马文锦　刘树兴　潘巨忠　凌建刚

摘要 海藻糖是一种广泛分布于细菌、真菌和动植物体内的双糖，是由两个吡喃环葡萄糖分子以α- 1 ，1 糖苷键连接的非还原性二糖。从海藻糖的理化性质、海藻糖的长期毒理性实验、生产制备方法、应用研究概况以及应用前景方面做了详细的综述，以期促进这一产业的进一步发展。

关键词 海藻糖；生产制备；应用前景

海藻糖又称酵母糖，分子式为C12 H22O11·2H2O，是由两个吡喃环葡萄糖分子以α-1，1糖苷键连接的非还原性二糖。1832年由Wigger从黑麦中首次分离得到海藻糖，之后研究发现海藻糖广泛存在于动植物体和微生物体内。因海藻糖对生物活性物质具有重要的抗逆保鲜作用，许多生物体在逆境条件下都能通过体内调节增加海藻糖的含量来抵御外界不良的伤害。此外，海藻糖通过外加式同样能对生物体和生物大分子起着良好的非特异性保护作用。因此，海藻糖在食品、生物学、医药、农业、保健品、化妆品等方面具有广阔的市场前景。而且它是一种极好的干燥剂和保鲜剂， 同时也是一种新型功能性低聚糖。故在果蔬防腐、保鲜方面又多了一渠道。特别是一些干燥食品在复水后如果添加海藻糖仍能保持其原有形状、色泽、口味、组织和维生素。海藻糖正是因其独特的生物学特性而倍受关注，成为当今国际研究和开发的热点[1]。

1海藻糖的理化性质

海藻糖的熔点97.0℃，溶解度为68.9g/100g H2O（25℃），它的甜度相当于蔗糖甜度的45%，在RH90%以下，无吸湿性。由于它不具有还原性，因此对热和酸都具有非常好的稳定性。在加热过程中不易发生美拉德反应，在pH值为3.5～10.0范围的溶液中，于100℃保持24h，分解率仅为1%。海藻糖几乎不能被一般的酶所分解，只有少数特异性的海藻糖酶才能水解海藻糖。无水结晶海藻糖具有很强的吸水性，如遇含水物质，能有效地吸收该物质中的水分子，自身成为含水结晶海藻糖。因此，无水结晶海藻糖是一种理想的热敏性物质脱水剂。海藻糖的抗腐蚀性很强，不易生成不溶性的葡聚糖，而且能抑制由砂糖产生的不溶性葡聚糖的附着。因此，海藻糖不易被口腔中引起龋齿的变异链球菌所利用[2]。

2海藻糖长期毒理性实验

梁春华等[3]对80只大鼠进行了食用海藻糖的长期毒性实验研究，结果显示如下：

2.1给药期海藻糖对各组实验动物的影响

从给药期各组动物指标（体重、食量、脏器指数、血液学及血液生化）显示，各实验组与对照组间无显著差异（p＞0.05），均未见大鼠的外观体征、行为活动等明显改变，而且对大鼠的脏器病理组织学检查结果也没有显示药物中毒引起的病理学改变，表明连续90d给药（低、中、高3个剂量组）海藻糖未引起大白鼠的毒性反应。

2.2恢复期海藻糖对各组动物的影响

恢复期海藻糖对各组动物的影响检查结果也未见药物中毒引起的病理学改变，表明海藻糖毒性非常低，不能引起延迟性中毒反应。从对恢复期（停药后14d） 各组大鼠的外观体征、行为活动及解剖后脏器指数、病理检查、血液、血相等指标来看，各给药组及对照组间的大鼠也均未见明显差异（p＞0.05）。

3海藻糖的生产与制备

虽然海藻糖的来源广泛，但是能够大量积累海藻糖的物种很少。而且海藻糖是生物体对抗逆境的一种代谢应激物，如果外部环境适宜，海藻糖又会迅速降解，给制备带来一定困难，造成价格一直居高不下，这也成为扩大其应用的最大障碍。因此，研究和开发海藻糖的制备方法已引起企业界的普遍关注和重视，已经确定的海藻糖生物合成途径为海藻糖的生产提供了依据，目前正在研究和开发的海藻糖制备方法主要有微生物抽提法、发酵法、酶转化法以及基因重组法。

