海藻糖

4：其他方面
• 在小肠中海藻糖酶能将海藻糖分解成2个葡 萄糖且很稳定。利用此机理可以用于能够 改善肠道功能，用于不稳定的厌氧菌双歧 菌的外表包皮作用。从而大大提高菌的生 物活性及保质期。 • 由于海藻本身所具有的保湿性，用于皮肤 化妆品中，可抑制皮肤的干燥，也可用于 口腔清凉剂、口腔芳香剂等，可作为甜味 剂和品质改良剂。另外，无水海藻糖可用 于护肤霜中，作为磷脂及酶的脱水剂。
• 海藻糖是对于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激代谢物。 某些物种对外界恶劣环境,如脱水、干旱、高温、 冷冻、高渗透性及有毒试剂等,所表现出来的抗逆 耐受力和它们体内存在的海藻糖密切相关。 • 可保护DNA防止放射线引起的损伤；外源性的海 藻糖也能对生物体和生物大分子有良好的非特异 性保护作用。
4：基因重组
• 将海藻糖合成酶的基因导入植物或微生物， 构建具有生产海藻糖能力的转基因植物或 微生物，从而可利用这些工程微生物或转 基因植物生产海藻糖。
• 美国Calgene 公司与英国Quadrant 公司合作研究 利用大肠杆菌基因工程菌生产海藻糖； • 荷兰植物生物技术公司利用大肠杆菌的海藻糖合 酶基因OtsBA 导入甜菜、马铃薯中,产生大量廉价 的海藻糖； • 我国张树珍等从担子菌灰树花中克隆海藻糖合酶 基因并导入甘蔗，也可得到大量海藻糖。 • 利用基因工程技术生产海藻糖具有很大的优势。
三：制备方法
• • • • • 1：来自百度文库生物抽取 2：发酵 3：酶合成 4：基因重组 5：化学合成
1：微生物抽取
• 由于海藻糖在酵母中的含量较大，可达酵 母干重的20%，海藻糖最早的传统的生产 方法即是从酵母中采用溶剂抽提法进行提 取。 • 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。
• 一：结构与性质
• 二：功能与应用以及当下的研究进展 • 三：制备方法以及当下的研究进展
一：结构与性质
• 海藻糖由两分子的吡喃葡萄糖单体以α-1,1 糖苷键连接而成，其化学名为α-D-吡喃葡 萄糖基-α-D-吡喃葡萄糖苷(即α,α-型) 。 • 此外还有α,β-型的新海藻糖和β,β-型的异海 藻糖等2 种异构体，但在自然界中很少见。
海藻糖的一些理化性质
• 海藻糖具有低聚糖的一般特性，如：低热 值，非消化性，有膳食纤维的作用； • 具有独特的物理化学特性，甜度为蔗糖的 45%，由于其分子结构对称，无半缩醛基， 所以既无还原性，也无变旋光性，而且耐 热耐酸，是二糖中最稳定的。即使与氨基 酸、蛋白质等混合加热也不会发生美拉德 反应，一般的酶不能将其水解。
• 海藻糖2 水结晶相对湿度很高的情况下无吸湿性; 无水结晶相对湿度很低下有吸湿性。 • 这一性质使其既具有低吸湿性,又具有高保湿性和 脱水功能,因此无水结晶海藻糖是一种优异的天然 脱水稳定化物质,能使与它配合的物质的性质(如色、 香、味及生理活性成分等) 稳定地保存下来。 • 也就是使一些食品物质在高温干燥下，能够保持 水分；在潮湿水分充足下又可以不吸收多余的水 分影响品质。
二：功能与应用
• • • • 1：食品方面 2：生物工程方面 3：农业领域 4：其他方面
1：食品方面
• 海藻糖是一种能改善食品风味的天然食品 添加剂,它可应用于奶粉、果汁饮料、冷冻 浓缩果汁、蔬菜汁、风味调料等。 • 在低甜味、热酸稳定、抗淀粉老化、蛋白 抗变性剂、低吸湿性、低呈色性、口感改 良剂、保鲜等方面都具有广泛的作用。
海藻糖
• 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； • 一些具有保湿功能的化妆品； • 还有食物的一些保鲜方面。 • 这都与海藻糖有密切关系。
• 海藻糖（Trehalose）又名茧蜜糖、蘑菇糖、 漏芦糖或蕈糖。 • 是在动物、植物、微生物中广泛分布的一 种低聚糖，当生物处于逆境时，其含量增 加，是一种典型的应激代谢产物。 • 由于其具有抗逆、抗寒、抗旱、耐高温、 吸水、低甜度、保湿、生物保护等特点， 使得他在食品、保健品、医药、化妆品、 农业等方面有很大的应用前景，已成为近 年来研究的热点。
