L-阿拉伯糖的最新应用进展*

朱道辰，吕正凤，刘杏荣，王成福

1(江苏大学环境学院，江苏镇江，221013) 2(江苏大学食品与生物工程学院，江苏镇江，212013)3(山东福田药业有限公司技术中心，山东禹城，251200)

L-阿拉伯糖的最新应用进展*

朱道辰1，吕正凤2，刘杏荣2，王成福3

1(江苏大学环境学院，江苏镇江，221013) 2(江苏大学食品与生物工程学院，江苏镇江，212013)3(山东福田药业有限公司技术中心，山东禹城，251200)

综 述了国内外对L-阿拉伯糖的功能机制的研究，并对L-阿拉伯糖在食品、医药、以及其他领域的应用进行论述;讨论了L-阿拉伯糖的发展方向和面临的挑战。

L -阿拉伯糖，糖尿病，食品，肥胖

作为生物体维持生命活动的重要能量来源的糖主要是六碳糖(蔗糖、淀粉等多糖与果糖、葡萄糖等单糖和糖醇类)，几千年来为人类提供主要的热量能源。特别是近200多年来，随着人类发展进入工业社会阶段，饮食结构也随之发生了巨大的变化，不仅糖的摄入量大大提高，而且大量的糖以液体形式被摄食。在人类人体生理学状态没有改变的情况下，糖的过多摄入导致了糖尿病、肥胖、心血管疾病等一系列人体健康问题;在一项对1～13岁的儿童和青少年的饮食调查中发现，影响健康的最重要因素之一是糖的摄入量过高［1－2］。因此近些年开发不含或者低热量的代糖甜味剂是食品科研人员的研究方向之一，其中，L-阿拉伯糖作为一种新型的糖类甜味剂，因具有和蔗糖非常相似的甜味，在人肠道中不产生热量，而受到广泛关注。

L-阿拉伯糖具有很强的非竞争性抑制蔗糖吸收的功能，能够抑制吸收蔗糖引起的血清中葡萄糖的浓度升高［3］，因此可以作代糖甜味剂为糖尿病人、肥胖者、高血压患者所食用。此外，L-阿拉伯糖还可以作为合成某些药物的前体，比如治疗肝病的某些类核苷药物［4］，在食品、医药、精细化工等领域具有广泛的应用前景。

1 L-阿拉伯糖的特性

1.1 理化性质

L-阿拉伯糖(L-(+)-阿戊糖/L-(+)-树胶醛糖，CH2OH(CHOH)3CHO)是五碳醛糖(结构式见图1)，其形态为无色、无味结晶粉末，相对密度()1.585，熔点为154～158℃，易溶于水，微溶于乙醇，不溶于醚、甲醇和丙酮，对热和酸稳定［5－6］。L-阿拉伯糖是植物细胞壁的一种常见的成分，以阿拉伯聚糖、木聚糖等形式广泛的存在于植物王国;也是谷类半纤维素的主要成分之一，诸如玉米、小麦、燕麦、大米、果胶、苹果等中均含有一定量的L-阿拉伯糖。L-阿拉伯糖通常从植物中用化学方法提取获得，近年来酶水解方法逐渐得到应用，从而降低了对环境的污染和节约能耗［7－10］。此外，也有利用化学方法合成L-阿拉伯糖的报道［11］。

图1 L-阿拉伯糖结构式

1.2 功能以及作用机理

L-阿拉伯糖的味道与蔗糖非常接近，但是甜度仅为蔗糖的50%左右。自然状态的阿拉伯糖以L-形式存在，它不能被动物代谢，因此是一种非热量糖。其最主要的生理作用是对小肠二糖水解酶类中与蔗糖消化相关的酶类的强烈选择性抑制，因此抑制了摄入的碳水化合物分解为葡萄糖和果糖的速度和效率，从而降低了小肠对葡萄糖和果糖的吸收，而对小肠黏膜中麦芽糖酶、异麦芽糖酶、海藻糖酶、乳糖酶等没有影响，对胰腺中淀粉酶也没有抑制作用［3，12－13］。Sanai等人的研究通过14C标记蔗糖证明了L-阿拉伯糖对蔗糖吸收的抑制作用，蔗糖中添加3% ～5%的L-阿拉伯糖能够对蔗糖在小肠内的吸收降低40%～60%［14］。周克夫等人研究发现，L-阿拉伯糖能够显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，并且能够抑制脂肪生成酶的活性和血清甘油三脂的水平［15－16］。这些研究表明，L-阿拉伯糖在稳定血糖、改善糖尿病症状、以及预防肥胖等方面具有重要意义。另外，动物实验表明，与其他难吸收糖类一样，L-阿拉伯糖具有促进小肠部位对钙的吸收作用，而高钙摄入可以降低肠道脂肪的吸收和脂质代谢［17－18］，在降低脂肪细胞钙内流的同时也可能抑制肝细胞内钙内流，减少极低密度脂蛋白(V-LDL)的合成，从而减少由其转化而来的低密度脂蛋白(LDL)［19］。

