海藻糖的最新研究进展

第9卷第4期2007年12月辽宁农业职业技术学院学报

Jour nal of L iao ning A gr icultural Co llege V ol 9,No 4Dec 2007

收稿日期:2007-10-20

作者简介:胡慧芳(1972-),女,硕士,从事植物逆境生理研究。

海藻糖的最新研究进展

胡慧芳,马有会

(辽宁师范大学生命科学学院,辽宁大连116029)

摘 要:海藻糖被誉为生命之糖,当生物体受到不良环境条件胁迫时,它能保护生物大分子结构和功能的稳

定,维持生物体的正常生命活动。因此,它备受科学家的关注和研究。本文对海藻糖的理化性质特别是生物学特性及应用方面的最新研究作了详细的介绍,为进一步研究海藻糖提供很好的参考。

关键词:海藻糖;生物学特性;应用

中图分类号:Q 53 文献标识码:A 文章编号:1671-0517(2007)04-0026-03 海藻糖(T rehalose)最初由Wigg er s 等于1882年从黑麦的麦角菌中分离出来。后来发现它是一种广泛存在于植物、细菌、真菌和无脊椎动物体内的非还原性的双糖。最初被认为它只是作为一种碳源而被贮存,后来发现海藻糖往往是在环境胁迫条件下产生,含量可随外界环境条件的变化而变化,是一种应激代谢物。当生物体处于饥饿、干燥、高温、低温冷冻、辐射、高渗、有毒试剂等不良环境的胁迫时,它能对生物体及生物大分子的活性有着良好的保护作用。外源性的海藻糖对生物体及生物大分子的活性也有着良好的保护作用。这一特点引起了科学家极大的兴趣。本文将对近几年有关海藻糖的理化性质特别是生物学特性及其应用方面的研究作详细的介绍。

1 海藻糖的结构、性质

1 1 结构

海藻糖是一种由两个葡萄糖分子通过半缩醛羟基以a-1,1糖苷键结合的非还原性双糖。它有(a,a)(a,b)(b,b)三种光学异构体。天然存在的海藻糖一般为(a,a)型,分子式为C 12H 22O 11 2H 2O 相对分子量为378 33。其结构式为

1 2 理化性质

海藻糖是白色晶体,带有两分子的结晶水。海藻糖的一些重要的理化性质如下:

溶解性:能溶于水、冰醋酸和热的乙醇中,不溶于乙醚、丙酮。

熔点:含有2个H 2O 的海藻糖结晶熔点为97 ,无水结晶为210 5 。

溶解热:含两个水的海藻糖结晶57 8KJ/m ol,无水结晶的为53 4KJ/m ol 。

甜度:相当于蔗糖甜度的45%。但它的甜味爽口,不留后味,口感变酸。

吸湿性:含2个水的海藻糖结晶在相对湿度90%以下没有吸湿性,无水结晶在相对湿度30%以上有吸湿性,转变为二水结晶。乳酸和麦芽糖与海藻糖一样有无水和有水两种结晶态,它们的无水结晶粉末也有吸湿性,但只有海藻糖的1/2。

稳定性:(1)pH 值稳定性:在pH 为3 5~10,100 ,24小时条件下,99%残存。但在强酸条件下能被水解为两个葡萄糖分子。(2)热稳定性:120 的水中,90m in,不褐变。(含蛋白质的水溶液)沸水中,90m in,不褐变。(含氨基酸的水溶液)沸水中,90min,不褐变。(3)水溶液保存期:37 可保存12个月,不分解,不褐变。(4)不能使斐林试剂还原,也不能被a-糖苷酶水解。

此外,海藻糖还具有良好的抗辐射和防腐作用。

1 3 生物学特性

海藻糖的生物学特性主要体现在对生物体组织和生物大分子的非特异性保护作用。

对生物膜和生物细胞的保护作用:海藻糖具有

使脱水生物膜稳定的功能。据Crow e 等的研究表明从肌肉分离到的肌浆网,在不加海藻糖进行干燥时,其形态发生改变,重新水化时,转运Ga +

的功能明显丧失。而存在一定浓度的海藻糖时,在相

同的过程中其形态几乎不发生改变,转运钙的能力也可以恢复到原有的水平。不仅如此,对于处于冷冻条件下的完整的细胞和分离的膜,它也是极好的抗冻剂,这在植物细胞,人眼晶状体,动脉细胞和小鼠胚胎的冷冻保存方面取得了令人满意的结果。

对蛋白质的保护作用:蛋白质尤其酶在贮存和运输中易失活,海藻糖具有稳定和干燥蛋白质的功能。黄成垠等实验了海藻糖在高温干燥条件下对工具酶的包活作用,结果表明加海藻糖保护的酶的活性是不加海藻糖保护的酶的活性的4~5倍,说明海藻糖在干燥条件下对酶活性的稳定作用明显。葛宇、刘铃等研究了在冷冻和脱水的作用下,海藻糖对重组人铜锌SOD酶的保护作用。李建伟、陈秀兰等研究了海藻糖对Pseudoaltermonas sp SM9913适冷蛋白酶的热稳定性的保护性的研究。

