海藻糖

前言

　　海藻糖是一種安全、穩(wěn)定的天然糖類，在自然界中許多可食用動(dòng)植物及微生物體內(nèi)都廣泛存在，如人們?nèi)粘Ｊ秤玫哪⒐筋?、蜂蜜、海藻類、酵母發(fā)酵食品中都含有含量較高的海藻糖，有些甚至含有占干重高達(dá)20%的海藻糖。海藻糖是由兩個(gè)葡萄糖分子以α，α?1，1?糖苷鍵構(gòu)成的非還原性糖，自身性質(zhì)非常穩(wěn)定。海藻糖最令人稱奇的生物學(xué)功能是優(yōu)良的抗逆保護(hù)作用，許多在逆性環(huán)境如干燥脫水、高溫、冷凍、高滲等狀態(tài)下表現(xiàn)出非凡耐受力的生物物種，都與它們體內(nèi)合成、積累大量海藻糖有直接的關(guān)系。如生活在峭壁巖石中的卷柏，干旱缺水時(shí)，它的枝葉枯萎、蜷縮起來，進(jìn)入了“假死”狀態(tài)，當(dāng)?shù)玫接晁虧檿r(shí)，它就大量吸水，枝葉舒展，又“復(fù)活”過來；中國東北的林蛙，冬季嚴(yán)寒下會(huì)被凍成一枝蛙形冰棍，但第二年春天到來，氣溫回升，林蛙身體解凍，心臟恢復(fù)跳動(dòng)，又變得活潑異常。海藻糖在自然界中扮演了如此重要的角色，人們毫不吝惜地將它贊譽(yù)為21世紀(jì)的“生命之糖”、“夢(mèng)幻之糖”、“神奇之糖”。海藻糖通過保護(hù)生物膜、蛋白質(zhì)等大分子不被變性失活，來維持生命體的生命過程和生物特征。外源性的海藻糖對(duì)生物體和生物膜、蛋白質(zhì)等大分子同樣具有突出的保護(hù)作用，使得海藻糖可作為生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的活性大分子的優(yōu)良保護(hù)劑，代替過去常用的血漿白蛋白作為疫苗、蛋白質(zhì)藥物、活菌制劑、血液制品、淋巴細(xì)胞、活體組織等生物活性物質(zhì)的穩(wěn)定劑。海藻糖獨(dú)特的功能特性還能在食品加工領(lǐng)域大顯身手，如對(duì)酸和熱的高度穩(wěn)定性、防止淀粉老化和蛋白質(zhì)變性、抑制脂肪酸敗、矯味矯臭功能、高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、低吸濕性、低甜度、非致齲性等。近年來還在動(dòng)物試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了海藻糖具有防治骨質(zhì)疏松癥、亨廷頓舞蹈癥等作用，進(jìn)一步擴(kuò)展了海藻糖的應(yīng)用范圍?！　?990年意大利的Lama等人在世界上首次發(fā)現(xiàn)來自嗜熱菌——硫礦硫化葉菌（Sulfolbus solfatarius）的酶能夠以淀粉為出發(fā)原料，在較高反應(yīng)溫度下直接轉(zhuǎn)化生成海藻糖，宣告了酶轉(zhuǎn)化法大規(guī)模制造海藻糖時(shí)代的到來。1995年，日本率先推出了酶法海藻糖產(chǎn)品，自此，海藻糖不僅在醫(yī)藥衛(wèi)生、化妝品和美容行業(yè)，而且在食品業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用也成為現(xiàn)實(shí)。到2006年，全世界海藻糖已有3萬噸以上的年生產(chǎn)量和消費(fèi)量。在海藻糖主要生產(chǎn)和消費(fèi)國日本，添加海藻糖的食品已經(jīng)達(dá)到了6000多種，幾乎涵蓋了整個(gè)食品領(lǐng)域，海藻糖已進(jìn)入了千家萬戶。我國在2002年也實(shí)現(xiàn)了酶法生產(chǎn)海藻糖的產(chǎn)業(yè)化，引發(fā)了生物制劑、化妝品、食品加工中海藻糖應(yīng)用的熱潮。　　為了使社會(huì)各界，特別是食品加工企業(yè)和廣大消費(fèi)者更好地了解海藻糖的特性和功用，更好地掌握海藻糖的應(yīng)用方法，長期從事海藻糖生產(chǎn)和應(yīng)用研究的黃日波教授研究組，總結(jié)了國內(nèi)外關(guān)于海藻糖生產(chǎn)和應(yīng)用的資料，編寫成書，包括海藻糖的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能，海藻糖的生產(chǎn)方法，海藻糖的應(yīng)用三章，供廣大讀者參閱，希望對(duì)從事海藻糖生產(chǎn)、應(yīng)用研究的技術(shù)人員及廣大消費(fèi)者能有所幫助。