2 L-阿拉伯糖的应用

L-阿拉伯糖作为功能性甜味剂和医药中间体，逐渐被应用于食品加工业和医药化工工业中。近年来，国际上尤其是日本对阿拉伯糖的功能机理作了较为深入的研究，并且被逐步应用到健康食品中。美国食品药品监督局(FDA)和日本厚生省分别将其列入食品添加剂和特定健康食品添加剂类，中国卫生部也于2008年批准为新资源食品，这些政策法规的制定和学术界的研究一起推动了L-阿拉伯糖在食品和医药等工业中的进一步应用。

2.1 L-阿拉伯糖在食品中的应用

通过减少糖在食物中的含量、以及抑制碳水化合物在肠道内的分解吸收、从而达到减少能量的吸收来试图解决糖摄入过多的策略，是目前营养健康食品研究的热点之一。L-阿拉伯糖作为能够抑制蔗糖吸收以及无热量的甜味剂食品已经被应用在一些功能食品开发领域。

2.1.1 作为甜味剂直接部分替代蔗糖

日本推出的健康糖，其成分组成是97%蔗糖和3%的L-阿拉伯糖，作为传统蔗糖的代替品在超市货架上销售，供家庭主妇在厨房使用。这样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 针对糖尿病病人的功能糖产品

日本Unitika公司开发了商品名“阿拉伯糖N”的产品，其成分组成主要是由100 g难消化糊精中添加7.5 g阿拉伯糖组成。长期食用能够显著的抑致血糖升高，其功效比单独摄取L-阿拉伯糖或者难消化糊精相比有超过10倍增长。作用原理是L-阿拉伯糖强烈抑制了小肠内蔗糖酶的作用后，难消化性糊精又进一步抑制淀粉酶、葡萄糖淀粉酶等酶活性，继续阻碍小肠对碳水化合物的吸收，从而最大程度上减少糖的吸收，起到对血糖的调节作用。

2.1.3 功能性饮料

液体含糖饮料是造成人类过量食用添加糖的主要原因之一，比如各类可乐和果汁类，都含有较多的糖分。藤生的一项专利中表示:在饮料中添加一定量的L-阿拉伯糖，饮用 8 w，平均降低体重 3% ～5%［20］。持田株式会社开发了一种在日本畅销的速溶减肥茶(BEKORINA)，包括乌龙茶、红茶、原味等多种口味。Unitika公司开发了含有纤维素的速溶饮料(Arabinist)，可以添加在水、茶、果汁中饮用，每包(6.2 g)中主要成分有3.6 g纤维和0.3 g阿拉伯糖，主要功能是能够减少糖的吸收和降低血糖值。此外也有在果实蔬菜汁饮料中添加 L-阿拉伯糖的研究［21］。

2.1.4 功能性胶囊

胶囊类产品的特点是食用方便、易携带、稳定性好、摄入量易控制。通常是以L-阿拉伯糖为主要原料，同时添加其他功能性元素，达到多重维护身体健康的功效。例如立新国际公司的一种控制体重胶囊(EqualEAN)，由L-阿拉伯糖和人参提取物、阿拉伯胶、蒲公英根、卷耳、芦荟胶等成分构成，宣称能够起到控制人体碳水化合物平衡，使糖转化为能量而避免转化为脂肪，从而起到控制体重的作用。日本的一种三元联防普拉斯减肥胶囊，主要成分是钾、L-阿拉伯糖、糊精等，通过三联复合作用控制糖分、水分、盐分的吸收，达到减肥的效果，并且添加了VC、叶酸、VB群等营养强化元素，与其他减肥产品相比，更注重弥补对减肥过程中可能出现的人体能量不足和微量元素摄入不足，减少减肥过程中营养摄入不足对身体造成的伤害。

