海藻糖的特性分析及应用优势

孙常文，李发财，庞明利，杨海军

（保龄宝生物股份有限公司，山东 禹城 251200）

0 前 言

海藻糖，英文名Trehalose，是一种天然糖类，分子式 C12H22O11，化学名称（α-D-glucosido-α-D-glucosidemycose），是一种安全、可靠的天然糖类。日常生活中食用的蘑菇类、海藻类、豆类、虾类、啤酒及酵母中都含有较高的海藻糖。

海藻糖是从淀粉中提取出的非还原性糖，其是由两分子的葡萄糖通过α-1,1糖苷键构成的非还原性二糖。当生物本身处于高温、高寒、干燥失水等极其恶劣的环境中时，生物体内的海藻糖会大量增加，以类似保护膜的形式包裹在细胞的表面，保护蛋白质分子不会变性失活。从而对生物体起到保护作用，证明海藻糖是一种典型的应激代谢产物，具有抗逆的独特生物学特性，以及良好的维持生命体的生命过程和生物特征的作用[1]。而且其自身性质非常稳定，耐热、耐酸性极强，优良的加工性能使其可以广泛应用于食品行业的各个领域。

1 海藻糖的理化性质

1.1 海藻糖的性状

海藻糖为白色晶体，含两个水分子，易溶于水和热乙醇中，不溶于乙醚。很难被其他酶水解，只能被特异性的海藻糖酶水解。强酸水解时会得到2个分子的葡萄糖[2]。

1.2 海藻糖的甜度和甜质

海藻糖的甜度是砂糖的45%。甜味持久温和，可以与其他甜味剂调和复配，可以改善产品味道，无不良后味。

图1 海藻糖的相对甜度

1.3 防止褐变

海藻糖是非还原性二糖，不发生美拉德反应。在加热过程中也不会与氨基酸、蛋白质等产生化学反应，不会产生褐变。保持食品色泽，适合于须加热处理或高温保存的食品、饮料等。

1.4 良好的加工稳定性

海藻糖具有极强的耐热耐酸性能，是性质很稳定的天然双糖，良好的耐热耐酸性使海藻糖具有优良的食品加工性能。即使在100℃，pH3.5～10.0条件下加热24 h，不褪色不分解，保留率高达99%，可广泛使用于食品加工行业。

1.5 低吸湿性

海藻糖放置在相对湿度90%以上的地方超过一个月，海藻糖也几乎不会吸湿。固体饮料、粉末调味品、干燥食品等容易吸湿吸潮，导致产品变质，将海藻糖应用于该类食品中可以降低食品的吸湿性，有效的延长产品的保质期。

1.6 玻璃化相变热

海藻糖有高达115℃的玻璃化转变温度。

2 生理功能

2.1 低热量值

海藻糖是一种低热量的糖，不易被人体消化吸收，可抑制血清，肝脏中的胆固醇积累，所以可以被糖尿病患者食用，不会引起血糖的升高。

2.2 防止淀粉老化

使用海藻糖能够抑制淀粉的老化，改善产品的品质，延长如年糕、馒头、饼干、面类、米饭、奶油类，调味汁和炸饼等食品的保质期，尤其在低温和冷冻条件下，防止淀粉老化的现象更明显[3]。海藻糖防止淀粉老化效果要远高于其他糖类。

图2 海藻糖防止淀粉老化的效果

2.3 抑制脂肪酸化

脂肪等脂类物质在酸化或受热分解时会产生过氧化物以及挥发性醛等，会严重影响食品风味，甚至无法食用。大部分食品都会含有一定的脂肪，抑制脂肪变质是保证食品质量的重要环节。海藻糖在此环节能发挥其抑制脂肪变质的效果。对于肉类、油炸类等含有较多脂肪的食品，海藻糖可以起到抑制脂肪酸化，保持食品优良的品质[4]。

