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海藻糖精细化工201201391518王哲威海藻糖又称漏芦糖、蕈糖等。是一种安全、可靠的天然糖类。海藻糖是由两个葡萄糖分子以1,1-糖苷键构成的非还原性糖，有3种异构体即海藻糖（α，α）、异海藻糖（β，β）和新海藻糖（α，β），并对多种生物活性物质具有非特异性保护作用。海藻糖在自然界中许多可食用动植物及微生物体内都广泛存在，如人们日常生活中食用的蘑菇类、海藻类、豆类、虾、面包、啤酒及酵母发酵食品中都有含量较高的海藻糖。科学家们发现，沙漠植物卷叶柏在干旱时几近枯死，遇水后却又可以奇迹般复活；高山植物复活草能够耐过冰雪严寒；一些昆虫在高寒、高温和干燥失水等条件下不冻结、不干死，就是它们体内的海藻糖创造的生命奇迹。海藻糖因此在科学界素有“生命之糖”的美誉。一、海藻糖的化学结构海藻糖是由两个吡喃型葡萄糖单体以1,1糖苷键连结而成的双糖，它的结构式如下：这是自然界最常见的结构，也是海藻糖三种结构中，唯一的可以游离态存在的物质。二、海藻糖的物化性质海藻糖为白色晶体,含有两分子结晶水,熔点为97℃,当加热到130℃时,失去结晶水,无水海藻糖熔点达214～216℃。海藻糖的甜度相当于蔗糖的45%，是一种甜味柔和的优质糖质。其温和的甜味比砂糖更为持久，可改善高砂糖含量食品的甜腻感，与其他的甜味料配合!能将食品素材特有的味感提升出来。海藻糖易溶于水、热乙醇、冰醋酸，不溶于乙醚、丙酮。海藻糖在水中的溶解度随温度变化较为明显。低温时在水中的溶解度比砂糖低，与麦芽糖相同。此外，海藻糖易于结晶，结晶性能良好。海藻糖具有双糖中最高的玻璃化转变温度，高达115℃，因而把海藻糖加入到其他的食品中时，能有效地提高其玻璃化转变温度，更容易形成玻璃化状态，可以发挥保持玻璃化，保持新鲜度的作用。二水结晶海藻糖在相对湿度92%以下无吸湿性，而无水海藻糖在相对湿度30%以上有吸湿性。这一性质使其既具有低吸湿性。又具有高保湿性功能。在100℃加热24h海藻糖仍可保存99%以上。这种特殊的分子结构赋予了海藻糖分子极强的稳定性，是天然二糖中最稳定的分子。海藻糖不会引起美拉德反应。和甘氨酸于100℃反应90min不呈色，和聚蛋白胨120℃反应90min不呈色，有利于保持食品色泽，适合于须加热处理或高温保存的食品、饮料等三、海藻糖的生物质特性1.海藻糖独特的生物学特性：大量研究表明,某些物种对外界恶劣环境,如脱水、干旱、高温、冷冻、高渗透压及有毒试剂等,所表现出来的抗逆耐受力和它们体内存在的海藻糖有直接关系。2.海藻糖对生物抗脱水有保护作用3.海藻糖有抗冷冻保护作用4.海藻糖抗高渗保护作用：伴随盐逆境双歧藻属菌种细胞内海藻糖和蔗糖浓度的增加,当机体再恢复正常生长条件(即解除盐逆境的作用),细胞内这些海藻糖和蔗糖浓度下降,蔗糖和海藻糖被认为具有共存的溶解物的作用性质。5.海藻糖对生物制品的干燥与保存作用：海藻糖的羟基同酶分子以氢键的形式结合提高了酶的热变性温度,增加了酶的热稳定性。另一方面,海藻糖分子包裹在酶分子周围,或填充在酶分子的空间结构内,特别是酶的活性部位附近,并形成玻璃态,将酶蛋白的空间结构固定住而避免酶的失活。四、海藻糖的功能特性1.防止淀粉老化海藻糖具有优异的防止淀粉老化的作用,应用于面、饼、米饭、奶油、烤肉佐料酱、炸肉饼等含有淀粉的食品中可起到良好的效果,这种效果在低湿或冷冻时表现更为显著。2.防止蛋白质变性海藻糖可很好地防止蛋白质在冷冻、冷藏或干燥时变性。在含蛋白质的各种食品中加有海藻糖,能非常有效地保护蛋白质分子的天然结构,使食品风味和质地保持不变。3.抑制脂类物质酸败脂类物质受氧化,会产生过氧化物和挥发性醛等,使食品风味变差而失去食用价值。几乎所有的食品或多或少都含有脂质,抑制脂质酸败是保持食品品质的重要课题。