海藻糖制备方法及应用研究概述

摘 要：海藻糖为一种性质稳定且不具有还原性的功能糖，具有保护生物活性物质的特殊功能，在各行各业中应用广泛，且具有广阔的发展前景。本文主要综述了目前海藻糖的制备方法和海藻糖的应用研究，探讨了海藻糖的发展动态及应用前景，以供相关人员参考。

关键词：海藻糖；功能糖；制备方法；应用研究

Review on Preparation and Application of Trehalose

ZHOU Peihua， LIU Lan， LIU Sai*， HOU Wenhui， ZHOU Ying， YUAN Liejiang

（Hunan Provincial Institute of Product and Goods Quality Inspection， Changsha 410017， China）

Abstract： Trehalose is a stable and non reducing functional sugar with special functions of protecting bioactive substances. It is widely used in various industries and has broad development prospects. In this paper， the preparation methods of trehalose and the application of trehalose were reviewed， and the development trend and application prospect of trehalose were discussed， for reference by relevant personnel.

Keywords： trehalose; functional sugar; preparation method; application research

海藻糖是由两个葡萄糖分子以α-1，1糖苷键构成的非还原性糖，性质很稳定，属于一种功能性糖，它具有保护生物活性物质的特殊功能，能很好地保护细胞和营养物质的结构，使生物体在极端异常情况下，仍能保持生命活力[1]。

海藻糖在医疗、药品、生化、分子生物学领域起着至关重要的作用，在食品行业、生物制品和医药行业、化妆品行业、农业等诸多领域被广泛应用，且应用前景非常广阔，有着“生命之糖”[2]的美称。本文主要从海藻糖的制备方法及应用研究方面对其进行概述。

1 海藻糖制备方法研究现状及发展动态

海藻糖因其优良的化学和生物学特性，引起了研究者们的广泛关注，因此诸多研究者对其进行了大量的研究[3]。海藻糖的制备方法，同其他营养成分及功能性成分一样，经历了从生物法抽提、酶法合成、微生物法发酵到基因工程法的历程。

1.1 生物法提取

最初海藻糖是从海带、海藻和芦荟等植物中被发现和提取，之后又从香菇、地衣、灰树花菌丝等食用菌中提取，研究最多的为从各种酵母细胞中提取和纯化。

王力等[4]通过不同的提取条件和提取试剂从海带中提取海藻糖，发现用甲醇和正丁醇等醇类提取效果较好。郭德军等[5]从香菇中提取海藻糖，李勇等[6]以石耳类地衣为试验材料，研究了地衣中海藻糖的提取方法。陶昆等[7]研究了微波辅助提取灰树花菌丝体中海藻糖的方法，测定方法为蒽酮-硫酸法。

生物提取法所用的微生物一般大多是酵母菌。从啤酒、面包酵母等含海藻糖的微生物中提取[8-9]，测定方法为3，5-二硝基水杨酸（3，5-Dinitrosalicylic acid，DNS）法[8-9]。提取流程一般是活性酵母→离心→去杂质→纯化→干燥。目前这种传统工艺很成熟，但因为收率较低、生产成本高、周期长等缺点未能在现代食品工业中得到广泛应用。

1.2 酶法合成

酶法生产主要以淀粉、糖类[10]等为底物，通过海藻糖酶的作用，直接转化为海藻糖。分别是以薯类、谷物等中的淀粉和麦芽糖为底物，使用酶生产海藻糖。酶法转化生产海藻糖有单酶法、双酶法和多酶复配法[11]等。不同的菌种海藻糖合成酶得率不一样，以栖热水生菌所产酶得率最高，文献报道得率在80%以上[12]。2000年，南宁中诺成功开发出酶法转化木薯淀粉生产海藻糖的工艺，将底物经双酶分解为短链糊精后，再经海藻糖合酶作用转化生产海藻糖[3]。

曹媛等[13]比较了利用双酶法和单酶法为代表的生物酶转化技术制备海藻糖，酶合成法成为过去一段时间研究的热点。双酶法以淀粉为原料，在低聚麦芽糖基海藻糖合成酶和水解酶的协同下，将直链淀粉转化成海藻糖。单酶法直接利用海藻糖合成酶将麦芽糖转化为海藻糖。单酶法因反应过程易控、工艺简单、副产物少等优点而受到广泛关注。

1.3 微生物法发酵

海藻糖的直接提取法得率不高，生产成本过高，且对环境会造成一定程度的污染；酶合成法中酶试剂的价格昂贵，且酶试剂的生产被美国、日本少数国家垄断，酶法生产局面被动。近年来，微生物发酵法生产海藻糖应运而生。李滢冰等[14]在灰树花深层发酵中积累海藻糖，找到了最佳的培养基配比、海藻糖积累的稳定期和含量最大值时期。段莹莹等[15]从土壤分类筛选得到一株能产海藻糖的菌株，经过发酵条件优化，以麦芽糖产海藻糖的转化率为49.8%。杨梅玉等[16]通过对大肠杆菌进行诱导产生海藻糖合成酶，在合适条件下，收率可达69.29%。