內(nèi)容概要

本書詳細(xì)介紹了21世紀(jì)的一種新型糖類——海藻糖。書中不僅介紹了海藻糖的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、功能及其應(yīng)用前景，而且著者結(jié)合自身的科研成果和生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)闡述了海藻糖的各種生產(chǎn)方法和技術(shù)，最后全書以大量的篇幅重點(diǎn)介紹了海藻糖在醫(yī)藥領(lǐng)域、化妝品領(lǐng)域、食品加工領(lǐng)域及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用狀況。     本書內(nèi)容翔實(shí)，語言通俗易懂，是從事食品加工、糖類生產(chǎn)和醫(yī)藥研發(fā)等領(lǐng)域的科研生產(chǎn)人員的重要的、有價(jià)值參考讀物，同時(shí)也適合高校和科研院所生物技術(shù)、生物工程、食品、醫(yī)藥等專業(yè)師生和研究人員閱讀。

書籍目錄

第1章　海藻糖的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能 　1.1　海藻糖的發(fā)現(xiàn) 　1.2　海藻糖在自然界的分布和含量 　1.3　海藻糖的化學(xué)結(jié)構(gòu) 　1.4　海藻糖的一般性質(zhì) 　1.5　海藻糖的分析方法 　　1.5.1　蒽酮比色法 　　1.5.2　紙層析法 　　1.5.3　薄層層析法 　　1.5.4　DNS比色法 　　1.5.5　高效液相色譜（HPLC）法 　1.6　海藻糖的生物學(xué)功能 　　1.6.1　作為生物體的結(jié)構(gòu)組分 　　1.6.2　作為貯存碳源和提供能量的物質(zhì) 　　1.6.3　作為逆性環(huán)境下起重要保護(hù)作用的應(yīng)激代謝物 　1.7　海藻糖的抗逆保護(hù)作用機(jī)理 　1.8　海藻糖的應(yīng)用前景 　1.9　海藻糖的耐受性和安全性 　　1.9.1　海藻糖的消化吸收和耐受性 　　1.9.2　海藻糖的安全性 　參考文獻(xiàn) 第2章　海藻糖的生產(chǎn)方法 　2.1　天然生物提取法 　2.2　微生物發(fā)酵法 　2.3　化學(xué)合成法 　2.4　基因工程法 　2.5　酶轉(zhuǎn)化法 　　2.5.1　磷酸化酶法 　　2.5.2　雙酶法 　　2.5.3　海藻糖合成酶法 　2.6　新型海藻糖合成酶的發(fā)現(xiàn)和酶分子改造 　　2.6.1　新型海藻糖合成酶基因克隆和新酶鑒定 　　2.6.2　海藻糖合成酶的分子改造 　2.7　海藻糖的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 　參考文獻(xiàn) 第3章　海藻糖的應(yīng)用 　3.1　海藻糖在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用 　　3.1.1　治療用途 　　3.1.2　生物活性保護(hù)劑 　　3.1.3　其他輔料用途 　3.2　海藻糖在化妝品領(lǐng)域的應(yīng)用 　　3.2.1　海藻糖在化妝品中的功效 　　3.2.2　海藻糖在化妝品中的應(yīng)用 　3.3　海藻糖在食品加工領(lǐng)域的應(yīng)用 　　3.3.1　低甜度 　　3.3.2　低吸濕性和保水性 　　3.3.3　防止褐變反應(yīng)　　3.3.4　高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 　　3.3.5　防止淀粉老化　　3.3.6　防止蛋白質(zhì)變性　　3.3.7　矯味作用 　　3.3.8　海藻糖保持蔬菜、肉類的組織穩(wěn)定和保鮮作用 　　3.3.9　抑制脂質(zhì)氧化變質(zhì) 　　3.3.10　持久穩(wěn)定的能量來源　　3.3.11　海藻糖在家庭中的使用方法 　3.4　海藻糖在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用 參考文獻(xiàn) 附錄

