天然六碳糖L-岩藻糖的特性及功能

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      中国传媒联盟讯：摘要：岩藻糖又称6-脱氧-半乳糖是一种稀有的六碳单糖。在自然界中中D-型和L-型两种形式存在。其中L-岩藻糖作为一种重要的基础糖，在很多领域发挥着重要作用。

      岩藻糖是一种广泛存在的天然糖，亦称6-脱氧-半乳糖，半乳甲基糖等，有两种异构体，分别是6-脱氧-D-半乳糖，6-脱氧-L-半乳糖。岩藻糖属于一种稀有糖，在许多不同来源的天然产物中均可发现岩藻糖。岩藻糖出现在多种人乳低聚糖、海胆卵和蛙卵中。L-岩藻糖存在于来自植物的多糖中，如海藻，黄芪胶，马铃薯，猕猴桃，大豆，翼豆各变种、卡诺拉油菜等。人类或动物糖蛋白的N-和O-糖基链两者均可以含有结合在碳水化合物链末端的L-岩藻糖。此外，来自各种细菌、真菌和微藻类的胞外多糖也含有L-岩藻糖。

      由于L-岩藻糖在很多领域发挥着重要作用，如增强免疫力，抗感染，维持肠道有益微生物的平衡，作为营养补充剂，用于皮肤保湿和延缓皮肤老化等，因此近年来，对L-岩藻糖的关注度越来越高。

      L-岩藻糖一般的合成一般有三种方法[1]：一是酶和微生物辅助的方法；二是从天然来源生产岩藻糖，从天然产物分离出包含岩藻糖的寡糖，使该寡糖水解产生包含岩藻糖以及相关糖类或其衍生物的复杂混合物，再从混合物中回收岩藻糖，通常需要成熟的分离技术，如离交、层析、透析、分步结晶等方法[2]。三是化学合成岩藻糖，是指以L-半乳糖、D-半乳糖、L-阿拉伯糖、D-葡萄糖、D-甘露糖和L-鼠李糖等单糖为底物，进行化学改性，制得L-岩藻糖。化学改性过程包括还原、酸性水解、差向异构等[3]。

      目前，国外对L-岩藻糖的制备工艺的研究已取得一定的成果，2011年丹麦格礼卡姆股份有限公司申请了专利《用于岩藻糖结晶的方法》，同年，该公司又申请了专利《L-岩藻糖的制造方法》。国内对L-岩藻糖的研究还较比较少，李平平[4]以L-半乳糖为原料，对L-半乳糖的C-6碳进行脱氧得到了L-岩藻糖。总体来说目前对L-岩藻糖的研究主要停留在用法学方法合成L-岩藻糖上，而利用酶活微生物辅助，以及从天然来源中生产岩藻糖的相关报道仍然较少。

      1 理化特性

      岩藻糖，分子式为：C₆H₁₂O₅，分子量为164.16，是六碳糖的一种，比一般六碳糖在第六个碳原子上少一个羟基，也可以看做是一种甲基戊糖。分子结构式见图1。亲水性比其他单糖弱，而疏水性强一些。可溶于水，难溶于乙醇，轻微甜，低热值。熔点154℃。耐热、耐酸、耐储存。一般可通过通过结晶法制得高纯度的岩藻糖晶体，晶体为无色针状晶型。L-岩藻糖为醛糖，具有还原性，能够与斐林试剂以及班氏试剂在水浴加热条件下产生砖红色沉淀，遇到强氧化剂不稳定。

      由于L-岩藻糖特殊的化学结构，在哺乳动物细胞中，L-岩藻糖属于N-和O-链接的糖复合物的一种共同组分[5]，通产位于被修饰的糖基片段的末端。末端修饰的岩藻糖赋予糖复合物重要的生物功能特征。

图1 岩藻糖的化学结构式：吡喃式（左）和醛式(右)