2.4 抑制蛋白质变性

对于鱼类，蛋类等含有丰富蛋白质的食品，海藻糖可以抑制蛋白质的变性，保持该类食品良好的口感。

图3 海藻糖防止蛋白质变性的效果

2.5 非致龋齿性

海藻糖不被口腔中变异链球菌所利用，不会产生引起龋齿的酸性物质[5]。海藻糖不被龋齿菌所利用的功能与糖醇是相同的（赤藓糖醇、木糖醇、山梨糖醇等），虽然海藻糖不是糖醇，属于糖类，但它具有抗龋齿性，与糖醇具有同样的意义。

2.6 矫味作用

海藻糖可以使食品的甜味、咸味、酸味等纯正的味道得到保留、加强和改善，有力于味道的散发，使口感更优；对苦味，涩味等不良味道海藻糖具有掩盖和减轻的作用。在娇味作用方面，海藻糖有很突出的特点，根据多种食材中加入少量海藻糖后的感官检查结果，将海藻糖矫正味道和气味的作用结果汇总在下表中[6]。

表1 海藻糖对各种食品和原材料的矫味作用

2.7 抑制体臭和汗臭

对海藻糖抑制汗臭味检查感官实验：取实验布料10块，放入容器中，分别滴入1 mL人工汗水，37℃密封培养，在相对湿度80%条件下放置2天；取出布料，经过10名评价者采用五级评价（无臭；微臭；稍臭；相当臭；极臭）进行评价，结果显示：海藻糖结合的纤维其臭气强度为“稍臭”，而普通纤维的臭气强度为“相当臭”。证明海藻糖具有抑制体臭和汗臭的作用。

图4 海藻糖抑制汗臭的效果

2.8 防止辐射

10 mmol/L海藻糖可以使DNA耐受3.6倍γ射线和4.3倍β射线，虽然其他糖类也可防止辐射，但作为化妆品的有效组分，海藻糖的理化稳定性等要优于其他糖类。

表2 使50%闭环双链DNA残留的射线剂量比例

2.9 冻干保护剂

据报道吕加平和其同事比较研究了用海藻糖、山梨醇、蔗糖、乳糖、麦芽糊精、甘露醇等几种材料对乳酸菌的冻干保护效果。以嗜热链球菌为供试菌株的结果，下图为几种冻干保护剂对嗜热链球菌的冻干保护效果。

图5 多种冻干保护剂对嗜热链球菌的冻干保护效果

3 海藻糖生产方法

3.1 从天然植物或藻类中直接提取海藻糖

传统工艺制备海藻糖，优点是成本较低，步骤相对简单。缺点是能源消耗较大。制备流程：活性干酵母→热乙醇水溶液搅拌提取→冷却和离心→取上清液→活性炭脱色→离子交换→超滤→浓缩→结晶→离心过滤→干燥→海藻糖成品[7]。

在传统方式提取海藻糖的基础上，章银良等采用新的思路和方法提高海藻糖的量。首先采用微波预处理破碎酵母细胞，然后通过水、乙醇、三氯乙酸提取海藻糖，实验结果证明用微波处理后的酵母细胞中提取海藻糖的量要明显优于传统方法，既能提高提升效率又能节省成本[8]。

3.2 酶促转化法

以葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉等为底物，通过相应的酶作用于底物转换为海藻糖，不同的酶催化控制相应的合成环节。其中发现磷酸化酶很不稳定，因此很难实现大规模的工业化生产。而海藻糖生成酶或麦芽糖海藻糖转换酶是目前发现的有应用价值并适合工业化生产的酶，转化率高达70%以上。麦芽糖苷基海藻糖生成酶和麦芽糖苷基海藻糖水解酶,以及新型葡萄糖转移酶和a-淀粉酶均是适合工业化生产的酶[9]。

3.3 微生物发酵法

利用微生物发酵生产海藻糖周期短，菌种和原料广泛，而酵母菌和革兰氏阳性菌是生产海藻糖的主要材料。此方法的关键步骤是通过诱变、细胞融合、基因重组等方式选育高产的菌株。之后利用高浓度的培养基得到含量较高的海藻糖产物。此法涉及菌种筛选、发酵工艺、后提取等方面[10]。