章節(jié)摘錄

　　新西蘭著名昆蟲學(xué)家kleinpaste在搜尋世界上最頑強(qiáng)的生存者過程中曾得出結(jié)論：世界上生命力最頑強(qiáng)的動(dòng)物非常非常小，它就是緩步類動(dòng)物，如輪蟲、熊蟲和線蟲等。之所以得出這樣的結(jié)論，是人們發(fā)現(xiàn)了熊蟲和輪蟲等具有耐高溫、抗嚴(yán)寒、抗輻射的特殊本領(lǐng)。1827年，英國科研人員在非洲采回兩只輪蟲蛆（一種緩步類動(dòng)物）制成標(biāo)本，放在干燥的盒子里。到了1950年的一天，大英博物館的一位工作人員在搬運(yùn)這個(gè)標(biāo)本盒時(shí)，無意中把清潔用水灑到標(biāo)本上，不料兩只輪蟲蛆竟慢慢地蠕動(dòng)起來。干燥的昆蟲標(biāo)本竟然能復(fù)活，一時(shí)成了英國報(bào)刊的特大新聞。熊蟲這種只有在顯微鏡下才能觀察到的無脊椎動(dòng)物（0.1～1.2mm長），一般在潮濕的環(huán)境下生活，淡水、濕土、樹干、巖山以及水分充足的青苔和地衣，都是它們棲身的所在。一旦水分不夠，熊蟲則脫水進(jìn)入隱生狀態(tài)。20世紀(jì)20年代，德國佛萊堡大學(xué)的科學(xué)家把處在隱生狀態(tài)的熊蟲分別放在150~C和一200~C的環(huán)境達(dá)數(shù)分鐘，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不論是哪種情況下，只要恢復(fù)常溫并給予水分，熊蟲就會(huì)再度開始緩慢地步行。熊蟲亦能承受57萬倫琴的X射線，也就是說，熊蟲的抗輻射能力是人類的千倍之多。日本神奈川大學(xué)的科學(xué)家也曾試驗(yàn)，將進(jìn)入隱生狀態(tài)的熊蟲放進(jìn)密封的容器里，再將該容器放入盛滿水的高壓水箱中，逐漸地將壓力提到600MPa，相當(dāng)于最深的馬里亞納海溝的水壓的6倍，是絕大多數(shù)生物、包括細(xì)菌所能承受的壓力極限的兩倍。就這樣，那些參加試驗(yàn)的熊蟲絕大部分都安然無恙，經(jīng)受住了這種對(duì)許多動(dòng)物來說簡(jiǎn)直不可想象的考驗(yàn)。脫水的動(dòng)物如何能把生命隱藏起來而不死亡呢？科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，熊蟲進(jìn)入隱生狀態(tài)的脫水過程進(jìn)行得非常緩慢，首先熊蟲會(huì)把身體卷成桶形，將容易失水的表皮層隱藏起來，縮小水分蒸發(fā)的面積從而放慢脫水的速度。正是緩慢的脫水過程將使熊蟲有機(jī)會(huì)重新整理身體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，以便制造大量的碳水化合物，特別是甘油和海藻糖等保護(hù)物質(zhì)。甘油和海藻糖可以取代水，緊緊黏附在生命的基本物質(zhì)核酸和蛋白質(zhì)上，海藻糖還能保護(hù)細(xì)胞膜，使細(xì)胞在脫水時(shí)免遭破壞。熊蟲可將體內(nèi)含水量降至2％以下，以休眠狀態(tài)存在，此休眠期可長達(dá)10年以上，期間熊蟲遇到水分充足時(shí)，數(shù)分鐘內(nèi)便可吸水恢復(fù)行動(dòng)，開始攝食。　　卷柏是一種矮小的蕨類植物，可做藥用草藥，其枝葉很像柏樹，生在怪石嶙峋的巖石縫中，干旱無水時(shí)會(huì)卷曲、枯萎蜷縮成一團(tuán)，看似毫無生機(jī)。但只要有雨露滋潤，就會(huì)重新伸展枝葉，恢復(fù)成滿眼的翠綠，外觀上和正常植株難以區(qū)分。人們發(fā)現(xiàn)干枯的卷柏草藥保存幾年后再放入水中時(shí)，干枯的卷柏還可“復(fù)活”。因此，它又有九死還魂草、萬年青、長生草等美名。對(duì)這種植物的糖代謝進(jìn)行的研究表明，在生長期的卷柏中存在兩種主要的糖類——蔗糖和海藻糖，約占干重的14％，其中海藻糖是主要成分，占其中的90％。

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