      2 生理功能

      2.1 维持肠道内微生物平衡

      Pickard等人的研究表明[6],L-岩藻糖可以保持肠道内有益菌的平衡。L-岩藻糖不能被肠道肠壁细胞利用，但是可以作为肠道内有益菌群的能量来源，从而增殖肠道内的有益菌群。Pickard的研究小组，以小鼠为研究对象，当小鼠生病时，通常会减少摄食来保存能量以及剥夺病原体的影响，但是这会伤害肠道内的有益菌。如果小鼠肠道内存在L-岩藻糖，则不会影响肠道内的有益菌，并且生病的小鼠康复的更快。
      L-岩藻糖通过调节肠道内微生物的平衡，还可达到调整肠道功能的效果，防止便秘、腹泻等疾病。

      2.2 调节血脂、胆固醇

      许多研究指出，心血管疾病的发生往往与血清中甘油三酯以及胆固醇的含量偏高有关。而通过饮食调理可有效地降低血脂及胆固醇，维持在较正常的水平L-岩藻糖能够很好的降低血清中血脂、胆固醇的含量，患者易于接受，推测机理可能与L-岩藻糖能够阻吸脂肪、胆固醇等有关[7，8]，L-岩藻糖能够束缚胆汁酸，并阻止胆汁酸的吸收，加速胆汁酸随粪便排出体外，从而促进胆固醇像胆汁酸的转变，降低胆固醇水平。持续使用L-岩藻糖，还可以保护肝脏，预防脂肪肝、动脉粥样硬化等疾病，体重也呈下降趋势。

      2.3 抗感染、炎症，增强免疫力

      L-岩藻糖具有免疫增强因子的功能，一方面L-岩藻糖可以通过对肠道微生物的调整，增强肠道机能，使机体快速从疾病中恢复，另一方面，L-岩藻糖还可以与病毒、细菌、毒素等结合，防止其感染细胞，增强机体免疫力。经常使用L-岩藻糖，可以改善一系列免疫力低下导致病症，如体质虚弱、营养不良、疲乏无力、睡眠障碍、食欲降低等。另外，L-岩藻糖还可以预防和治疗某些呼吸道感染疾病，如扁桃体炎、支气管炎等。

      2.4 营养补充

      L-岩藻糖是是人母乳中单糖之一，是理想的膳食补充剂和婴儿食品的营养补充剂。L-岩藻糖也是生物体中不可缺少的单糖，可与蛋白质形成各种糖复合物，这些糖复合物一般具有特殊的生物功能，如细胞表面糖基片段岩藻糖基化程度降低，会导致白细胞粘附缺乏[9],骨骼异常与智力缺陷也可能与岩藻糖基化程度低有关[10]。因此，适当补充岩藻糖，可保障人体对岩藻糖的正常需要。

      2.5 皮肤保湿及延缓皮肤衰老

      L-岩藻糖本身具有一定的保湿性，可用于皮肤保湿。另外L-岩藻糖开可以保护皮肤以及延缓皮肤衰老。L-岩藻糖可刺激纤维母细胞增生，防止辐射、紫外线等对纤维母细胞造成的伤害，并降低皮肤中蛋白水解酶MMP-2与MMP-9的活性，进而减少皮肤损伤。适量在皮肤上涂抹L-岩藻糖，可以增加皮肤表皮层、真皮层与皮肤总厚度，加速皮肤组织的新生，较少皱纹，增强皮肤弹性，从而延迟皮肤衰老。

     3 L-岩藻糖的应用

      近年来，人们一直致力于寻找减糖减甜，同时又能够满足人体营养与健康需求的配方，L-岩藻糖甜度低，热值低，且具有一系列对人体有益的生理功能，正可以满足上述要求，而且使用方便，还有优越的耐酸、耐热性，L-岩藻糖在食品领域可有广泛的应用。

      3.1 在乳品、饮料中的应用

      L-岩藻糖可以替代蔗糖直接添加在饮料、乳品中，而且低甜度的特性，又可以保持食物的原有风味不受影响，从而可以应用到需要减糖减甜同时又强化营养的饮料、乳品中。L-岩藻糖添加到冰淇淋、奶酪等脂肪含量高的食品中，还可以减轻代谢脂肪时造成的胆固醇等上升的风险。近年来，发酵乳和乳酸饮料消费量递增，在这些饮料中添加适量的L-岩藻糖，可使有益菌的生物机能得到充分发挥。