3.1微生物抽提法

国内外对选育高产海藻糖的酵母菌种和提取、纯化工艺进行了大量研究，至20世纪40年代，欧美等国从面包酵母中抽提海藻糖取得成功。Comes等分离出2个裂殖酵母菌株，它们在热击条件下大量积累海藻糖；李于等对酵母中海藻糖的提取和纯化工艺进行了研究，其纯度可达98 %以上。微生物抽提法是以乳酸菌、酵母、霉菌及其他一些含海藻糖的菌体为提取源，传统的海藻糖生产方法如下：首先通过干燥、改变渗透压等方法处理菌体；然后经过乙醇等有机溶剂抽提、精制，从而得到较高纯度的海藻糖晶体。由于酵母中海藻糖含量较高，可达细胞干重的20%，通常以酵母提取为主。最早使用的海藻糖提取方法是酵母提取法，其工艺经过不断改进，已相当成熟，至今仍然是生产海藻糖的重要方法。由于从微生物中提取海藻糖成本高，提取源有限，很大程度制约着海藻糖大规模工业化生产。

3.2发酵法

日本首先从发酵液中提取海藻糖，提取率可达到88.6 %，同时纯度达到99.5 %。发酵法是在一定的基质上培养微生物，这些微生物主要包括节杆菌属、棒杆菌属、短杆菌属、诺卡氏菌属、丝核菌属、微球菌属等。通过这些微生物发酵来生产海藻糖，再从发酵液中提取精制而成。一般先通过诱变、细胞融合或基因重组选育产海藻糖高的菌株；然后采用高浓度的培养基及高渗发酵，并在发酵结束前让菌体“饥饿”2～3h ，从而得到含海藻糖较高的培养物。该方法的缺点是转化率低，发酵液成分复杂，海藻糖的提取、精制困难，因而对于降低生产成本、促进推广应用很困难。

3.3酶转化法

酶转化法生产海藻糖的方法很多，采用葡萄糖、麦芽糖或淀粉等为底物，通过作用与海藻糖合成有关的酶的作用转化成海藻糖。根据其作用底物，可分为以葡萄糖、麦芽糖、淀粉为底物的三种生产方法。

3.3.1以葡萄糖为底物。利用专一性很强的海藻糖-6-磷酸合成酶与海藻糖-6-磷酸磷酸酯酶共同催化葡萄糖生成海藻糖，而以葡萄糖-6-磷酸作为葡糖基受体，UDP-葡萄糖、GDP-葡萄糖或ADP-葡萄糖为葡糖基给体，在整个的反映过程中需要消耗高能物质UDP、GDP或ADP，所以很难实现大规模的工业化生产。

3.3.2以麦芽糖为底物。在某些耐热菌中发现一种海藻糖合成酶它能α-1，4-麦芽糖在分子内重组成α-1，1-海藻糖。该酶具有较严格的底物专一性，只作用于麦芽糖生成海藻糖及从海藻糖生成麦芽糖，海藻糖合成酶催化麦芽糖反应生成海藻糖的收率高，海藻糖合成酶可能有比较弱的水解作用，温度提高水解作用加强，就会导致产率下降。这种酶反应简单，底物麦芽糖价格便宜，因而使用耐热菌可以避免在工业生产中引起杂菌污染，这是适用于工业生产中的理想途径[4]。

3.3.3以淀粉为底物。以淀粉为底物生产海藻糖也有两条途径：第一条途径是利用葡萄糖基转移酶（glycosyl transfer GTase）和淀粉酶（amylase）转化生产海藻糖，它的转化率很高，可达到81.5%。这类酶广泛存在于硫化叶菌科中[5]。它的热稳定性好，淀粉的价格也比较便宜，可望成为工业生产海藻糖的新途径。第二条途径是利用麦芽寡糖基海藻糖合成和麦芽寡糖基海藻糖水解酶的协同作用，将直链淀粉转化为海藻糖[6]。这类酶体系的转化率可达80%以上，1995年日本将该方法应用于大规模的工业化生产，使海藻糖的价格大幅度降低。

