海藻糖的应用及产业化发展前景

◎ 张雷达

（山东福洋生物科技股份有限公司，山东 德州 253100）

1 神奇的“生命之糖”——海藻糖

自然界中存在着一种“神奇”的现象，生存于岩石缝隙中的卷柏，受干旱环境的影响会处于极端脱水状态，看上去已经枯死，但经雨露浸润，又会重现生机，变得绿意盎然；生存于冰天雪地中的林蛙，在气温持续降低时身体会被冻结，但等到气温转暖时，又会恢复呼吸和心跳；据英国《独立报》2016年1月报道，日本科学家成功复活了冰冻30年的缓步动物。

卷柏、林蛙、缓步动物面对胁迫环境时所表现出来的较强的抗逆耐受力，都与其体内一种具有保护功效的糖类相关，那就是有着“生命之糖”美誉的海藻糖。加拿大科学家经过长期研究，发现林蛙之所以能够在极度酷寒的环境下“僵而不死”，正是由于其体内有着大量的海藻糖，这些海藻糖对林蛙的细胞起到了良好的保护作用。事实上，并非只有上述物种体内存有海藻糖，动物、植物、大型真菌以及微生物体内均有海藻糖的存在。

海藻糖是一种非还原性二糖，又称漏芦糖、蕈糖，具有稳定生物大分子的作用，能使处于恶劣环境的生物体的分子结构免遭破坏，维持生命体的生物特征[1]。

2 海藻糖在不同行业领域的应用

海藻糖自1832年被科学家发现后，就以其独特的生物学功能和作用机理吸引很多学者对其展开研究和探索，因其具有的优良特性，海藻糖开始被逐步应用于食品加工、化妆品、生物和医药等领域，应用前景广阔，引导着越来越多的人关注海藻糖、研究海藻糖。从当前来看，海藻糖可应用在以下方面。

2.1 在食品行业中的应用

海藻糖作为一种安全性高、稳定性强的糖类，在食品加工行业得到了广泛应用。早在1995年，日本就率先批准了海藻糖作为食品添加剂使用，并开始产业化制造海藻糖，将之广泛应用于多种食品产品当中，截至当前，日本含有海藻糖的食品产品种类已达数千种，且种类还在持续扩增[2]。2000年，世卫组织宣布海藻糖的每日允许摄入量不需限制，同年美国也批准海藻糖用于食品行业。我国也在2005年3月10日批准海藻糖为新资源食品，十几年来其安全性与健康性得到了时间的印证。目前在全球范围内，很多国家和地区都已允许在食品中添加海藻糖。具体而言，海藻糖在食品行业中主要应用如下。

2.1.1 作为蔗糖的替代品

据国际糖尿病联盟统计，2019年，我国成年糖尿病患者的数量已达到1.16亿人，居全球之首，远超排名第二的印度（0.77亿人）和排名第三的美国（0.31亿人），另据国际糖尿病联盟（IDF）估算，中国每年约有83.4万人死于糖尿病。同时，我国的肥胖问题也日益引起人们的关注，据国际权威医学期刊《柳叶刀》（The Lancet）2016年披露的数据，中国的肥胖患者已经接近9 000万（男性4 320万，女性4 640万），同样居于全球首位，其中重度肥胖者已逾千万。由于高糖分、高热量的食物是导致糖尿病和肥胖症的一大“元凶”，所以国家卫生健康委员会也开展了“减糖”专项行动，以期降低国民饮食中糖的摄入量。

海藻糖虽然在甜度上不及蔗糖（约为蔗糖甜度的45%），但相较于蔗糖来讲，其具有热量低、甜度温和、气味清爽和不致龋等方面的优势，可以替代或部分替代蔗糖，应用到饮料、糕点等食品的制作当中，其可在保持食品良好口感的同时，减少消费者对热量的摄取，降低消费者患糖尿病、肥胖症、龋齿等疾病的风险，对于提高国民健康水平具有积极意义[3]。