      3.2 在豆制品中应用

      豆类制品在我国历史悠久，是我国人民摄取蛋白质的主要来源，也是植物蛋白食品的重要原料。从传统的豆腐、豆浆到现代休闲的豆乳、豆粉等，均被用于满足人满营养需求，保持膳食平衡，收到广大消费者的青睐。在豆制品中添加L-岩藻糖，可带动豆制品产品升级，赋予豆制品更多的功效，如赋予豆制品调整肠道菌群平衡的功能，满足人体对L-岩藻糖的需求，提高免疫因子含量，降低胆固醇、血脂等。

      3.3 在保健食品中应用

      连续使用L-岩藻糖，可以降低血清中甘油三酯以及胆固醇的含量，因此L-岩藻糖可添加在保健品中，用于控制高血脂、高胆固醇人群的血脂、胆固醇水平，预防心脑血管疾病。L-岩藻糖对提高免疫力的优越性，也可以使其添加在保健品中，提高特殊人群（如老年人、儿童）的免疫力，减少感染疾病的概率，同时还可以改善睡眠，改善营养不良，食欲不振等症状。

      3.4 在婴幼儿食品中应用

     L-岩藻糖是是人母乳中单糖之一，是理想的膳食补充剂和婴儿食品的营养补充剂。L-岩藻糖可缓解婴儿断乳后的厌食、腹泻、营养吸收效率降低等症状，帮助断乳婴儿健康渡过断乳适应期。

      3.5 在化妆品中的应用

      L-岩藻糖对皮肤的保护作用，使得L-岩藻糖在化妆品行业中具有广泛的应用前景：

      L-岩藻糖具有保湿性，应用于补水产品中，可提高补水产品对皮肤的保湿性；L-岩藻糖对皮肤中纤维母细胞的保护作用，使其能够应用在各种防辐射、防晒化妆品中，保护皮肤不受各种辐射、阳光照射损伤；L-岩藻糖还可以加速皮肤组织的新生，增强皮肤弹性，较少皱纹，从而可以应用在各种抗皱抗衰老化妆品中。

      4 市场前景

      目前，对L-岩藻糖的应用还停留在医药领域，食品行业及其他行业对L-岩藻糖的应用还较少，但是L-岩藻糖优越生理特性和应用价值，使其市场潜力非常大。多年来L-岩藻糖一直应用于制药领域，市场上的L-岩藻糖多为医药级，近期西宝生物推出了纯度96%以上的食品级和化妆品级L-岩藻糖结晶产品。相信经过推广，L-岩藻糖的应用价值能够为国内较多食品企业所接受。

      另外，从目前世界上存在几大热点来看，（减糖减甜，营养健康配方的风靡；心脑血管疾病的频发，使得对这类疾病的预防称为趋势；特殊人群的营养强化与膳食补充等），L-岩藻糖在这几方面的应用价值一旦受到消费者认可，将会产生巨大的消费利润，因此L-岩藻糖市场前景看好。

参考文献
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[4] 李平平。L-岩藻糖及其衍生物的合成与优化。硕士论文2014.5 。
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[6] Pickard J M, Maurice C F, Kinnebrew M A, Abt M C, Schenten D, Golovkina T V, Bogatyrev S R, Ismagilov R F, Pamer E G, Turnbaugh P J, Chervonsky A V. Rapid fucosylation of intestinal epithelium sustains host-commensal symbiosis in sickness. Nature.,2014,30,514(7524):638-41.
[7]李德远徐站黄利民海带岩藻糖胶对大鼠饮食性高血脂症的影响。食品科学 2001, 22，92-95。
[8] 李德远徐站张声华海带岩藻糖胶对小鼠高胆固醇血症防治作用。食品科学，1999，20（1），45-46。
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[10] Kansas, G S, Wood, G S, Fishwild, D M. The gene defective in leukocyte adhesion deficiency Ⅱencodes a putative GDP-fucose transporter, J Immunol. 1985,134:1997.

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