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磐升小課堂|海藻糖為什么被稱為“生命之糖”？

2024-06-21 20:30:36 閱讀
磐升小課堂|海藻糖為什么被稱為“生命之糖”？
海藻糖在科學(xué)界被稱為“生命之糖”，國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《Nature》曾發(fā)布專題文章，給予了海藻糖極高的評價：對很多生命體而言，海藻糖的有無，意味著生存或死亡。

從上推斷，海藻糖并非僅存在于海藻中。自從1832年Wiggers首先從黑麥的麥角溶液中發(fā)現(xiàn)并結(jié)晶了海藻糖后，至今已發(fā)現(xiàn)上百種生物能合成海藻糖，這些生物廣泛分布于植物（尤其是復(fù)蘇植物）、動物（昆蟲和其他無脊椎動物）、真菌（酵母、霉菌和擔(dān)子菌等）、藻類和原生動物、原核生物（細(xì)菌和藍(lán)細(xì)菌等）以及古菌等幾大生物類群。



海藻糖是一種天然存在的糖（結(jié)晶形式）

在不同的生物中，海藻糖具有不同的生理功能，這些功能包括作為抗逆代謝應(yīng)急物、儲藏碳源或能源物質(zhì)以及組成細(xì)胞的結(jié)構(gòu)物質(zhì)，還有對生物體、生物組織和器官以及生物大分子的非特異性保護(hù)作用。

對于人類而言，海藻糖憑借其獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)賦予的理化性質(zhì)和生物學(xué)功能，被應(yīng)用于食品工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、化妝品工業(yè)、分子生物學(xué)等領(lǐng)域。

食品工業(yè)

海藻糖的一些獨(dú)特的理化特性和生物學(xué)功能，使其在食品加工業(yè)中可以有多方面的應(yīng)用。如其非還原性，使其不發(fā)生美拉德反應(yīng)，從而在食品加工中表現(xiàn)出低呈色性；而其低吸濕性和保濕性，使其可以應(yīng)用于蔬菜和水果的保鮮；其凍結(jié)和干燥抗性，可以使其作為蛋白抗變性劑和穩(wěn)定劑應(yīng)用于如蛋制品、乳制品、肉制品、魚制品及豆制品等多種富含蛋白質(zhì)的食品加工中；其低而柔和的優(yōu)質(zhì)甜味，可以使其替代蔗糖作為甜味劑（尤其需要低甜味時）和口感改良劑等。





醫(yī)藥工業(yè)

海藻糖在醫(yī)藥工業(yè)和健康保健品工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用研究較多，已作為試劑藥和診斷藥的穩(wěn)定劑。目前，正從海藻糖具有的非還原性、穩(wěn)定性、對生物大分子的保護(hù)作用及提供能源、低吸濕性和高保濕性等功能和特性出發(fā)，探討多方面的應(yīng)用。如用作移植器官的保存液、作為淋巴、激素、疫苗、抗生素、維生素、酶等各種生物制品以及含有這些生理活性物質(zhì)的藥品、功能性食品的穩(wěn)定劑或品質(zhì)改良劑。也可用作藥物牙膏、內(nèi)服藥、藥片的穩(wěn)定劑和品質(zhì)改良劑，以及作為易失活物質(zhì)的常溫脫水劑用于高品質(zhì)的脫水藥品、脫水保健品的制造等。


相比于普通水（右圖），添加海藻糖的水（左圖）可以增加腸道細(xì)胞中的脂滴

化妝品工業(yè)

在我們熟悉的化妝品領(lǐng)域，海藻糖已得到廣泛應(yīng)用，而被應(yīng)用的原因，無非因?yàn)樗哂幸韵滤膫€特性：

抗氧化、抗輻射特性

海藻糖是一種潛在的自由基清除劑。其糖環(huán)上的還原性羥基可以結(jié)合脂質(zhì)過氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中的活性氧，從而阻斷過氧化的進(jìn)行，起到抗氧化的作用。海藻糖還可以清除α、β射線產(chǎn)生的自由基，有效保護(hù)細(xì)胞DNA免受損傷。

保濕特性

海藻糖分子含有多個羥基和極性基團(tuán)，可與周圍環(huán)境的水分子形成氫鍵，牢牢鎖住水分，起到保水作用。此外，海藻糖還可與其他多糖在胞外基質(zhì)中形成一層保護(hù)膜，降低皮膚表面水分的蒸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)保濕潤膚的功效。

抗高滲保護(hù)

國內(nèi)外對海藻糖具有抗高滲保護(hù)的研究較多。認(rèn)為微生物對逆境生長的環(huán)境會做出及時的自我保護(hù)應(yīng)急反應(yīng)，比如釀酒酵母在高滲條件下，體內(nèi)會合成部分海藻糖，以保護(hù)自身不受惡劣環(huán)境的侵害，說明海藻糖可以作為天然的滲透壓保護(hù)劑。

抗冷凍保護(hù)特性

海藻糖在細(xì)胞保存方面具有特殊的作用。國外研究表明，添加外源性的海藻糖可以顯著提高酵母細(xì)胞的存活率。在冷、熱處理細(xì)胞時，發(fā)現(xiàn)這種細(xì)胞對抗逆環(huán)境耐受力有所提高，認(rèn)為其主要原因是延緩了細(xì)胞的流動性。

基于以上特性，海藻糖可作為化妝品里的潔膚劑、皮膚保濕劑、紫外吸收劑，還有口紅、唇膏的品質(zhì)改良劑、穩(wěn)定劑原料。此外，無水海藻糖可用作美毛劑、育毛劑中卵磷脂、生乳脂、蜂蜜、甘草抽提物、香料、著色料、酶等組分的高品質(zhì)脫水物。更進(jìn)一步，海藻糖的脂肪酸衍生物還可作為優(yōu)良界面活性劑，用于各種皮膚化妝品或者香波配方中。



羅膚蘭海藻糖皮膚屏障修復(fù)敷料通過在創(chuàng)面表面形成保護(hù)層，起物理屏障作用，降低炎癥反應(yīng)。不僅如此，還可以用于小創(chuàng)口、擦傷、切割傷等非慢性創(chuàng)面及周圍皮膚的護(hù)理。
羅膚蘭海藻糖創(chuàng)面敷料，二類醫(yī)療器械，能夠增加肌膚光澤度，改善肌膚干燥、粗糙等問題。同時，還適用于非慢性創(chuàng)面（激光/光子/果酸換膚/微針治療及微整形術(shù)后創(chuàng)面）的護(hù)理，為創(chuàng)面愈合提供微環(huán)境。


綜上，海藻糖因其特殊的理化性質(zhì)，在化妝品、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。但天然生物中海藻糖的含量非常低，且分離純化成本高，這嚴(yán)重限制了海藻糖工業(yè)的發(fā)展。

不過，我們并不用過多擔(dān)心，因?yàn)楝F(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)尤其DNA重組技術(shù)與發(fā)展起來的合成生物學(xué)技術(shù)，為基因工程菌株的構(gòu)建與異源高效表達(dá)提供了新的方向；宏基因組學(xué)則突破了傳統(tǒng)培養(yǎng)的弊端，可以直接提取環(huán)境中全部微生物的總基因組，并克隆到合適的可培養(yǎng)微生物宿主中來篩選目的基因，拓展了海藻糖合成相關(guān)基因的來源。隨著科技的發(fā)展，宏基因組學(xué)與合成生物學(xué)技術(shù)日趨完善，相信更多的基因工程菌株將越來越廣泛的應(yīng)用于海藻糖的工業(yè)生產(chǎn)。


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