用五級(jí)評(píng)價(jià)（無臭；微臭；稍臭；相當(dāng)臭；極臭）進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示：海藻糖結(jié)合的纖維其臭氣強(qiáng)度為“稍臭”，而普通纖維的臭氣強(qiáng)度為“相當(dāng)臭”。證明海藻糖具有抑制體臭和汗臭的作用。

圖4 海藻糖抑制汗臭的效果

2.8 防止輻射

10 mmol/L海藻糖可以使DNA耐受3.6倍γ射線和4.3倍β射線，雖然其他糖類也可防止輻射，但作為化妝品的有效組分，海藻糖的理化穩(wěn)定性等要優(yōu)于其他糖類。

表2 使50%閉環(huán)雙鏈DNA殘留的射線劑量比例

2.9 凍干保護(hù)劑

據(jù)報(bào)道呂加平和其同事比較研究了用海藻糖、山梨醇、蔗糖、乳糖、麥芽糊精、甘露醇等幾種材料對(duì)乳酸菌的凍干保護(hù)效果。以嗜熱鏈球菌為供試菌株的結(jié)果，下圖為幾種凍干保護(hù)劑對(duì)嗜熱鏈球菌的凍干保護(hù)效果。

圖5 多種凍干保護(hù)劑對(duì)嗜熱鏈球菌的凍干保護(hù)效果

3 海藻糖生產(chǎn)方法

3.1 從天然植物或藻類中直接提取海藻糖

傳統(tǒng)工藝制備海藻糖，優(yōu)點(diǎn)是成本較低，步驟相對(duì)簡單。缺點(diǎn)是能源消耗較大。制備流程：活性干酵母→熱乙醇水溶液攪拌提取→冷卻和離心→取上清液→活性炭脫色→離子交換→超濾→濃縮→結(jié)晶→離心過濾→干燥→海藻糖成品[7]。

在傳統(tǒng)方式提取海藻糖的基礎(chǔ)上，章銀良等采用新的思路和方法提高海藻糖的量。首先采用微波預(yù)處理破碎酵母細(xì)胞，然后通過水、乙醇、三氯乙酸提取海藻糖，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明用微波處理后的酵母細(xì)胞中提取海藻糖的量要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方法，既能提高提升效率又能節(jié)省成本[8]。

3.2 酶促轉(zhuǎn)化法

以葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、淀粉等為底物，通過相應(yīng)的酶作用于底物轉(zhuǎn)換為海藻糖，不同的酶催化控制相應(yīng)的合成環(huán)節(jié)。其中發(fā)現(xiàn)磷酸化酶很不穩(wěn)定，因此很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。而海藻糖生成酶或麥芽糖海藻糖轉(zhuǎn)換酶是目前發(fā)現(xiàn)的有應(yīng)用價(jià)值并適合工業(yè)化生產(chǎn)的酶，轉(zhuǎn)化率高達(dá)70%以上。麥芽糖苷基海藻糖生成酶和麥芽糖苷基海藻糖水解酶,以及新型葡萄糖轉(zhuǎn)移酶和a-淀粉酶均是適合工業(yè)化生產(chǎn)的酶[9]。

3.3 微生物發(fā)酵法

利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)海藻糖周期短，菌種和原料廣泛，而酵母菌和革蘭氏陽性菌是生產(chǎn)海藻糖的主要材料。此方法的關(guān)鍵步驟是通過誘變、細(xì)胞融合、基因重組等方式選育高產(chǎn)的菌株。之后利用高濃度的培養(yǎng)基得到含量較高的海藻糖產(chǎn)物。此法涉及菌種篩選、發(fā)酵工藝、后提取等方面[10]。

3.4 利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)海藻糖

利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)海藻糖，將合成海藻糖的基因?qū)肫胀ㄖ参镏腥缣鸩?、馬鈴薯中，是植物在成長的過程中收獲積累大量的海藻糖[11]。

3.5 膜法酵母提取海藻糖

膜分離技術(shù)作為新型的分離純化技術(shù)。以壓力作為推動(dòng)，使各組分物質(zhì)進(jìn)行分離、濃縮的純化方法。膜分離技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是分離效率高，能耗小，操作簡單，清潔等優(yōu)點(diǎn)[12]。

4 在食品及相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用

4.1 食品工業(yè)

海藻糖是一種能夠改善食品風(fēng)味的天然食品添加劑,它可應(yīng)用于焙烤制品類、糖果類、飲料、奶粉、蔬菜汁、風(fēng)味調(diào)料等領(lǐng)域。