2.1.2 作为食品保鲜剂使用

海藻糖属于非还原性双糖，具有十分稳定的化学性质，这也决定了其在高温、酸、碱环境中的稳定性，适合用于食品保鲜。在食品行业将海藻糖作为保护剂与保鲜剂使用，不仅能够改善食品的质量，提高食品的贮藏寿命，而且能够调节食品的口感，缓和与掩盖不良味道，让消费者能够感受到产品的纯正风味[4]。另外，由于海藻糖水合性较高，还能很好地解决面制品等食品因淀粉老化导致的硬化问题，大幅度延长淀粉食品货架期。同时海藻糖还有抑制脂类酸败、冰结晶和蛋白质冷冻、干燥变性的功效，可以提高速冻与脱水食品的复原性，这对于冷冻、方便食品的新品研发与工艺改良大有裨益。

2.1.3 作为食品矫味剂使用

在食品加工中加入海藻糖，能够很好地改善食品口感。海藻糖可以增强食品的香味，增强海鲜汤的鲜味，同时还可以减少部分食品自身带有的涩味、苦味、酸味等不良味道。另外，海藻糖在食品加工中不仅可以作为甜味剂、矫味剂使用，而且可以在一定程度上对人体生理功能产生影响。例如，海藻糖具有低致龋性，有利于口腔健康；有利于双歧杆菌在肠道的增殖，能够在一定程度上优化人体肠道的微生态环境等。

2.2 在医药领域中的应用

2.2.1 用作蛋白质药物保护剂

在医学研究持续推进的当今，临床上使用的蛋白质药物种类越来越多，如胰岛素、治疗抗体、疫苗等。药用蛋白质缺乏足够的稳定性，在溶液状态下容易出现化学与物理降解的情况，所以将其制备成药物时通常会应用到冷冻干燥技术。然而在冷冻干燥期间，易出现蛋白质分子天然结构被破坏等情况，造成蛋白质变性。基于防止药物蛋白质变性、增加蛋白质药物活性保存期的目的，通常需要在制备药品时加入保护剂。

由于海藻糖具有独特的保护作用机理，因此适合作为药物保护剂来抑制冷冻与干燥造成的药物蛋白质变性，延长蛋白质药物的活性保存期。英国剑桥Qudrant公司将海藻糖干燥脊髓灰质炎疫苗运往一些第三世界国家，这些疫苗虽然未经冷冻，但是在经过长时间的运输后仍能保持稳定的状态和应有的免疫效果。

2.2.2 用作药用辅料

为使药物制剂具有一定的理化特征或生理特性，需要在加工过程中添加辅助性的物质，即药用辅料。海藻糖属于非还原性糖类，具有良好的稳定性，能够对大分子物质起到良好的保护作用，同时容易与大部分药物配伍，这就使其成为一种理想的药用辅料。海藻糖作为药用辅料使用时，可作为保湿剂、增稠剂、矫味剂等。例如，一些药品本身含有苦味、腥味，为使其容易下咽，就需要添加甜味剂或矫味剂，海藻糖甜质优良，口味清淡纯正，能够很好地掩盖药品异味，同时不影响其药效。

2.3 在化妆品行业的应用

化妆品是以涂抹、喷洒等方式，作用到人体表面（如皮肤、毛发等），来实现清洁、护肤、美容等目的的产品。海藻糖作为化妆品原料可发挥出如下功效。

2.3.1 用于皮肤保湿

光滑润泽且富有弹性是皮肤健康的表现，但是现实情况下，很多人都苦恼于皮肤干皱、粗糙、失去光泽与弹性。上述皮肤问题的出现，主要是因为皮肤角质层中的天然保湿因子受空气干燥、紫外线照射等因素的影响降低了保湿能力。海藻糖具有良好的保湿效果，它能直接作用于细胞膜，以保持细胞中的水分，防止角质层失水，提高皮肤适应干燥环境的能力。因此，现在越来越多的保湿类化妆品制造商选择以海藻糖为原料来提高产品的保湿效果。

