海藻糖的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景

◎ 張雷達

（山東福洋生物科技股份有限公司，山東 德州 253100）

1 神奇的“生命之糖”——海藻糖

自然界中存在著一種“神奇”的現(xiàn)象，生存于巖石縫隙中的卷柏，受干旱環(huán)境的影響會處于極端脫水狀態(tài)，看上去已經(jīng)枯死，但經(jīng)雨露浸潤，又會重現(xiàn)生機，變得綠意盎然；生存于冰天雪地中的林蛙，在氣溫持續(xù)降低時身體會被凍結(jié)，但等到氣溫轉(zhuǎn)暖時，又會恢復呼吸和心跳；據(jù)英國《獨立報》2016年1月報道，日本科學家成功復活了冰凍30年的緩步動物。

卷柏、林蛙、緩步動物面對脅迫環(huán)境時所表現(xiàn)出來的較強的抗逆耐受力，都與其體內(nèi)一種具有保護功效的糖類相關(guān)，那就是有著“生命之糖”美譽的海藻糖。加拿大科學家經(jīng)過長期研究，發(fā)現(xiàn)林蛙之所以能夠在極度酷寒的環(huán)境下“僵而不死”，正是由于其體內(nèi)有著大量的海藻糖，這些海藻糖對林蛙的細胞起到了良好的保護作用。事實上，并非只有上述物種體內(nèi)存有海藻糖，動物、植物、大型真菌以及微生物體內(nèi)均有海藻糖的存在。

海藻糖是一種非還原性二糖，又稱漏蘆糖、蕈糖，具有穩(wěn)定生物大分子的作用，能使處于惡劣環(huán)境的生物體的分子結(jié)構(gòu)免遭破壞，維持生命體的生物特征[1]。

2 海藻糖在不同行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

海藻糖自1832年被科學家發(fā)現(xiàn)后，就以其獨特的生物學功能和作用機理吸引很多學者對其展開研究和探索，因其具有的優(yōu)良特性，海藻糖開始被逐步應(yīng)用于食品加工、化妝品、生物和醫(yī)藥等領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣闊，引導著越來越多的人關(guān)注海藻糖、研究海藻糖。從當前來看，海藻糖可應(yīng)用在以下方面。

2.1 在食品行業(yè)中的應(yīng)用

海藻糖作為一種安全性高、穩(wěn)定性強的糖類，在食品加工行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。早在1995年，日本就率先批準了海藻糖作為食品添加劑使用，并開始產(chǎn)業(yè)化制造海藻糖，將之廣泛應(yīng)用于多種食品產(chǎn)品當中，截至當前，日本含有海藻糖的食品產(chǎn)品種類已達數(shù)千種，且種類還在持續(xù)擴增[2]。2000年，世衛(wèi)組織宣布海藻糖的每日允許攝入量不需限制，同年美國也批準海藻糖用于食品行業(yè)。我國也在2005年3月10日批準海藻糖為新資源食品，十幾年來其安全性與健康性得到了時間的印證。目前在全球范圍內(nèi)，很多國家和地區(qū)都已允許在食品中添加海藻糖。具體而言，海藻糖在食品行業(yè)中主要應(yīng)用如下。

2.1.1 作為蔗糖的替代品

據(jù)國際糖尿病聯(lián)盟統(tǒng)計，2019年，我國成年糖尿病患者的數(shù)量已達到1.16億人，居全球之首，遠超排名第二的印度（0.77億人）和排名第三的美國（0.31億人），另據(jù)國際糖尿病聯(lián)盟（IDF）估算，中國每年約有83.4萬人死于糖尿病。同時，我國的肥胖問題也日益引起人們的關(guān)注，據(jù)國際權(quán)威醫(yī)學期刊《柳葉刀》（The Lancet）2016年披露的數(shù)據(jù)，中國的肥胖患者已經(jīng)接近9 000萬（男性4 320萬，女性4 640萬），同樣居于全球首位，其中重度肥胖者已逾千萬。由于高糖分、高熱量的食物是導致糖尿病和肥胖癥的一大“元兇”，所以國家衛(wèi)生健康委員會也開展了“減糖”專項行動，以期降低國民飲食中糖的攝入量。

海藻糖雖然在甜度上不及蔗糖（約為蔗糖甜度的45%），但相較于蔗糖來講，其具有熱量低、甜度溫和、氣味清爽和不致齲等方面的優(yōu)勢，可以替代或部分替代蔗糖，應(yīng)用到飲料、糕點等食品的制作當中，其可在保持食品良好口感的同時，減少消費者對熱量的攝取，降低消費者患糖尿病、肥胖癥、齲齒等疾病的風險，對于提高國民健康水平具有積極意義[3]。