海藻糖能夠抑制食品中的不良?xì)馕?，在魚類、肉禽類加熱時(shí)會(huì)產(chǎn)生三甲胺，有強(qiáng)烈的腥臭味，使用前加入適當(dāng)海藻糖可降低三甲胺的生成，掩蓋其產(chǎn)生的異味和臭味，而且海藻糖還能夠抑制脂肪酸化、蛋白質(zhì)變性，可以保持此類食品的營養(yǎng)價(jià)值和特定風(fēng)味。

海藻糖在食品工業(yè)中應(yīng)用的其他優(yōu)勢(shì)有：具有低熱值、優(yōu)質(zhì)甜味、防齲齒、酸熱穩(wěn)定、抑制蛋白變性、低吸濕性、抗淀粉老化、抑制美拉德反應(yīng)、保鮮等作用而廣泛的應(yīng)用于食品的各個(gè)領(lǐng)域。對(duì)食品保護(hù)性能全面，其保鮮作用能夠維持食品剛制出來的新鮮狀態(tài)。海藻糖還可以作為甜味劑、保鮮劑、抗變性劑、脫水劑、多功能調(diào)味劑使用。

4.2 生物工程領(lǐng)域

海藻糖用于生物制品的保存，由于海藻糖具有穩(wěn)定蛋白質(zhì)等生物大分子的功能并具有保鮮的作用，所以海藻糖廣泛的應(yīng)用于多種生物制品中，作為保護(hù)劑、穩(wěn)定劑，海藻糖在保存藥品及生物制品方面有很強(qiáng)大的功效，如保存疫苗、血液制品、病毒、酶、細(xì)胞、組織器官、單克隆抗體等。由于冷藏設(shè)施的缺乏，導(dǎo)致第三世界國家每年有約90%的疫苗失去活性，從而造成相當(dāng)大的損失。用海藻糖作為保存劑可以延長了這些生物制品的活性，甚至使這些生物制品在常溫條件下進(jìn)行干燥保存也成為可能。

4.3 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域

海藻糖具有穩(wěn)定生物膜結(jié)構(gòu)的作用和提高生物對(duì)低溫、高溫、干旱、鹽堿等逆境環(huán)境下的抗性，通過生物工程技術(shù)將含有海藻糖的轉(zhuǎn)基因植物培育成抗寒、抗旱、耐鹽堿的轉(zhuǎn)基因植物，如果將海藻糖合成酶基因?qū)爰Z食作物中，能提高糧食植物的抗旱性和抗寒性，若轉(zhuǎn)基因植物是蔬菜水果還能使其加工后顯得更鮮，風(fēng)味更佳，延長其保質(zhì)期。

海藻糖還可用于家畜以及飼養(yǎng)動(dòng)物的飼料中，使動(dòng)物更加喜食。已有研究成果，利用大腸桿菌的海藻糖合成酶基因?qū)胩鸩恕ⅠR鈴薯中，在獲得大量海藻糖的同時(shí)，也增強(qiáng)了植物的抗旱性和耐寒性。

4.4 化妝品領(lǐng)域

海藻糖具有保濕作用，在皮膚化妝品中應(yīng)用可以抑制皮膚干燥。也可以用于口腔芳香劑、口腔清涼劑、品質(zhì)改良劑等。

4.5 海藻糖在新型食品開發(fā)中的參考用量

表3 海藻糖在新型食品開發(fā)中的參考用量

5 結(jié) 論

海藻糖功能強(qiáng)大，既可以作為食品添加劑、甜味劑使用還可以作為生物制品藥物（酶制劑，疫苗等）的保護(hù)劑，用在食品行業(yè)中可以防止食品變質(zhì)，海藻糖沒有還原性，與蛋白質(zhì)或氨基酸一起加熱時(shí)不發(fā)生美拉德反應(yīng)，不發(fā)生褐變，而且耐酸熱穩(wěn)定性好，加熱過程中不分解，具有優(yōu)良的加工特性，海藻糖具有和赤蘚糖醇等糖醇類物質(zhì)具有相同的非致齲齒性。作為安全、天然的食品及食品原料，海藻糖的應(yīng)用研究正在逐步發(fā)展，海藻糖的應(yīng)用前景極其廣泛，相信在不久的將來海藻糖會(huì)走進(jìn)千家萬戶。

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