3.4基因重组法

基因重组法包括两个方面：一是利用工程微生物和酶工程改进海藻糖生产，其优点是提高产量，降低成本；二是利用与合成海藻糖相关的基因构建具有抗逆性的转基因植物。很多微生物能产海藻糖，其生物合成途径涉及2种酶——海藻糖-6-磷酸连接酶和海藻糖-6-磷酸磷酸酯酶，基因重组法在微生物中的实验就是依据此事实进行的。最近有研究报道，将大肠杆菌中2种与海藻糖合成有关的酶（海藻糖-6-磷酸合成酶OtsA 和海藻糖-6-磷酸磷酸酯酶OtsB） 的基因异源表达于棒状杆菌，大大提高了该菌生产海藻糖的能力[7] 。荷兰的Mogen 和Vander Have 公司已经开发出了提高甜菜和马铃薯等作物中海藻糖产量的技术，并获得了专利。随着基因重组技术的发展，该方法一定会越来越广泛地应用于工业生产[8]。

4海藻糖的应用前景

4.1在食品加工工业中的应用

海藻糖在食品工业中运用，主要对海藻糖具有的非还原性、保湿性、抗冻结性和耐高温性、干燥性、优质甜味、能量来源等功能与特性考虑，进行多种用途的功能性食品添加剂来开发研究。过去抑制淀粉老化主要采用添加糖类、酶制剂、乳化剂等方法，但只有添加糖较为有效。海藻糖具有优异的防止淀粉老化的作用，其防止淀粉老化率明显优于其他糖类，可以起到防止蛋白质变性的功能。研究证明，在含蛋白质的各种食品中添加海藻糖，可非常有效地保护蛋白质由于一些原因而引起的变性，从而保证了食品的风味和质地保持不变。同时，在比较蔗糖、麦芽糖、海藻糖的防止蛋白质变性效果实验中，同样发现海藻糖的防止蛋白质变性效果最佳。因此，在今后蛋白质食品以及各种酶制剂、医药品等领域可以充分应用海藻糖。抑制食品中的异味、臭味在鱼类、肉禽类食品加工过程中，尤其是在加热处理时会产生三甲胺，这就是鱼肉类食品令人不快的腥味、异味的主要成分，如在加热这些食品前添加海藻糖，可降低三甲胺的生成，掩蔽令人不愉快的腥味和臭味。此外，海藻糖还可抑制脂类物质氧化酸败，保持这类食品的风味和质量保持不变。对食品的保鲜作用方面的研究发现，用海藻糖处理新鲜果蔬能起到良好的保鲜效果。如用5 %的海藻糖溶液浸泡处理苹果，不但能防止其褐变，而且组织也保持良好。海藻糖不仅对苹果、桃子等新鲜的果蔬起到良好的保鲜作用，对萝卜、白菜等盐腌制品同样起着保鲜作用。此外，运用其保鲜功能处理江浙一带的果蔬如杨梅、葡萄、茭白等，相信产生的经济效益将非常可观。现已有实验证明，海藻糖不被龋齿菌所利用，可以作为保护牙齿食品的甜味剂，今后可作为非龋齿的糖类甜味剂而用于食品和饮料，从而大大改善食品的质量并增加食品的花色品种，促进食品工业的进一步发展。

4.2在医药工业的应用

海藻糖在医药上用途也很广泛，可用于保存各种疫苗、抗体、酶、病毒等生物活性物质。由于经过海藻糖处理的药品无需冷冻保藏，可节省巨额的冷冻保藏费用。此外，海藻糖还可作为各种药物的甜味剂，如：口服液、片剂、丸剂、漱口剂等。

4.3海藻糖在生物制品中的应用与发展

抗血清抗体在海藻糖存在时，37℃下空气干燥后于室温下贮存3d，生物活性不发生明显变化。在对DNA 限制性内切酶的稳定性和保护作用研究中，Ecor Ⅰ，BR Ⅲ， Pst Ⅰ，Hind Ⅲ等在含海藻糖的缓冲液中，于37 ℃通风干燥后的酶，在70 ℃保存35 d 后仍能精确切断DNA。用海藻糖干燥抗体，无需冷冻保存，待复水后均能恢复活力[9]。

