◎ 張雷達(dá)

（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(huì)處于極端脫水狀態(tài)，看上去已經(jīng)枯死，但經(jīng)雨露浸潤(rùn)，又會(huì)重現(xiàn)生機(jī)，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(shí)身體會(huì)被凍結(jié)，但等到氣溫轉(zhuǎn)暖時(shí)，又會(huì)恢復(fù)呼吸和心跳；據(jù)英國(guó)《獨(dú)立報(bào)》2016年1月報(bào)道，日本科學(xué)家成功復(fù)活了冰凍30年的緩步動(dòng)物。

卷柏、林蛙、緩步動(dòng)物面對(duì)脅迫環(huán)境時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的較強(qiáng)的抗逆耐受力，都與其體內(nèi)一種具有保護(hù)功效的糖類(lèi)相關(guān)，那就是有著“生命之糖”美譽(yù)的海藻糖。加拿大科學(xué)家經(jīng)過(guò)長(zhǎng)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(duì)林蛙的細(xì)胞起到了良好的保護(hù)作用。事實(shí)上，并非只有上述物種體內(nèi)存有海藻糖，動(dòng)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(chēng)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(xué)家發(fā)現(xiàn)后，就以其獨(dú)特的生物學(xué)功能和作用機(jī)理吸引很多學(xué)者對(duì)其展開(kāi)研究和探索，因其具有的優(yōu)良特性，海藻糖開(kāi)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(dǎo)著越來(lái)越多的人關(guān)注海藻糖、研究海藻糖。從當(dāng)前來(lái)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(qiáng)的糖類(lèi)，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(zhǔn)了海藻糖作為食品添加劑使用，并開(kāi)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(dāng)中，截至當(dāng)前，日本含有海藻糖的食品產(chǎn)品種類(lèi)已達(dá)數(shù)千種，且種類(lèi)還在持續(xù)擴(kuò)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(guó)也批準(zhǔn)海藻糖用于食品行業(yè)。我國(guó)也在2005年3月10日批準(zhǔn)海藻糖為新資源食品，十幾年來(lái)其安全性與健康性得到了時(shí)間的印證。目前在全球范圍內(nèi)，很多國(guó)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(guó)際糖尿病聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，2019年，我國(guó)成年糖尿病患者的數(shù)量已達(dá)到1.16億人，居全球之首，遠(yuǎn)超排名第二的印度（0.77億人）和排名第三的美國(guó)（0.31億人），另?yè)?jù)國(guó)際糖尿病聯(lián)盟（IDF）估算，中國(guó)每年約有83.4萬(wàn)人死于糖尿病。同時(shí)，我國(guó)的肥胖問(wèn)題也日益引起人們的關(guān)注，據(jù)國(guó)際權(quán)威醫(yī)學(xué)期刊《柳葉刀》（The Lancet）2016年披露的數(shù)據(jù)，中國(guó)的肥胖患者已經(jīng)接近9 000萬(wàn)（男性4 320萬(wàn)，女性4 640萬(wàn)），同樣居于全球首位，其中重度肥胖者已逾千萬(wàn)。由于高糖分、高熱量的食物是導(dǎo)致糖尿病和肥胖癥的一大“元兇”，所以國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)也開(kāi)展了“減糖”專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)，以期降低國(guó)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(lái)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(shì)，可以替代或部分替代蔗糖，應(yīng)用到飲料、糕點(diǎn)等食品的制作當(dāng)中，其可在保持食品良好口感的同時(shí)，減少消費(fèi)者對(duì)熱量的攝取，降低消費(fèi)者患糖尿病、肥胖癥、齲齒等疾病的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于提高國(guó)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(xué)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(hù)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(fèi)者能夠感受到產(chǎn)品的純正風(fēng)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(dǎo)致的硬化問(wèn)題，大幅度延長(zhǎng)淀粉食品貨架期。同時(shí)海藻糖還有抑制脂類(lèi)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(fù)原性，這對(duì)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(qiáng)食品的香味，增強(qiáng)海鮮湯的鮮味，同時(shí)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(duì)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(hù)劑

在醫(yī)學(xué)研究持續(xù)推進(jìn)的當(dāng)今，臨床上使用的蛋白質(zhì)藥物種類(lèi)越來(lái)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(xué)與物理降解的情況，所以將其制備成藥物時(shí)通常會(huì)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(shí)加入保護(hù)劑。

