海藻糖的制备及相关研究

背景及概述

海藻糖是由两个吡喃环葡萄糖分子以α,α-1,1键连接而成的非还原性双糖，海藻糖在高温、高寒、高渗透压及干燥失水等恶劣环境条件下能稳定细胞膜和蛋白质的结构，有效地保护细胞膜和蛋白质分子不变性失活，从而维持生物体的生命过程和生物特征，因此海藻糖对生物体具有神奇的保护作用。因为海藻糖具有此独特功能，使其可以作为 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，大大拓展了海藻糖作为天然食用甜味糖的功能。目前海藻糖广泛应用于食品、农业、医药等领域。

两分子D-吡喃葡萄糖的异头碳原子(C1)上的半缩醛羟基之间去水缩合而成的非还原性双糖。分三种：α，α-海藻糖、α，β-海藻糖和β，β-海藻糖。种最常见，后二种极少见。α，α-海藻糖的化学结构式如下。作为贮存性糖广泛存在于生物界。在昆虫、无脊椎动物、酵母、真菌、藻类、蕨类以及高等植物中均发现其存在。是卷柏属植物光合产物的一种运输形式。

用途：食品添加剂，甜味剂，本品甜度相当于蔗糖45%;将本品添加到含水蛋白食品中，在冰点以上冷冻干燥，可使食品不变质;因本品为非还原性糖，与氨基酸及蛋白质共同加热时，不会发生褐变反应(Maillard reaction);本品耐酸、耐热性好，加到食品中不变色、不分解、易消化、易吸收，与蔗糖相比，产生龋齿性小;可防止淀粉老化，化妆品方面，用于护肤品，保持皮肤的高水分;用于唇膏基料;也可用于化妆水、面乳、香精。医药方面，用作试剂;脏器移植的保存液;酶稳定剂等。

制法：利用淀粉为原料，液化，用耐热性 α-淀粉酶发酵、糖化，再用异构化淀粉酶作用，生成粗制品，分离，脱色，过滤，离子交换脱盐，过滤，浓缩，结晶，分离，干燥，可制得。

制备

一种利用固定化海藻糖合成酶生产海藻糖的方法，包括如下步骤：

（1）将热带假丝酵母接种于发酵培养基中，在温度28℃的条件下，培养70h，制得发酵液；上述发酵培养基组分如下，均为重量百分比：麦芽糖3%，蛋白胨0.6%，牛肉膏0.4%，KH2PO40.1%，MgSO4•7H2O0.06%；余量水，pH6.0；

（2）将步骤（1）制得的发酵液在4℃条件下进行6000r/min冷冻离心20min，收 集湿菌体，用浓度1mol/L的磷酸钠缓冲液悬浮菌体，制成菌悬液，再采用高压均质机， 在温度为4℃，破碎压强为140Mpa的条件下，进行菌体的破碎，4℃条件下6000r/min 冷冻离心10min后，收集所得的上清液即为粗酶液；
在搅拌状态下，将固体硫酸铵粉末加入粗酶液中至浓度达到25℃条件下硫酸铵饱和度的30%，离心后取上清液，制得的海藻糖合成酶液的酶活为54U/g湿菌体；

（3）在戊二醛质量浓度为0.5%，海藻糖合成酶液与壳聚糖凝胶的体积质量比为6:1、 pH8.0、温度15℃的条件下，体积质量比单位为ml/g，进行交联包埋反应13h，制得固定化海藻糖合成酶；

（4）配制质量浓度10%的麦芽糖溶液，调节pH7.8，制得麦芽糖底物溶液；

将步骤（3）制得的固定化海藻糖合成酶与麦芽糖底物溶液按4:1的体积比混合， 经43℃、搅拌速度为150r/min的条件下转化24h、用14目的滤网过滤分离，滤液即为海藻糖，滤渣为固定化海藻糖合成酶，经清水浸泡4h后，重复利用。

经检测，初次转化率为70%，固定化海藻糖合成酶重复利用10次后转化率为68%， 固定化海藻糖合成酶重复利用20次后转化率为65%，平均每次生产时间为22小时，且重复生产20次的过程中，未染杂菌。    

相关研究

张本光等人研究了低温环境对淡色库蚊体内海藻糖和海藻糖酶含量的影响。方法 在4℃环境中对淡色库蚊四龄初幼虫和雌成蚊分别冷处理0、1、3、6、12、18、24 h和0、1、3、6、12、18、24、36、48、72 h,采用酶联免疫吸附法测定低温处理不同时间淡色库蚊幼虫和成蚊体内海藻糖和海藻糖酶含量。结果：经低温处理后,淡色库蚊幼虫和雌成蚊体内海藻糖和海藻糖酶平均含量均明显增加。幼虫和雌成蚊体内海藻糖变化趋势一致,均在低温处理3 h达到值,平均值分别为(2.458 8±0.379 2)mg/g和(2.825 7±0.211 1)mg/g。海藻糖和海藻糖酶在低温处理前6 h内变化幅度较大,经过一段时间适应后,稳定保持在相对较高水平。结论：低温能快速诱导淡色库蚊体内海藻糖和海藻糖酶产生,海藻糖和海藻糖酶在提高淡色库蚊抗寒性方面可能发挥重要作用。

主要参考资料

[1] [中国发明,中国发明授权] CN201310182033.8 一种利用固定化海藻糖合成酶生产海藻糖的方法

[2] 农业大词典

[3] 实用精细化工辞典

[4]张本光,李亚平,马荣,程鹏,郭秀霞,王海防,刘丽娟.低温对淡色库蚊海藻糖和海藻糖酶的影响[J/OL].中国血吸虫病防治杂志:1-3[2019-08-24].https://doi.org/10.16250/j.32.1374.2018131