1.4 基因工程法生产

由于海藻糖合成酶多数为胞内酶，野生菌种的酶活较低、海藻糖转化率较低，工业应用一般采用基因工程改造生产菌。在微生物发酵法和基因技术的基础上发展起来的基因工程法为目前海藻糖合成酶研究的热点方向。况丹等[17]对黏细菌 Myxococcus sp. CYD-1 海藻糖合酶基因克隆及酶学特性进行了分析，从菌种CYD-1基因组中克隆到一个编码海藻糖合成酶的基因MCTs。曾有研究者从红色亚栖热菌和玫瑰微球菌中分别克隆到海藻糖合成酶基因。大肠杆菌为良好的载体微生物，可以很好地表达外源基因，黄英等[18]在大肠杆菌中采用克隆技术表达了玫瑰链霉菌海藻糖合成酶基因，所产的海藻糖合成酶对底物麦芽糖的转化率在82%以上。晏星辰[19]也进行了高密度发酵重组大肠杆菌产海藻糖合成酶的研究，结果表明海藻糖合成酶的酶活达到

（24 000±350）U·mL-1。人们发现海藻糖是一种典型的应激代谢物，其在生物体内含量的高低与生物体所处的环境密切相关。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、高渗透压等条件下[12]，体内海藻糖的含量明显增加，可达细胞干重的9%～15%。魏杨建等[20]研究了鲁氏接合酵母海藻糖耦合发酵过程的转录组差异，在高温胁迫下发酵后期，海藻糖从23.65 mg·g-1 DCW（湿菌体折算系数0.2）增加到最大值80.78 mg·g-1 DCW，测定方法为气相色谱法。

2 海藻糖的应用及前景分析

目前海藻糖的应用范围广，涉及食品、生物制品、医药、化妆品等诸多领域，未来随着人们对生活质量要求提高，应用前景将会更加广阔，需求量将会持续增大。

2.1 海藻糖在食品工业的应用

海藻糖甜度温和、味感爽口，能保持产品的原有味道，是一种高质量的糖分，且非还原性使得海藻糖在与氨基酸、蛋白质共存时，即使加热也不会产生褐变，海藻糖是天然物质中最稳定的糖，即使在100 ℃、pH值3.0这样的高热酸性环境中也不会着色分解，这些特性使得海藻糖非常适用于需要高温、酸性工艺处理的食品、饮料、罐头等行业。

在食品工业中，有些食品本身不吸湿，但是加入糖类物质后，吸湿性增加，吸湿能力变强，不仅影响食品的风味[3]，还造成食品储藏风险和成本增大。海藻糖作为食品甜味剂能很好地解决这一难题。海藻糖吸湿性低，即使相对湿度达到95%仍然不会变潮。

海藻糖能稳定食物中超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）活性，有助于防止人体在摄入食物时产生大量超氧离子和自由基，能有效降低人体在食物代谢过程中存在的致畸风险。

2.2 海藻糖在医药生物行业的应用

海藻糖能在不适宜生命存活的条件下，使细胞表面形成保护膜，对生物制品起到保护作用，如果生物制品能在常温下保存和运输，则可使成本大大降低。目前，李春艳等[21]使用海藻糖作为保护剂保存冻干人用狂犬病疫苗，可以保存12个月，效价稳定；吕芳等[22]选用海藻糖作为耐热保护剂，室温保存鸡新城疫活疫苗，均能产生抗体，免疫效果同商品化疫苗一致。

海藻糖可作为稳定剂用于保存疫苗、激素、血液以及常规条件下不稳定、易失活的DNA限制内切酶[23]。海藻糖在药物传递过程中还可以充当良好的辅料，对于骨质疏松、干燥症、亨廷顿舞蹈症等都有一定的辅助治疗作用[24-25]。同时海藻糖还具有很好的保湿性和皮肤修复作用[26]。

2.3 海藻糖在农业方面的应用

海藻糖也可应用于农业方面，海藻糖对植物具有抗高、低温和抗旱等保护作用。全球气候变暖，高温能够降低小麦的光合作用，阻碍光合作用的顺利进行，还会降低叶片中叶绿素的含量，抑制小麦的生长，长期胁迫导致小麦最终衰老和死亡。何丹[27]研究了海藻糖与生长素在小麦抗高温中的作用，研究结果表明与生长素组相比，海藻糖与生长素共同处理能够矮化植株，避免叶绿素损失造成的叶片衰老，且能减少新生根的产生，通过维持根系活力，保证根具有一定的活跃吸收面积，能够吸取足够的养分，维持生长。ZHANG等[28]利用外源性海藻糖对玉米和小麦进行研究，发现外源性海藻糖能够改善玉米和小麦在高温情况下停止生长的状态，促进其碳水化合物的合成。

通过将产海藻糖的基因导入农作物[29]，使用生物工程技术培育筛选有海藻糖合成能力的农作物作为抗旱经济作物，能增强植物的抗旱性和高低温适用性[3]。研究表明，富含海藻糖植物品种能有效抵御干旱、低温、多盐，且产量高。有研究报道，部分科学家正在选育具有海藻糖富集能力的植株，用于绿化荒旱地，改善日益严重的沙漠化问题[30]。

3 结语

目前我国海藻糖的提取和生产技术在实验室基础研究阶段较多。国内大多数海藻糖生产厂家为了高效获得高品质的海藻糖，不得不从日本等国进口大量海藻糖合成酶制剂用于生产，造成我国海藻糖的生产成本居高不下，在市场竞争中优势不明显。未来需要学者研发更多的生产技术，进一步促进海藻糖的实际应用，满足不断增长的工业需求。

参考文献

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[8]王宜磊，朱陶，孟国庆，等.啤酒酵母海藻糖提取工艺研究[J].安徽农业科学，2014，42（33）：11884-11887.