2.1.2 作為食品保鮮劑使用

海藻糖屬于非還原性雙糖，具有十分穩(wěn)定的化學性質(zhì)，這也決定了其在高溫、酸、堿環(huán)境中的穩(wěn)定性，適合用于食品保鮮。在食品行業(yè)將海藻糖作為保護劑與保鮮劑使用，不僅能夠改善食品的質(zhì)量，提高食品的貯藏壽命，而且能夠調(diào)節(jié)食品的口感，緩和與掩蓋不良味道，讓消費者能夠感受到產(chǎn)品的純正風味[4]。另外，由于海藻糖水合性較高，還能很好地解決面制品等食品因淀粉老化導致的硬化問題，大幅度延長淀粉食品貨架期。同時海藻糖還有抑制脂類酸敗、冰結(jié)晶和蛋白質(zhì)冷凍、干燥變性的功效，可以提高速凍與脫水食品的復原性，這對于冷凍、方便食品的新品研發(fā)與工藝改良大有裨益。

2.1.3 作為食品矯味劑使用

在食品加工中加入海藻糖，能夠很好地改善食品口感。海藻糖可以增強食品的香味，增強海鮮湯的鮮味，同時還可以減少部分食品自身帶有的澀味、苦味、酸味等不良味道。另外，海藻糖在食品加工中不僅可以作為甜味劑、矯味劑使用，而且可以在一定程度上對人體生理功能產(chǎn)生影響。例如，海藻糖具有低致齲性，有利于口腔健康；有利于雙歧桿菌在腸道的增殖，能夠在一定程度上優(yōu)化人體腸道的微生態(tài)環(huán)境等。

2.2 在醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用

2.2.1 用作蛋白質(zhì)藥物保護劑

在醫(yī)學研究持續(xù)推進的當今，臨床上使用的蛋白質(zhì)藥物種類越來越多，如胰島素、治療抗體、疫苗等。藥用蛋白質(zhì)缺乏足夠的穩(wěn)定性，在溶液狀態(tài)下容易出現(xiàn)化學與物理降解的情況，所以將其制備成藥物時通常會應(yīng)用到冷凍干燥技術(shù)。然而在冷凍干燥期間，易出現(xiàn)蛋白質(zhì)分子天然結(jié)構(gòu)被破壞等情況，造成蛋白質(zhì)變性?；诜乐顾幬锏鞍踪|(zhì)變性、增加蛋白質(zhì)藥物活性保存期的目的，通常需要在制備藥品時加入保護劑。

由于海藻糖具有獨特的保護作用機理，因此適合作為藥物保護劑來抑制冷凍與干燥造成的藥物蛋白質(zhì)變性，延長蛋白質(zhì)藥物的活性保存期。英國劍橋Qudrant公司將海藻糖干燥脊髓灰質(zhì)炎疫苗運往一些第三世界國家，這些疫苗雖然未經(jīng)冷凍，但是在經(jīng)過長時間的運輸后仍能保持穩(wěn)定的狀態(tài)和應(yīng)有的免疫效果。

2.2.2 用作藥用輔料

為使藥物制劑具有一定的理化特征或生理特性，需要在加工過程中添加輔助性的物質(zhì)，即藥用輔料。海藻糖屬于非還原性糖類，具有良好的穩(wěn)定性，能夠?qū)Υ蠓肿游镔|(zhì)起到良好的保護作用，同時容易與大部分藥物配伍，這就使其成為一種理想的藥用輔料。海藻糖作為藥用輔料使用時，可作為保濕劑、增稠劑、矯味劑等。例如，一些藥品本身含有苦味、腥味，為使其容易下咽，就需要添加甜味劑或矯味劑，海藻糖甜質(zhì)優(yōu)良，口味清淡純正，能夠很好地掩蓋藥品異味，同時不影響其藥效。

2.3 在化妝品行業(yè)的應(yīng)用

化妝品是以涂抹、噴灑等方式，作用到人體表面（如皮膚、毛發(fā)等），來實現(xiàn)清潔、護膚、美容等目的的產(chǎn)品。海藻糖作為化妝品原料可發(fā)揮出如下功效。

2.3.1 用于皮膚保濕

光滑潤澤且富有彈性是皮膚健康的表現(xiàn)，但是現(xiàn)實情況下，很多人都苦惱于皮膚干皺、粗糙、失去光澤與彈性。上述皮膚問題的出現(xiàn)，主要是因為皮膚角質(zhì)層中的天然保濕因子受空氣干燥、紫外線照射等因素的影響降低了保濕能力。海藻糖具有良好的保濕效果，它能直接作用于細胞膜，以保持細胞中的水分，防止角質(zhì)層失水，提高皮膚適應(yīng)干燥環(huán)境的能力。因此，現(xiàn)在越來越多的保濕類化妝品制造商選擇以海藻糖為原料來提高產(chǎn)品的保濕效果。

2.3.2 延長化妝品保存期

在很多化妝品中都存在脂肪酸和脂類物質(zhì)，這類化妝品在存放期間會由于脂肪酸與脂類自然分解而發(fā)生氧化酸敗，出現(xiàn)難聞的氣味。在此類化妝品中加入海藻糖能夠延緩上述物質(zhì)的分解，抑制揮發(fā)性醛類的產(chǎn)生，顯著延長化妝品的保存時間[5]。