2.1.5 在焙烤食品中的应用

L-阿拉伯糖分子结构相对稳定，在高温下不易被分解，因此可以作为代糖甜味剂用于焙烤食品中。例如软曲奇是一种为美国人喜爱的饼干，但由于其含糖量很高，达到30% ～35%左右，因此在此类饼干中添加L-阿拉伯糖，能够抑制蔗糖的吸收，从而使人们减少对高糖饼干造成肥胖的恐惧。同样，在高热量食品，比如蛋糕、蛋黄派等烘焙食品中，添加一定量的L-阿拉伯糖，能够降低单位能量密度从而吸引更多的消费者。但是目前还没有在烘焙产品中应用的相关报告，市场上也没有相关产品。此外，在普通焙烤食品中加入L-阿拉伯糖对面团流变学性质的影响、对口感的影响、对加工工艺的影响等研究国内外均未见报道。另外，由于L-阿拉伯糖美拉德反应强烈，添加后将会影响烘焙产品的风味和颜色，因此需要研究相关工艺和配方，来平衡L-阿拉伯糖过于强烈的美拉德反应的影响。相信随着L-阿拉伯糖的生产成本的降低，普通焙烤食品中添加L-阿拉伯糖的相关研究将会受到广泛关注。此外，在烹炸食品中，比如炸鸡块、烧鸡、烤肉等添加L-阿拉伯糖，会赋予其更丰富的香味和诱人的颜色，但其作用机制有待于进一步研究。

与其他功能糖甜味剂相比较，L-阿拉伯糖在食品行业中的研究还处于初级阶段，实际应用较少，主要用在少数几种功能性食品中，与其他代糖甜味剂相比竞争力较弱。原因可能是，一方面其价格较高，另一方面则是消费者对其认知程度较低，以及相关加工工艺、配方的组成、操作技术等诸多问题均有待于进一步研究。但是与木糖醇等糖醇相比，它的优点在于适量食用不会带来腹泻等副作用，以及能够强烈抑制蔗糖在人体内的吸收，因此在未来食品开发应用上具有巨大的潜力。

2.2 L-阿拉伯糖在医药中的应用

近年来，国内外的生理学家和营养学家就L-阿拉伯糖在肠道内对蔗糖代谢的调节作用做了一系列深入研究，Danisco公司与丹麦哥本哈根大学人类营养学院于2005年9月合作进行的临床试验表明，L-阿拉伯糖对蔗糖的代谢转化具有阻断作用，但是研究发现，L-阿拉伯糖只能够抑制蔗糖的分解，对大米等淀粉类食物没有影响，然而如果配合L-阿拉伯糖和淀粉吸收的阻遏剂(豆类，木槿提取物等)饲喂猪(以成人的剂量)，实验结果表明，L-阿拉伯糖能够同时抑制淀粉和蔗糖在猪肠道内的吸收，有效地降低血液循环中的葡萄糖含量，因此，L-阿拉伯糖配合其他有效功能成分，可以起到调节摄入热量的平衡，维护身体的健康的作用［22］。

2.2.1 治疗肠胃病和糖尿病

L-阿拉伯糖用于治疗肠胃病和糖尿病的相关研究已有报道和专利，比如一种木糖和L-阿拉伯糖(质量比3∶1)混合物的颗粒剂的专利，宣称能够用于治疗肠胃疾病，改善肠道功能。山元英树等研制一种含有L-阿拉伯糖的一种血糖抑制剂，能够显著抑制餐后的血糖水平［23］。随着临床实验数据的积累，L-阿拉伯糖在治疗肠胃病和糖尿病方面将会发挥更大的作用。

2.2.2 医药中间体

阿拉伯糖是一种重要的合成医药的中间体，能够用来合成阿糖胞苷、阿糖腺苷、D-核糖、L-核糖、去氧核糖等［24－25］。也可合成核苷类抗病毒药物，例如以L-阿拉伯糖为前体，经过十步法最后合成抗乙肝病毒和抗Ep-stein-Barr病毒活性试剂1-(2-氟-5甲基-β-L-阿拉伯呋喃糖)-尿嘧啶(L-FMAU)［26－27］;从 L-阿拉伯糖通过六步最终合成抗乙肝新药Telbivudine(核苷类似物，美国 Idenix 公司)等［28－29］。