• 美国有人将加入了海藻糖的炒鸡蛋和果泥进行干 燥,重新湿润后,在味、色和质地上难以与新鲜食品 区分开。肉类、水果等在脱水前添加海藻糖能使 这些食品在货架上长期存放。 • 美国科学家采用基因工程手段把微生物的海藻糖 合成基因引入植物中,在重组植物体中积累海藻糖, 从而使水果或蔬菜在收获和加工后仍能保留较长 时间的鲜度和风味。 • 日本林原生化研究所最近的研究发现,水果和蔬菜 具有的活性氧去除能力在加工过程中会消失,而海 藻糖可抑制这一现象。
• 20世纪40 年代，从面包酵母中抽提海藻糖 获得成功，并建立了一套用酒精抽提面包 酵母，结晶分离海藻糖的方法，至今仍是 生产海藻糖的重要方法。 • 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。
2：发酵
• 选用一定的培养基培养微生物，通过生物 发酵产生海藻糖，再由培养液精制而成。 • 通过诱变、细胞融合或基因重组筛选出高 产海藻糖的菌株，采用高浓度的培养基及 高渗发酵，并在发酵结束前，让酵母处于 “饥饿”状态，可得到含海藻糖高的产物。
5：化学合成
• 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。 • 化学合成法缺点是产率低、分离困难, 目前 还处于研究阶段。
• 其实随着现代生物技术的发展,使上述各种 生产方法难以严格区分。每种方法的原理 基本都已经掌握，但是具体操作起来技术 上还有很大的障碍，因此这也同时对我们 来说是一个很好的研究方向。 • 比如菌株选育，如高活力的菌株、能分泌 胞外海藻糖而直接提取的菌株；海藻糖积 累的阻碍条件及细胞透性化提取技术等； 酶的特性及分离纯化，特别是酶的固定化 结合膜分离技术。
• 其保护机制一般认为是海藻糖的生物保护机构在 于强力地束缚水分子,与膜脂质共同拥有结合水或 海藻糖本身起到代替膜结合水的功用, 从而防止生 物体膜和膜蛋白等的变性。 • 不过海藻糖是如何稳定生物分子的，这一机理还 尚未研究透彻，主要存在“水替代”假说和“玻 璃态”假说。各有各的道理及支持它们的现象。 • 虽然还有一些没有彻底研究清楚，不过海藻糖的 这些性质现已被广泛应用了。
分子结构
• 海藻糖分子式为C12H12O11。 • 通常以2 水结晶形式存在,分子式为 C12H12O11 · 2H2O , 相对分子质量为 378.33(含两分子结晶水）。 • 比旋光度为[α]D+178°（20℃,1 %水溶液) 。 • 熔点为97 ℃,加热会失去结晶水。 • 其水溶液性质稳定,无色无臭,口感略带甜味。
• 日本味之素公司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。 • 该方法关键是通过诱变、细胞融合及基因 重组等方法选育高产海藻糖的菌株。 • 转化率低,副产物多。
3：酶合成
• 可采用葡萄糖、蔗糖、麦芽糖或淀粉为底 物，通过有关酶的作用转换成海藻糖。 • 葡萄糖为底物：尿苷二磷酸(UDP)- 葡糖+ 6 - 磷酸葡糖海藻糖- 6 - 磷酸合酶6 -磷酸海藻糖海藻糖 - 6 - 磷酸酯酶海藻糖 • 麦芽糖为底物：麦芽糖+ Pi 麦芽糖磷酸化酶葡萄 糖+ 葡糖- 1 - 磷酸海藻糖磷酸化酶海藻糖+ Pi • 由于酶的稳定性、高度专一性等原因，该 方法也不太适合于工业化生成。
3：农业领域
• 通过生物工程技术将海藻糖的转基因植物 培育成抗旱转基因植物，特别是粮食作物 富含海藻糖，能增强植物的抗旱性和耐寒 性，以利于沙漠、荒地的改造；还能使农 作物加工后显得更鲜，风味更佳。 • 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。
2：生物工程方面
• 研究发现海藻糖在高温下能保持酶的正常 活性, 甚至起热激活作用, 还能用于提高干 燥保存的酶的活性。在反应体系中加入海 藻糖, 使热敏感的酶在高温下稳定性和活性 增加, 可当作耐热酶使用, 海藻糖的这一作 用在生物药学和工业生产领域具有广泛的 应用价值。
• 可以用于一些如温度、干燥和化学变性剂 所引起酶的失活方面，海藻糖能起到很好 的保护剂的作用。 • 海藻糖无毒无害, 可以用于许多医药产品的 保存，如疫苗、抗血清、细胞等, 甚至是保 存外科手术所需的器官、血液、皮肤等。