2.3.2 延长化妆品保存期

在很多化妆品中都存在脂肪酸和脂类物质，这类化妆品在存放期间会由于脂肪酸与脂类自然分解而发生氧化酸败，出现难闻的气味。在此类化妆品中加入海藻糖能够延缓上述物质的分解，抑制挥发性醛类的产生，显著延长化妆品的保存时间[5]。

海藻糖安全性高，且理化稳定性与生物稳定性较强，具有保湿、细胞保护、预防体臭和防紫外线等作用，所以可作为膏霜、唇膏、粉底霜等化妆品的原料使用。

3 国内企业的海藻糖产业化实践——以山东福洋生物科技股份有限公司为例

被誉为“生命之糖”“21世纪之糖”的海藻糖，有着广阔的应用前景，因此越来越多的企业对其生产技术与应用技术表现出浓厚的兴趣[6]。但在很长一段时间内，由于技术壁垒高，全球的海藻糖市场都被日本林原公司垄断。

3.1 校企联合，攻克关键技术

为突破技术封锁，实现海藻糖的产业化，促进民族经济振兴，推动国家健康产业发展，在2009年，立足于玉米深加工、积极探索“高端化、品质化、差异化”发展之路的山东福洋生物科技股份有限公司（简称福洋生物）瞄准行业前沿，与齐鲁工业大学联合开发海藻糖应用研究技术，并柔性引进了多名国家级高端人才，通过深度对接合作，最终攻克了海藻糖生产的关键技术。

3.2 降低成本，创造产业化条件

虽然完成了海藻糖生产关键技术攻关，但仍有一个难题摆在面前，那就是海藻糖生产成本远高于市场价，不具备产业化生产的条件。对此，福洋生物高层管理人员清晰地意识到，要实现海藻糖的产业化生产，就必须抓住两个关键点，即降低海藻糖菌种培养成本，提高转化收率。

2013年，在福洋研发中心主任赵伟的带领下，福洋生物科研人员历经4年的不懈努力和反复试验，终于在海藻糖菌种培养基优化上取得突破，这使福洋生物海藻糖的生产成本显著降低。2015年，福洋生物研发中心在提高转化收率关键环节再次取得突破。这一突破使每吨淀粉提取转化海藻糖的比率从之前的50%提升到80%，意味着每吨淀粉可提取出800 kg左右的海藻糖，这项技术攻关成果为实现产业化创造了条件。

3.3 投产运营，稳步提高产能

2016年，条件已然成熟的福洋生物顺势而为，正式投产运营海藻糖一期项目，在海藻糖产业化方面走在了全国前列。投产之后，福洋生物的海藻糖产品在国内市场一举成名，产品订单纷至沓来。此后，福洋生物又顺应海藻糖市场发展规律，稳抓稳打提高海藻糖产能，在建成海藻糖二期项目后，近年来又提出了大幅度提升海藻糖产能的宏伟规划，以寻求更大的经济效益与社会效益。

福洋生物在海藻糖产业化实践方面的成功探索，为其他国内企业涉足海藻糖领域作了很好的示范。在多家企业的共同努力下，我国海藻糖的产能连年递增，每千克海藻糖的价格也从原来的千余元降到了当前的十元左右，这无疑为更多行业应用海藻糖提供了可能。

4 前景展望

中国对于海藻糖的研究较晚，但也已取得了不少令人欣喜的成果，现如今，中国已成为世界上第二个能够利用淀粉产业化生产海藻糖的国家，日本垄断海藻糖生产技术的时代已经一去不返。

随着产能的持续扩大，海藻糖逐步进入了寻常百姓家。同时，随着海藻糖应用领域的不断拓宽，今后人们对海藻糖的研究与应用必然会越来越多，与海藻糖有关的产品在改善人们生活质量方面也必然会发挥出更大的功用。在未来，以福洋生物为代表的国内海藻糖生产企业，将进一步寻求海藻糖生产工艺与生产技术的提档升级，让“生命之糖”更好地惠及大众，在推动大健康产业发展，促进“健康中国”战略目标实现方面有更出色的表现。