2.2.3 医药赋形剂和填充剂

L-阿拉伯糖由于其结构稳定、耐热性好、无热量、具有类似蔗糖的甜味等特点，可以用来作为医药赋形剂和填充剂，例如用于止咳糖浆、片剂等不同剂型中。

随着技术的进步，L-阿拉伯糖在医药产业中的应用会越来越广泛，作为一种重要中间体，将是开发抗病毒类新药的重要原料，为促进药物发展，提升人类的健康提供物质基础。

2.3 L-阿拉伯糖在其他领域中的应用

除了在食品和医药行业中的应用，L-阿拉伯糖还可用于香料合成、精细化工行业、生化试剂等［30－31］。研究发现，阿拉伯糖的反应型香精能够产生柔和、丰富的香气，赋予使用香精的终端产品的香味更接近自然和饱满［32］。此外，L-阿拉伯糖还可以用于防褪色剂、生产L-阿拉伯糖醇等，后者是一种应用非常广泛的稀有糖醇，在医药、化工等行业具有广泛应用［33］。

3 L-阿拉伯糖的目前现状与挑战

尽管L-阿拉伯糖在自然界中的分布广泛、但是含量较少，目前生产主要采用化学制备法或者生物法，以及化学合成等方法。化学制备法是先碱液提取植物中半纤维素，然后酸水解，工序繁杂、耗能高，而且生产过程产生酸碱废液多，造成严重的环境污染。生物转化法是近年来研究的热点，日本Unitika公司已经成功开发出酶法生产L-阿拉伯糖，但目前生产成本较高，中国的福田药业、唐传生物科技、唐和糖等公司相继也开发了L-阿拉伯糖的生产工艺，为市场提供了高纯度的L-阿拉伯糖产品。其中福田药业公司利用木糖废液再利用提取L-阿拉伯糖，大大降低了L-阿拉伯糖的生产成本，为L-阿拉伯糖的广泛应用提供了价格优势。化学合成方法目前还处于实验室阶段，主要问题是原料成本高和分离纯化等瓶颈问题。因此，采用先进的生物酶法，改进下游工业技术是降低制造成本和未来大规模生产L-阿拉伯糖的重要途径之一。

由于以上所述的局限，目前国内外L-阿拉伯糖生产量较小，与同类甜味剂相比价格较高，影响了其进一步的应用，并且对于其应用机理的研究还处于初步阶段。因此，未来的研究重点将包括以下几个方向:(1)生产L-阿拉伯糖的工艺技术的进步，降低成本压力，提高竞争力，诸如对酶法工艺的优化，对阿拉伯糖苷酶的定向进化改造提高酶活性等［33］。(2)基因技术改造植物，通过对相应植物能够表达L-阿拉伯糖的基因进行改造异源表达，提高L-阿拉伯糖在植物中的含量，从而降低了生产成本。(3)进一步研究L-阿拉伯糖在人体内的代谢和对人体的影响机制，包括对胰岛素分泌调节作用等，与纤维素、其他糖醇的协同机制(尽管已经有一些相关研究，但是对于L-阿拉伯糖的作用机制的研究不够充分和缺乏长期临床实验数据的支持)。(4)在食品工业中的应用基础研究，包括在饮料中对口感的影响和饮料稳定性的影响，在焙烤食品中对面团流变学的影响、对焙烤食品色香味的影响、代替蔗糖后对产品加工工艺的影响等。

4 结语

阿拉伯糖作为一种新兴的甜味剂已经逐渐被人们所接受，由于其保健功能的特性逐渐为人们所认知，目前已经展现出较好的工业化前景和广泛的社会效益。相信随着技术的进步和商业的发展，L-阿拉伯糖将会得到更广泛的应用。

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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，Futaste 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)。

*中国科学院知识创新工程(KSCX2-YW-G-073);广东省自然科学基金项目(9451007002003073);江苏大学高级人才启动基金项目(10JDG084);江苏大学学生科研课题立项项目(09A088)

2010－08－25，改回日期:2010－11－09