对DNA的保护作用:近年来研究表明,海藻糖不但可以保护生物膜及蛋白质分子免受干燥与冷冻的破坏,而且还可以保护细胞中的DNA分子,使其在辐射条件下免受其害。

2 海藻糖在相关行业的应用

海藻糖原来成本极为昂贵,1995年以前,其价格为200~300美元/kg,自从由淀粉通过酶法直接制备了海藻糖后,价格已降低到2~3美元/kg,使海藻糖的大规模应用成为可能。

2 1 在食品加工行业的应用

甜味添加剂:海藻糖的甜度较低,仅为蔗糖的45%,渗透压与蔗糖相当,且甜味爽口,不留后味,可在各种食品中替代蔗糖使用。

防腐剂和抗变性剂:由于常用的防腐技术和工艺易产生蛋白质变性问题,且化学防腐剂又有一定的毒性,海藻糖恰好能弥补这些技术缺陷。据报道,在大米加工过程中加入2%的海藻糖,可使米质保持数年不变。

脱水剂:由于海藻糖具有很强的吸水性,可加入含水食品中,制成稳定的风味良好的脱水物。据有关报道,在鸡蛋中添加3%的海藻糖,45 下干燥成粉状,复水后的产品和鲜蛋液相差无几。添加海藻糖制成的奶粉水化还原成鲜牛奶,感官品质和营养物质基本保持不变。

保鲜剂:海藻糖对新鲜的水果蔬菜肉类以及其加工品等有很好的保鲜作用。现在普遍使用的保存食品方法是冷冻或者使食品脱水(烘干或晒干)后加以密封等,这些方法会对食品造成损害,如色泽消失、味道改变、肉类干硬变质、维生素被破坏等,而且保存期很有限,时间一长食物就会腐烂发霉。用海藻糖保存食品,上述一切问题都能获得圆满解决,同时加工过程也很简单。只要将各种食物除去杂质后撒入海藻糖,搅拌或翻动几次,使海藻糖均匀地布满食品即处理完毕。食用时,将食品取出重新洗涤,原来的色泽会立即恢复,味道也鲜美如初。海藻糖长期保鲜食物的原理是它可以在常温下形成一种特殊的膜将食物密封,同时还会析出黏液将其黏结和滋润,并将原有的细菌和随后沾染的细菌杀死。这种保护膜在常温下非常稳定,并且还能将外来的热量辐射回来。因此,利用海藻糖保存食品不仅效果理想,成本低,操作也简单。

2 2 在医学上的应用

保护生物制品:海藻糖可保护生物制品,为生物分子(包括蛋白质、酶制剂、糖、脂类等)、细胞膜和细胞器以及其它医用生物制品(包括血浆、珠蛋白、抗血清、转移因子、菌苗、疫苗和载药脂质体等)的保存、运输和使用带来极大的方便(免去冷冻、冷藏的设备和费用)。

保存活细胞:最近的研究表明,少量的外源海藻糖就可以提高经冷冻或脱水哺乳动物细胞的生活力,如向人类卵母细胞中注入0 15m olL-1海藻糖,然后冷冻到-60 ,解冻后仍有66%的细胞存活,而对照则无一存活。

保存活组织和器官:Yokom ise等报道,海藻糖用于待移植组织的保存后,可降低拮抗反应,提高移植组织的生活力。

此外,海藻糖可阻止H TV病毒对T淋巴细胞的破坏,具有降血糖、保肝等作用,还可制成衍生物用于抗癌剂、抗肿瘤剂中。

2 3 在农业上的应用

海藻糖在农业育种方面的应用。近年来,随着对海藻糖合成代谢途径的深入研究,许多微生物中各种海藻糖合成酶基因已相继被克隆,如大肠杆菌的otsA、o tsB基因,酿酒酵母中的tps1、tps2、tsl1基因等。我国的赵恢武等、戴秀玉等相继分别将tps基因和ots基因转入烟草,使其耐旱性增强。林丽璞,徐惠君,叶兴国等将海藻糖合酶tps基因导入普通小麦品种CB9945,其抗旱和抗盐性都有了一定程度的提高。以上这些研究结果均表明海藻糖在培育抗逆品种方面有一定作用。

外源海藻糖对植物的保护作用。有关外源海藻糖对逆境条件下植物的保护作用的报道较少。丁顺华等在研究中发现,外源海藻糖可明显缓解盐胁迫对小麦幼苗生长的抑制作用;明显提高NaCl胁迫

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第4期 胡慧芳等:海藻糖的最新研究进展