海藻糖对这种油脂构成成分中的脂肪酸分解具有很好的抑制作用。4.矫正味道和矫正气味作用食品中的一些令人不快的异味主要是由挥发性醛类、乙基硫醇和三甲胺三大类物质构成,加入一定量的海藻糖就能够有效地抑制这些物质的产生,呈现很好的矫味矫臭作用。海藻糖对食物的甜味、香味有协同增强作用,能改善其它合成甜味剂如阿斯巴甜的甜味质量,它又能缓和、部分掩盖其他不良味道,减少涩味和苦味,对一部分的酸味起缓和作用。5.保鲜海藻糖可代替动植物组织或细胞中水分的作用,即在组织和细胞失水时,能发挥多种功效保护组织、细胞的结构不受干燥和冻结的损害。因此,对蔬菜、肉类、水果的保鲜非常有效。五、海藻糖的生产工艺1.化学合成法：海藻糖的化学合成法是在2,3,4,6-四乙酰基葡糖和3,4,6-三乙酰-1,2-脱水-D-葡糖之间产生环氧乙烷加成生成。该法制备海藻糖的缺点是产率低、分离困难,目前还处于研究阶段。2.微生物提取法：是以酵母、乳酸菌、霉菌及其它含海藻糖的微生物为提取源,首先通过改变微生物的生长条件,使其体内积累更多的海藻糖,然后采用适当的方法将海藻糖提取出来。其工艺流程为:酵母—乙醇提取—离心—上清液—浓缩—离子交换—超滤—浓缩—结晶—离心—真空干燥—成品。微生物提取法是生产海藻糖的传统方法,经过不断的改进,此法已相当成熟,至今仍然是生产海藻糖的常用方法。提取法所用的微生物大多为酵母菌,因为酵母菌在对数生长期如处于“饥饿”状态(降低碳源、氮源),或提高温度、渗透压等条件下,体内海藻糖的含量明显增加,可达细胞干重的20%。国内外对高产海藻糖菌株的选育,胞内海藻糖的提取、纯化等方面进行了大量的研究,Comes等[11]分离出两个酵母菌株,它们在热击条件下大量积累海藻糖。李于等对酵母海藻糖的提取纯化条件进行了研究,海藻糖提取率可达98.81%。上世纪40年代,欧美从面包酵母中提取海藻糖取得成功,并建立了一套用乙醇从面包酵母中提取海藻糖的方法。微生物提取法生产海藻糖生产周期长,提取率低,成本高,很难实现大规模工业化生产。3.微生物发酵法：通过微生物发酵生产海藻糖,再从发酵液中提取纯化。其关键是通过诱变、细胞融合及基因重组等方法选育高产海藻糖的菌株。如利用节杆菌属、短茎细菌、棒杆菌属、诺卡菌属、丝核菌属、微球菌属等微生物的培养液来制备。日本味之素公司[12]利用氨基酸生产菌体外培养大量生产海藻糖,已实现工业化生产。该法转化率低,副产物多。六、海藻糖的应用1.在医药工业中的应用：在医学上已经成功地应用海藻糖替代血浆蛋白作为血液制品、疫苗、淋巴细胞、细胞组织等生物活性物质的稳定性。不仅可以常温条件下干燥存放,更重要的是可以防止因血源污染而引起乙肝、艾滋病等致命疾病的传播,世界卫生组织对此十分重视。2.在化妆品方面中的应用：海藻糖在化妆品上的应用是基于具有优异的保持细胞活力和生物大分子活性的特性。皮肤细胞,尤其是表皮细胞在高温、高寒、干燥、强紫外线辐射等环境下,极易失去水分发生角化,甚至死亡脱落使皮肤受损。海藻糖在这种情况下能够在细胞表层形成一层特殊的保护膜,从膜上析出的粘液不仅滋润着皮肤细胞,还具有将外来的热量辐射出去的功能,从而保护皮肤不致受损。3.在农业科学中的应用：海藻糖可用于作物抗寒、抗旱等。种子保存、农作物抗寒、抗旱等领域,在使用海藻糖之后,能将种子、种苗的根茎有效地保持水分子,有利农作物播种、成活率高,同时保护作物减少寒冷而冻伤,生产成本将大大下降。这方面对农业、特别是减少北方寒冷干燥的气候对农业的影响,在农作物种植应用,其效益是巨大的。4.在食品工业中的应用：（1）防止淀粉老化（2）防止蛋白质变性（3）抑制脂质氧化变质（4）矫味作用（5）保持蔬菜新鲜（6）肉类的组织稳定和保鲜作用（7）持久稳定的能量来源参考文献：1.海藻糖的研究现状及其应用前景---张玉华2.海藻糖的特性及其应用---彭亚锋3.百度文库，百度百科，维基百科