由于海藻糖具有獨(dú)特的保護(hù)作用機(jī)理，因此適合作為藥物保護(hù)劑來(lái)抑制冷凍與干燥造成的藥物蛋白質(zhì)變性，延長(zhǎng)蛋白質(zhì)藥物的活性保存期。英國(guó)劍橋Qudrant公司將海藻糖干燥脊髓灰質(zhì)炎疫苗運(yùn)往一些第三世界國(guó)家，這些疫苗雖然未經(jīng)冷凍，但是在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)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(guò)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(lèi)，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(hù)作用，同時(shí)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(shí)，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(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)清潔、護(hù)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(rùn)澤且富有彈性是皮膚健康的表現(xiàn)，但是現(xiàn)實(shí)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(wèn)題的出現(xiàn)，主要是因?yàn)槠つw角質(zhì)層中的天然保濕因子受空氣干燥、紫外線(xiàn)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(xì)胞膜，以保持細(xì)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(lái)越多的保濕類(lèi)化妝品制造商選擇以海藻糖為原料來(lái)提高產(chǎn)品的保濕效果。

2.3.2 延長(zhǎng)化妝品保存期

在很多化妝品中都存在脂肪酸和脂類(lèi)物質(zhì)，這類(lèi)化妝品在存放期間會(huì)由于脂肪酸與脂類(lèi)自然分解而發(fā)生氧化酸敗，出現(xiàn)難聞的氣味。在此類(lèi)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(lèi)的產(chǎn)生，顯著延長(zhǎng)化妝品的保存時(shí)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(qiáng)，具有保濕、細(xì)胞保護(hù)、預(yù)防體臭和防紫外線(xiàn)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(guó)內(nèi)企業(yè)的海藻糖產(chǎn)業(yè)化實(shí)踐——以山東福洋生物科技股份有限公司為例

被譽(yù)為“生命之糖”“21世紀(jì)之糖”的海藻糖，有著廣闊的應(yīng)用前景，因此越來(lái)越多的企業(yè)對(duì)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(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，由于技術(shù)壁壘高，全球的海藻糖市場(chǎng)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(shí)現(xiàn)海藻糖的產(chǎn)業(yè)化，促進(jìn)民族經(jīng)濟(jì)振興，推動(dòng)國(guó)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(jiǎn)稱(chēng)福洋生物）瞄準(zhǔn)行業(yè)前沿，與齊魯工業(yè)大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)海藻糖應(yīng)用研究技術(shù)，并柔性引進(jìn)了多名國(guó)家級(jí)高端人才，通過(guò)深度對(duì)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(gè)難題擺在面前，那就是海藻糖生產(chǎn)成本遠(yuǎn)高于市場(chǎng)價(jià)，不具備產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的條件。對(duì)此，福洋生物高層管理人員清晰地意識(shí)到，要實(shí)現(xiàn)海藻糖的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，就必須抓住兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，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(fù)試驗(yàn)，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(xiàng)技術(shù)攻關(guān)成果為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)造了條件。

3.3 投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，穩(wěn)步提高產(chǎn)能

2016年，條件已然成熟的福洋生物順勢(shì)而為，正式投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)海藻糖一期項(xiàng)目，在海藻糖產(chǎn)業(yè)化方面走在了全國(guó)前列。投產(chǎn)之后，福洋生物的海藻糖產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)一舉成名，產(chǎn)品訂單紛至沓來(lái)。此后，福洋生物又順應(yīng)海藻糖市場(chǎng)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(xiàng)目后，近年來(lái)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(jì)效益與社會(huì)效益。

福洋生物在海藻糖產(chǎn)業(yè)化實(shí)踐方面的成功探索，為其他國(guó)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(guó)海藻糖的產(chǎn)能連年遞增，每千克海藻糖的價(jià)格也從原來(lái)的千余元降到了當(dāng)前的十元左右，這無(wú)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(guó)對(duì)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(guó)已成為世界上第二個(gè)能夠利用淀粉產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)海藻糖的國(guó)家，日本壟斷海藻糖生產(chǎn)技術(shù)的時(shí)代已經(jīng)一去不返。

隨著產(chǎn)能的持續(xù)擴(kuò)大，海藻糖逐步進(jìn)入了尋常百姓家。同時(shí)，隨著海藻糖應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，今后人們對(duì)海藻糖的研究與應(yīng)用必然會(huì)越來(lái)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(huì)發(fā)揮出更大的功用。在未來(lái)，以福洋生物為代表的國(guó)內(nèi)海藻糖生產(chǎn)企業(yè)，將進(jìn)一步尋求海藻糖生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)技術(shù)的提檔升級(jí)，讓“生命之糖”更好地惠及大眾，在推動(dòng)大健康產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)“健康中國(guó)”戰(zhàn)略目標(biāo)實(shí)現(xiàn)方面有更出色的表現(xiàn)。