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海藻糖在食品工业中的应用

     海藻糖具有独特的生物活性，可以帮助生物体抵抗高温、冷冻、干燥、高渗、辐射、有毒物质等环境，外源海藻糖对生物体具有非特异性保护功能，因此，海藻糖被广泛应用。本文综述了海藻糖的发展历史、理化性质、安全性、功能、应用及其生产制备。
    海藻糖，又称漏芦糖、蕈糖。1832 年英国科学家威哥尔(Wiggers)从黑麦的麦角菌中首次分离提取出海藻糖结晶化合物;1858 年由米瓷弟驰(Mitschedich)从蘑菇当中分离出来，最初被命名为Mycose，蘑菇糖;同年，波斯乐(Berthelot)又从一种海藻中分离到该物质，于是重命名为海藻糖，此后研究发现海藻糖在芽孢、子实体、酵母、真菌等低等生物乃至整个生物学世界里广泛存在。
    海藻糖的理化性质
    1930 年百德瑞克(Bredereck)首先利用核磁共振技术阐明了海藻糖的化学结构，它是由两个吡喃型葡萄糖单体以 1,1 糖苷键联结而成的双糖，化学名称为 a-D-吡喃葡糖基-a-D-吡喃葡糖苷，分子式为 C12H22O11，分子结构对称，相对分子质量为 378.33，经常以二水化合物存在。理论上，海藻糖存在 3 种不同的正位异构体，即 a，a-型、a，β-型和β，β-型，其中只有 a，a-海藻糖在自然界中以游离状态存在，即为通常所说的海藻糖，a，β-型和β，β-型在自然界中很少见，仅在蜂蜜和王浆中发现了少量的 a，β-型海藻糖;另一种β,β-型也被称作异海藻糖，这两种海藻糖可以化学合成。
    海藻糖是一种非还原性双糖，由两个葡萄糖分子通过半缩醛羟基结合而成，是天然双糖中最稳定的，它的旋光度和溶解性质是其与众不同的原因。由于不具有还原性，在食品即使与氨基酸、蛋白质等混合加热时也不会发生美拉德反应，不被一般的酶水解，可被具有特异性的海藻糖酶水解为两分子葡萄糖。
    海藻糖的安全性
    海藻糖除了具有低聚糖的一般特性，还有独特的生物活性，在严酷的环境下可保护生物体的组织和大分子的功能和活性。因此广泛应用于食品加工和贮藏、农作物育种、精细化工、化妆品、保健品和医药领域等方面。人们在关注其有效性的同时，更关注它的安全性。
    1995 年，日本林原生化公司将海藻糖申请为专利，并进行了工业化生产，并首次作为食品添加剂上市销售，应用领域包括糖果、巧克力、饮料、罐头等。1998 年，韩国和中国台湾也将海藻糖作为合格的食品添加剂使用。2000 年 11 月，联合国粮农组织和世界卫生组织(FAO/WHO)食品添加剂联合专家委员会(JECFA)确认海藻糖作为组织形成剂、稳定剂、保湿剂、甜味剂的功能，对海藻糖的每日允许摄入量不作限制;2001 年，美国食品药物管理局(FDA)授予海藻糖作为公认安全的食品，批准其进入美国市场。2001 年 9 月 25 日，欧盟批准海藻糖作为新型食品或食品添加剂进入其市场。2005 年 3 月，我国卫生部批准海藻糖为新资源食品。
    近年来，国内外众多专家、学者都对海藻糖的安全性做了实验研究。张晶等、梁春华等、Richards 等分别通过实验研究了海藻糖的急性毒性、长期毒性和生殖毒性。实验结果显示，用海藻糖处理的小鼠与对照组的小鼠均没有显著性差异。瑞查德(Richards)等还进行了海藻糖的致突变试验研究，以组氨酸营养缺陷性鼠伤寒沙门菌 Tal535，TAl537，TA98，TAl00 和色氨酸营养缺陷型大肠杆菌 WP2uvrA 为试验菌株进行微生物恢复突变实验，以中国仓鼠 CHO 细胞为试验细胞进行染色体畸变实验，以上两组实验加上小鼠骨髓微核试验共同证明了海藻糖没有致突变性。另外，奥肯森(Atkinson)等进行了海藻糖对 albino 兔的眼刺激试验，结果表明 10%的海藻糖溶液对兔眼无刺激。
    综上所述，海藻糖是一种毒性很低的物质，这为研制开发药用海藻糖奠定了良好的基础。
    海藻糖的功能
    生物学功能
    海藻糖是一种对环境变化形成的应激状态具有高抗性的物质，是生物体内的一种典型的应急代谢物。海藻糖是昆虫血淋巴中最主要的糖类，占到了整个血淋巴中糖类总含量的 80%—90%，并且在昆虫特殊的发育阶段，海藻糖占到了昆虫整个碳水化合物的 20%。长年生活在沙漠地带的一些昆虫和植物，在中午的高温下几乎被干燥脱水，处在生理学上的假死状态，但一经降雨补充水分，数小时后就能复活。英国剑桥大学的学者对这些隐生生物的研究表明，这种复活现象是由于其体内存在高浓度的海藻糖。大量的研究表明，许多生物在胁迫环境(如饥饿、高温、冷冻、干燥、高渗、辐射、有毒物质等)下表现出的抗逆耐受力与体内的海藻糖含量有直接的关系。这是因为，在各种恶劣环境下，海藻糖表现出对物种的生物膜、蛋白质和核酸等生物大分子良好的保护作用。