海藻糖安全性高，且理化穩(wěn)定性與生物穩(wěn)定性較強，具有保濕、細胞保護、預防體臭和防紫外線等作用，所以可作為膏霜、唇膏、粉底霜等化妝品的原料使用。

3 國內(nèi)企業(yè)的海藻糖產(chǎn)業(yè)化實踐——以山東福洋生物科技股份有限公司為例

被譽為“生命之糖”“21世紀之糖”的海藻糖，有著廣闊的應(yīng)用前景，因此越來越多的企業(yè)對其生產(chǎn)技術(shù)與應(yīng)用技術(shù)表現(xiàn)出濃厚的興趣[6]。但在很長一段時間內(nèi)，由于技術(shù)壁壘高，全球的海藻糖市場都被日本林原公司壟斷。

3.1 校企聯(lián)合，攻克關(guān)鍵技術(shù)

為突破技術(shù)封鎖，實現(xiàn)海藻糖的產(chǎn)業(yè)化，促進民族經(jīng)濟振興，推動國家健康產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在2009年，立足于玉米深加工、積極探索“高端化、品質(zhì)化、差異化”發(fā)展之路的山東福洋生物科技股份有限公司（簡稱福洋生物）瞄準行業(yè)前沿，與齊魯工業(yè)大學聯(lián)合開發(fā)海藻糖應(yīng)用研究技術(shù)，并柔性引進了多名國家級高端人才，通過深度對接合作，最終攻克了海藻糖生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。

3.2 降低成本，創(chuàng)造產(chǎn)業(yè)化條件

雖然完成了海藻糖生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，但仍有一個難題擺在面前，那就是海藻糖生產(chǎn)成本遠高于市場價，不具備產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的條件。對此，福洋生物高層管理人員清晰地意識到，要實現(xiàn)海藻糖的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，就必須抓住兩個關(guān)鍵點，即降低海藻糖菌種培養(yǎng)成本，提高轉(zhuǎn)化收率。

2013年，在福洋研發(fā)中心主任趙偉的帶領(lǐng)下，福洋生物科研人員歷經(jīng)4年的不懈努力和反復試驗，終于在海藻糖菌種培養(yǎng)基優(yōu)化上取得突破，這使福洋生物海藻糖的生產(chǎn)成本顯著降低。2015年，福洋生物研發(fā)中心在提高轉(zhuǎn)化收率關(guān)鍵環(huán)節(jié)再次取得突破。這一突破使每噸淀粉提取轉(zhuǎn)化海藻糖的比率從之前的50%提升到80%，意味著每噸淀粉可提取出800 kg左右的海藻糖，這項技術(shù)攻關(guān)成果為實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)造了條件。

3.3 投產(chǎn)運營，穩(wěn)步提高產(chǎn)能

2016年，條件已然成熟的福洋生物順勢而為，正式投產(chǎn)運營海藻糖一期項目，在海藻糖產(chǎn)業(yè)化方面走在了全國前列。投產(chǎn)之后，福洋生物的海藻糖產(chǎn)品在國內(nèi)市場一舉成名，產(chǎn)品訂單紛至沓來。此后，福洋生物又順應(yīng)海藻糖市場發(fā)展規(guī)律，穩(wěn)抓穩(wěn)打提高海藻糖產(chǎn)能，在建成海藻糖二期項目后，近年來又提出了大幅度提升海藻糖產(chǎn)能的宏偉規(guī)劃，以尋求更大的經(jīng)濟效益與社會效益。

福洋生物在海藻糖產(chǎn)業(yè)化實踐方面的成功探索，為其他國內(nèi)企業(yè)涉足海藻糖領(lǐng)域作了很好的示范。在多家企業(yè)的共同努力下，我國海藻糖的產(chǎn)能連年遞增，每千克海藻糖的價格也從原來的千余元降到了當前的十元左右，這無疑為更多行業(yè)應(yīng)用海藻糖提供了可能。

4 前景展望

中國對于海藻糖的研究較晚，但也已取得了不少令人欣喜的成果，現(xiàn)如今，中國已成為世界上第二個能夠利用淀粉產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)海藻糖的國家，日本壟斷海藻糖生產(chǎn)技術(shù)的時代已經(jīng)一去不返。

隨著產(chǎn)能的持續(xù)擴大，海藻糖逐步進入了尋常百姓家。同時，隨著海藻糖應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，今后人們對海藻糖的研究與應(yīng)用必然會越來越多，與海藻糖有關(guān)的產(chǎn)品在改善人們生活質(zhì)量方面也必然會發(fā)揮出更大的功用。在未來，以福洋生物為代表的國內(nèi)海藻糖生產(chǎn)企業(yè)，將進一步尋求海藻糖生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)技術(shù)的提檔升級，讓“生命之糖”更好地惠及大眾，在推動大健康產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進“健康中國”戰(zhàn)略目標實現(xiàn)方面有更出色的表現(xiàn)。