海藻糖的特性及其应用彭亚锋,周耀斌,李勤,薛峰,冯俊(上海市质量监督检验技术研究院/国家食品质量监督检验中心(上海),上海 200233)摘 要:海藻糖是由两个葡萄糖分子以α,α,1,1-糖苷键构成的非还原性糖,自身性质非常稳定,具有独特的生物学特性、对生物抗脱水的保护作用、抗冷冻保护作用和抗高渗保护作用,同时赋予了防止淀粉老化、防止蛋白质变性、抑制脂类物质酸败、抑制鱼腥味的生成、矫正味道和矫正气味作用、抑制大米的米糠臭、保鲜、稳定物料中的超氧化物歧化酶、防蛀牙和补充能源等功能特性。
而自然界中如蔗糖、葡萄糖等其它糖类,均不具备对多种生物活性物质具有神奇的保护作用这一功能;这一独特的功能特性,使得海藻糖除了可以作为蛋白质药物、酶、疫苗和其他生物制品的优良活性保护剂以外,还是保持细胞活性、保湿类化妆品的重要成分,更可作为防止食品劣化、保持食品新鲜风味、提升食品品质的独特食品配料,拓展了海藻糖作为天然食用甜味糖的功能。
关键词:海藻糖;特性;功能;应用;前景中图分类号:TS20211 文献标识码:A 文章编号:1006-2513(2009)01-0065-05App li ca ti o n p r o spect of treha l o sePENG Ya2feng,ZHO U Yao2b i n,L I Q i n g,XUE feng,FENG Jun(Shanghai I nstitute of Quality I ns pecti on and Technical Research/Nati onal Food Quality Supervisi on and I ns pecti on Center(Shanghai),Shanghai 200233)Abstract:Trehal ose is a non2reducing sugar for med by t w o glucose molecules bet w eenα,α-1,1-glycosidic bond and is one of the most stable sugars in the world.It can effectively p revent organis m da mage in freezing,drying and heating.It has s pecial bi ol ogic characteristic including dehydrati on t olerance,freezing t olerance and hypert onic t oler2 ance.It can als o p revent starch retr ogradati on,p r otein denaturati on,li p ids rancidity,fishy s mell inhibiti on,keep ing rice fresh and stabling S OD in the ra w material.It is als o an energy s ource as well as keep ing teeth fr o m decay.No oth2 er natural sugar can compete with trehal ose unique p r operties.It is now become a p r otective reagent in p r oducing medi2 cines,enzy me,vaccines and other bi o2p r oducts.It is als o an i m portant component of keep ing cell activity and cos metics moisture.Further more,trehal ose is a unique food ingredient which can avoid the f ood degradati on and keep the fresh flavor.A s a s weetener,trehal ose is widely used in f ood p r ocessing.Key words:trehal ose;p r operty;functi on;app licati on;p r os pect海藻糖作为一种天然的糖类,最早发现海藻糖的是W igger,他在研究黑麦的麦角菌时,让溶液静置一段时间之后,发现在容器壁中形成一些无色、非还原性、微甜的糖晶体[1][2]。
随后人们发现它在自然界的动植物和微生物中广泛存在, Elbein总结了各种生物中海藻糖的含量分布,近80种植物、藻类、真菌、酵母、细菌,昆虫到无脊椎动物都罗列其中[3]。
经过100多年的研究,直到进入20世纪90年代,较大规模的工业化生产才得以实现。
由于海藻糖的结构明显不同于其他低聚糖类,自然就赋予了它独特的理化性质与生物学特性,学术界对海藻糖的作用机理和应用收稿日期:2008-11-17作者简介:彭亚锋(1967-),男,高工,研究方向:食品加工与检验。
进行了广泛地研究。
1海藻糖的理化特性、生物学功能和功能特性111海藻糖的化学结构海藻糖(Trehal ose),又名覃糖,是由两个吡喃环葡萄糖分子以α,α-1,1键连接而成的双糖,化学名为α-D-吡喃葡糖基α-D-吡喃葡糖苷(a2D2glucosideo2a2glucosideo),分子式为C12 H22O11・2H2O,分子量378133。
海藻糖理论上存在有三种不同的正位异构体(Anomers),即α,α-型、α,β-型和β,β型。
但在自然界中广泛存在的只有α,α-型异构体,也就是通常所说的海藻糖(Trehal ose),也被称作蘑菇糖(Mycose, Mushr oom sugar),其余两种很少见,仅在蜂蜜和王浆中发现了少量的α,β-型海藻糖(新海藻糖,Neotrehat ose);另一种β,β型也被称作异海藻糖(Is otrehal ose)[4]。
112海藻糖的理化性质海藻糖的理化性质见表111。
同其他糖相比,海藻糖具有一些特殊的理化特性。
表111海藻糖的理化性质[6]熔点:含结晶水9710℃不含结晶水214～216℃溶解热:含结晶水5718J/mol不含结晶水5314J/mol甜度:相当于蔗糖的45%溶解度(溶解在100mL水中的海藻糖克数):10℃30℃50℃70℃90℃55138613140112511460219 (易溶于水、热乙醇,不溶于乙醚)渗透压:5%10%20%30%(w/w)1932986901229(mos m/kg)旋光度[α]D=178°(20℃,1%水溶液)消化性小肠内有海藻糖酶,能消化吸收。
氨基酸溶液中热稳定性无褐变(100℃,90m in)蛋白质水溶液中热稳定性无褐变(100℃,90m in)水溶液的保存性(无菌)无褐变(37℃,12个月) pH稳定性≥99%(pH315～10,100℃,24小时)113海藻糖的生物学功能11311 海藻糖独特的生物学特性[6][7]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。
11312 海藻糖对生物抗脱水保护作用[7][8][9][10][11][12]1989年,Green等提出了海藻糖的高效力生物保护作用与它的玻璃态形成有关。
11313 海藻糖抗冷冻保护作用[6][7][11]D iniz2Mendes等(1999)研究发现添加外源海藻糖明显地提高了酵母细胞的存活率。
11314 海藻糖抗高渗保护作用[6][7][11]Madhu Page2Shar p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(compatible s olutes)的作用性质。
Pi per(1998) [13]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。
11315 海藻糖对生物制品的干燥与保存作用黄成垠等(1997)[14]研究发现,干燥条件下海藻糖对胆固醇氧化酶、胆固醇酯酶和辣根过氧化物酶等三种医用诊断工具酶的活性具有明显的保护作用,加海藻糖干燥的上述三种诊断酶分别在70天、150天和210天后测定酶活性,结果表明,这三种酶的活性均保持在90%以上,而未加海藻糖保护的对照,活性降至20%以下。
杨小民等[15]通过测量海藻糖、葡萄糖、蔗糖、葡聚糖、纤维素酶以及纤维素酶分别与这些糖的混合物的红外光谱和差示扫描量热谱图的试验结果表明,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。
114 功能特性11411 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。
11412 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。
11413 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。
11414 抑制鱼腥味的生成 在鱼类食品加工过程,尤其是在加热处理时会产生三甲胺,这就是鱼类食品令人不快的腥味的重要成分。
如果在加热前加入海藻糖,就能抑制三甲胺的生成,降低不快臭味的产生。
此外,添加海藻糖,也能减轻鸡、鸭、鹅肉等怪味。
11415 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。