    董桥等(1992)研究了海藻糖对载药脂质体的保护作用，证明在海藻糖的保护作用下，脂质体脱水后处于干燥状态，而其结构和功能保持完整，且干态脂质体水化时内含物保存率达 80%以上。葛宇等(2002)考察了在冷藏、冷冻、真空干燥、冷冻干燥、喷雾干燥和室温下，海藻糖对保加利亚乳杆菌存活率和产酸率的影响，结果表明，海藻糖具有很好的抗冷冻、抗脱水效果。麦都派哥(MadhuPage-Sharp)等(1999)研究发现，伴随盐逆境双歧藻属菌种细胞内海藻糖和蔗糖浓度增加，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。皮波(Piper)(1998)认为，微生物在盐逆境应激状态涉及到低分子量共存溶解物的产生和一系列应激蛋白质的产生，海藻糖和蔗糖的合成代表双歧藻菌盐应激状态下的一种保护性作用。
    其他功能
    海藻糖除了对生物体具有保护作用外，还可以防止淀粉老化;防止蛋白质变性;抑制脂类物质酸败;抑制鱼腥味的生成;减轻鸡、鸭、鹅的怪味;抑制大米的米糠臭;利于蔬菜、肉类、水果等的保鲜;稳定物料中的超氧化物歧化酶;预防蛀牙和补充能源的作用。
    另外，关于外源海藻糖对植物抗逆性影响的研究较多，如外源海藻糖对黄瓜的耐盐性、抗冷性、抗旱性和抗水分胁迫能力影响的研究，均表明它对植物的抗逆性具有积极作用。此外，它可以提高番茄株高、茎粗、SOD 活性等，提高其耐盐性;提高野鸢尾、南蛇藤过氧化氢酶等一系列酶的含量，进而提高其抗 NaHCO3 胁迫的能力;据丁顺华等报道，外源海藻糖可明显缓解盐胁迫对小麦生长的抑制作用;肖丽蓉等报道，外源海藻糖对提高家蚕生长和蚕丝品质具有积极作用。总之，外源性的海藻糖也具有良好的非特异性保护功能。因此海藻糖又被称为“生命之糖”。
    海藻糖在食品工业中的应用
    米面类制品
    海藻糖防止淀粉老化的效果比变性淀粉和糖醇类产品更好，尤其在低温或冷冻条件下表现更为显著。如在方便米饭中使用海藻糖，能抑制布朗硬度降低，使其口感柔软;用于饺子皮和春卷皮中，具有良好的保水性，不会干裂，蒸煮后，口感柔软，煎炸后，口感松脆。
    糖果和甜食
    与麦芽糖、蔗糖和葡萄糖相比，海藻糖具有较高的玻璃化转变温度。这使得海藻糖可以在很高温度下保持活性蛋白的稳定性，以避免其在热加工中的失活。这种特性能使海藻糖在糖果中具有较广阔的应用空间。同时又由于海藻糖的低吸湿性和非褐变性，使加入海藻糖的硬糖和软糖褐变程度降低，并有良好的保形性。海藻糖使食品的冰点下降的程度与蔗糖一样。在冰淇淋中加入海藻糖能使冰淇淋具有良好的冷冻耐性，使口感更饱满。
    禽肉水产加工品 
    抑制脂肪酸败是保证食品质量的重要环节。海藻糖作为天然糖类对抑制脂肪酸败有很好的效果。在畜禽肉蛋加工品中加入海藻糖，能长时间保持肉质鲜嫩柔软、抑制脂肪酸分解导致的肉臊味产生，并使产品经过冷冻、解冻和热加工后效果依旧良好。海藻糖具有良好的抗冻保湿作用。在金枪鱼、鳕鱼、鲱鱼和鲑鱼等冷冻鱼块加工产品中加入海藻糖，能使其解冻后不会产生滴水现象，使其仍然具有良好的弹性，并有效防止鱼肉异味的产生。
    保健食品
    海藻糖是一种功能性低聚糖，具有防止人体骨质疏松，促进人体双歧杆菌增值以及清除体内自由基等功能。因此，海藻糖可广泛应用于各种保健食品中。
    饮料
    海藻糖跟砂糖和麦芽糖一样能在小肠中被消化吸收，作为营养源在人体内缓慢释放。海藻糖特别适合加入甜味营养型饮料及运动前增加能量的饮料。初步研究表明，添加了海藻糖的运动饮料，比含葡萄糖的饮料有着更低的胰岛素和血糖反映水平。海藻糖的加入并不影响饮料的口感，相反会使其口感更纯正。
    烘焙产品
    由于海藻糖的甜度是蔗糖的 45%，所以它能降低饼干、面包，糕点等产品的甜度，使其具有清爽的口感。如在月饼等一些点心中使用海藻糖。
    展望
    随着研究的不断深入，海藻糖在各行各业中的应用会更加广泛，对海藻糖和海藻糖合酶基因的研究会越来越多。对于海藻糖抗逆性的机理，目前 3 个假说都不能作出完美的解释，海藻糖以后的研究重点应该是对其抗逆机理的研究和植物转基因方面的研究。另外，对海藻糖在昆虫方面的研究，还是冰山一角。海藻糖作为昆虫中最重要的血糖，参与了多种生理功能，因此研究昆虫中海藻糖的代谢以及代谢调控具有重要的理论和实践意义。对海藻糖合成基因的深入研究，一定会培育出抗旱、抗寒、抗盐碱的植物新品种，为农业生产和改良环境做出贡献。而且，海藻糖在低等生物有机体能量代谢过程中具有重要作用，但是哺乳动物血液中并不含有海藻糖，这就使开发对人类健康相对安全的新型农药成为一种可能。

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