3.4 利用转基因植物生产海藻糖

利用转基因植物生产海藻糖，将合成海藻糖的基因导入普通植物中如甜菜、马铃薯中，是植物在成长的过程中收获积累大量的海藻糖[11]。

3.5 膜法酵母提取海藻糖

膜分离技术作为新型的分离纯化技术。以压力作为推动，使各组分物质进行分离、浓缩的纯化方法。膜分离技术的优点是分离效率高，能耗小，操作简单，清洁等优点[12]。

4 在食品及相关领域的应用

4.1 食品工业

海藻糖是一种能够改善食品风味的天然食品添加剂,它可应用于焙烤制品类、糖果类、饮料、奶粉、蔬菜汁、风味调料等领域。

海藻糖能够抑制食品中的不良气味，在鱼类、肉禽类加热时会产生三甲胺，有强烈的腥臭味，使用前加入适当海藻糖可降低三甲胺的生成，掩盖其产生的异味和臭味，而且海藻糖还能够抑制脂肪酸化、蛋白质变性，可以保持此类食品的营养价值和特定风味。

海藻糖在食品工业中应用的其他优势有：具有低热值、优质甜味、防龋齿、酸热稳定、抑制蛋白变性、低吸湿性、抗淀粉老化、抑制美拉德反应、保鲜等作用而广泛的应用于食品的各个领域。对食品保护性能全面，其保鲜作用能够维持食品刚制出来的新鲜状态。海藻糖还可以作为甜味剂、保鲜剂、抗变性剂、脱水剂、多功能调味剂使用。

4.2 生物工程领域

海藻糖用于生物制品的保存，由于海藻糖具有稳定蛋白质等生物大分子的功能并具有保鲜的作用，所以海藻糖广泛的应用于多种生物制品中，作为保护剂、稳定剂，海藻糖在保存药品及生物制品方面有很强大的功效，如保存疫苗、血液制品、病毒、酶、细胞、组织器官、单克隆抗体等。由于冷藏设施的缺乏，导致第三世界国家每年有约90%的疫苗失去活性，从而造成相当大的损失。用海藻糖作为保存剂可以延长了这些生物制品的活性，甚至使这些生物制品在常温条件下进行干燥保存也成为可能。

4.3 农业领域

海藻糖具有稳定生物膜结构的作用和提高生物对低温、高温、干旱、盐碱等逆境环境下的抗性，通过生物工程技术将含有海藻糖的转基因植物培育成抗寒、抗旱、耐盐碱的转基因植物，如果将海藻糖合成酶基因导入粮食作物中，能提高粮食植物的抗旱性和抗寒性，若转基因植物是蔬菜水果还能使其加工后显得更鲜，风味更佳，延长其保质期。

海藻糖还可用于家畜以及饲养动物的饲料中，使动物更加喜食。已有研究成果，利用大肠杆菌的海藻糖合成酶基因导入甜菜、马铃薯中，在获得大量海藻糖的同时，也增强了植物的抗旱性和耐寒性。

4.4 化妆品领域

海藻糖具有保湿作用，在皮肤化妆品中应用可以抑制皮肤干燥。也可以用于口腔芳香剂、口腔清凉剂、品质改良剂等。

4.5 海藻糖在新型食品开发中的参考用量

表3 海藻糖在新型食品开发中的参考用量

5 结 论

海藻糖功能强大，既可以作为食品添加剂、甜味剂使用还可以作为生物制品药物（酶制剂，疫苗等）的保护剂，用在食品行业中可以防止食品变质，海藻糖没有还原性，与蛋白质或氨基酸一起加热时不发生美拉德反应，不发生褐变，而且耐酸热稳定性好，加热过程中不分解，具有优良的加工特性，海藻糖具有和赤藓糖醇等糖醇类物质具有相同的非致龋齿性。作为安全、天然的食品及食品原料，海藻糖的应用研究正在逐步发展，海藻糖的应用前景极其广泛，相信在不久的将来海藻糖会走进千家万户。

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[2]张丽杰，张雪莲，邸进申.新型食品添加剂海藻糖的发展前景[J].中国食品添加剂,2004(2):61-65.

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