4.4在农业中的应用

随着现代基因工程技术的深入研究，含海藻糖的转基因植物的建成，不仅可以提高作物的抗旱能力，而且能使作物在收获加工后显得新鲜、具有更浓郁的风味。目前英美科学家已使番茄积累海藻糖，并正在研究把基因引入其他水果中。因此，抗旱植物的育成及其发展将有可能为抵抗旱灾、冻灾及沙漠改造、绿化荒旱地做出重要贡献。

4.5在化妆品方面的应用

现在，用于化妆品的主要是海藻糖的衍生物。在日本，海藻糖因其本身所显示的保湿性已被卫生部门确认为新规格化妆品原料，例如可作为用于唇膏、护肤、洗面等化妆品的甜味剂、改良剂。另外，无水海藻糖在化妆品方面的研究也成为一大热点。

5展望

在近年来的糖类开发研究中，海藻糖的研究倍受关注，对海藻糖的生产技术及其应用研究颇为活跃。目前，日本林原生化研究所首先开发出利用酶转化法从淀粉直接生产海藻糖的新技术，并申请了专利，使日本成为第一个能直接利用淀粉生产海藻糖的国家。我国在海藻糖的研究方面起步较晚，但也获得了很多令人可喜的成果。最近，刘莉等克隆了硫化菌中新型α-2淀粉酶基因，并表达于大肠杆菌中。山东大学微生物实验室报道，他们利用基因敲除技术将酵母中酸性和中性海藻糖酶的活性降低，使菌体内海藻糖大量积累，从而提高了转化可溶性淀粉生产海藻糖的得率。

近年来，我国在海藻糖的基础理论和应用方面的研究较多，但海藻糖的工业生产较少，大多仅仅停留在实验室阶段，转化的成果很少。不过最近有报道，中国科学院微生物研究所通过产酶的基因工程菌株发酵，分别制备MTSase 和MTHase 的酶制剂，并以淀粉为水解原料，双酶法联合转化生产海藻糖，完成中试，获得产品成本远低于酵母提取法制备的海藻糖剂。此外，南宁中诺生物工程有限公司也利用基因工程酶转化淀粉生产海藻糖，食用级海藻糖（98 %纯度）售价低于79 元/kg，至此，中国已成为第2个能利用淀粉直接生产海藻糖的国家。随着人们对海藻糖认识的进一步加深，应用范围的日益扩大，相信海藻糖将逐渐成为21世纪新一代的功能型和保健型食品添加剂和医药原料，走进我们的日常生活[8]。

6参考文献

[1] 黄春秋.功能性食品添加剂海藻糖及其研究进展[J].广西农学报，2005（6）：28.

[2] 朱明.海藻糖的功能及其应用[J].粮食科技与经济，2003（5）：43.

[3] 梁春华，孙海涛，侯放，等.海藻糖的长期毒性实验研究[J].微生物学免疫学讲座，2000，28（3）：58-60.

[4] Nishimoto T，Nakano M，Nakada T，et al. Purification and properties of a novel enzyme[J].Biosci Biotech Biochem，1996，60（4）：640-644.

[5] Kato M，Miura Y，Kettoku M，et al.Purification and characterization of new trehalose2 producing enzymes isolated from the hyperthermophilic archae，Sulfolobus solfataricus KM1[J].Biosciences，Biotechnology and Biochemistry，1996，60：546-550.

[6] Nakada T，Maruta K，Mitzuzumi H，et al.Purification and. characterization of a novel enzyme，maltooligosyl trehalose[J].Biosciences，Biotechnology and Biochemistry，1995（59）：2210-2218.

[7] Padilla L，Krmer R，Stephanopoulos G，et al.Overproduction of.trehalose：heterologous expression of Escherichia coli trehalose262 phosphate synthase and trehalose262 phosphate phosphatase in Coryneba?蛳 cterium glutamicum[J].Applied and Environmental Microbiology，2004， 70（1）：370-376.

[8] 胡宗利，夏玉先，陈国平，等.海藻糖的生产制备及其应用[J].中国生物工程杂志，2004，24（4）：45-46.

[9] 任小青，庄桂，廖劲松，等.海藻糖的生产与应用研究现状及其开发前景[J].郑州工程学院学报，2001，22（1）：83-84.