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琼脂低聚糖

琼脂低聚糖

琼脂糖作为一种海洋多糖,虽有相对较好的持水保湿性,但由于其粘度高、分子量大和溶解性小等特点,不能为人体所轻易消化代谢,使得琼脂糖在食品、医药等众多领域的应用受到很大限制,因此为了拓宽其应用领域,可采用物理、化学和酶法等将琼脂糖进行降解,产生分子量较小或聚合度较低的琼脂低聚糖。

降解后的琼脂低聚糖易溶于水,利于人体消化代谢,突破了琼脂糖在应用上的限制。琼脂低聚糖是一种新型的海洋功能性低聚糖,具有其他普通低聚糖无法替代的生物活性,因此更具有较好的开发潜力。琼脂低聚糖是近些年来的研究热点,研究学者们正探寻各种降解方法来制备琼脂低聚糖,提高其生物活性,从而进一步扩展琼脂低聚糖在各个行业领域的应用。

特性

琼脂低聚糖不仅含有普通低聚糖的性质,还特有一般功能性低聚糖不具备的生物活性,对机体有抗氧化、抗肿瘤、抗癌和增强免疫等生物活性和药理作用;对微生物的生物活性功能主要有抑菌,增殖肠道益生菌,抗病毒等;同时,琼脂低聚糖还具备抗淀粉老化以及保湿护肤、化妆美白等方面的其他生理活性。

功能

1.抗炎、抗肿瘤作用

机体在外界刺激的作用下会诱发诱导型一氧化氮合成酶(iNOS)的合成,进而容易引起NO的过量,而过量的NO容易诱发人体类风湿性关节炎等疾病。Enoki等人发现新琼二糖等琼脂低聚糖可抑制NO的产生,进而减缓炎症病情。此外,琼脂低聚糖还具有抑制COX-2、TNF-X、IL6和IL-ip等引发炎症的细胞因子。Takara公司的研究人员经试验发现,琼胶寡糖的添加可以有效预防和治疗类风湿性关节炎等炎症。Wang等人采用酶法降解琼胶,并用乙醇溶液沉降获得琼脂低聚糖,以S180荷瘤小鼠为模型进行抗肿瘤试验,使用剂量为64 mg/kg的水溶性琼脂低聚糖(WSAP3)处理S180荷瘤小鼠15天后测得肿瘤抑制率达48.7 %,同时也证实了WSAP3具有免疫调节作用,尤其对细胞的吞噬作用和吞嗟指数有巨大影响。

2.抗氧化作用

自由基的损伤与生物体的衰老存在密切联系,而活性氧自由基在有氧呼吸的生物体内普遍存在,不能及时清除的自由基会损伤生物体神经系统,损坏细胞促进衰老,出现脑血栓、动脉粥样硬化、老年痴呆等症状。严重的还会影响生物体的遗传物质,有致癌、促癌的危害。而琼脂低聚糖可以作为活性氧自由基的受体,直接参与消除自由基的过程,同时,琼脂低聚糖可以提高生物体内抗氧化酶的活性来加速活性氧自由基的清除过程。此外,琼脂低聚糖可能具备和EDTA螯合物相类似的性质,可以络合自由基所必需的金属离子,从而提高抗氧化作用。Wang等人通过酶法水解琼胶,并用乙醇分馏和阴离子交换色谱获得无硫酸基团(ASO-1、ASO-2)和有硫酸基团(ASO-3)的琼胶寡糖,并对它们进行体外抗氧化活性研究,研究发现ASO-3比ASO-1、ASO-2表现出更强的抗氧化能力,且抗氧化活性随着分子量的增加呈现出增强的趋势。结果表明抗氧化能力的强弱与寡糖的分子量和糖环上的取代基团紧密相连。赵雪等在不同条件采用酸法降解琼胶制备琼脂低聚糖,进而发现琼二糖结构的琼脂低聚糖都具有良好的抗氧化作用,且不同的环境体系中琼脂低聚糖清除自由基的活性具有差异性,随着糖浓度的增加其清除活性氧自由基的能力也更强。

3.抗癌、抗病毒作用

研究表明,琼脂低聚糖可以有效抑制生物体内肿瘤坏死因子(TNFct)和前列腺素(PGE2),从而抑制癌细胞的产生。琼脂低聚糖的抗癌机理体现为促进分泌抗肿瘤因子以及降低前列腺素。以小鼠中短链脂肪酸(SCFA)含量和胆汁酸代谢的改变,全面研究了琼脂低聚糖(AGO)对高脂肪饮食(HFD)诱导的C57BL/6N小鼠肠道生态失调的影响,利用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)分析它们产生的粪便微生物群分布以及HPLC和LC-MS/MS系统分别测定盲肠有机酸和血清胆汁酸的分布,研究结果表明口服摄入AGO可防止HFD诱导的小鼠肠道生态失调,从而抑制结肠癌的发生。诸多研究发现,琼脂低聚糖没有细胞毒性,用于药物制品中对人体毒副作用较小。Mazumder研究发现,带有磺基基团的琼脂低聚糖,这种高分子量硫酸半乳糖体具有对Ⅰ型和Ⅱ型单纯胞疹病毒的抗病毒活性,其抗病毒机理可能是通过在患病初期干扰病毒附着宿主细胞从而起到抗病毒效果。Wang等也发现一定聚合度的琼胶类硫酸多糖可一定程度抑制B型流感病毒、脑膜炎病毒等。4.增殖益生菌作用

琼脂低聚糖作为一种益生元,可以有效增殖人体肠道内的益生菌,从而促进人体健康。李苗苗等研究了琼胶与K-卡拉胶在人体肠道内的利用和降解,发现新琼脂低聚糖不仅没有被人体肠道微生物所分解,反而有助于促进人体肠道益生菌的增殖,缩短生长周期,从而抑制有害微生物的生长。Hu等探索琼脂低聚糖益生元对肠道菌群的作用效应,其研究结果也同样表明了琼脂低聚糖可以有效促进益生菌增殖且减少害菌群的生长。实验还指出了聚合度与益生元的紧密关联,琼脂低聚糖的聚合度越高,益生元效应越强。琼脂低聚糖不易被肠道微生物分解,也不能被消化酶消化,因此不会产生热量,口腔中残留的琼脂低聚糖不会被分解产生酸性物质。

5.抑菌作用

琼脂低聚糖具有良好的抑菌效果,其溶液浓度为3.11 %时,可以从平板培养基上观察到明显的抑菌环,表明一定浓度的琼脂低聚糖可以有效抑制细菌生长繁殖。目前普遍应用于面包,蛋糕和挂面中。Enoki在食品领域的研究表明,琼脂低聚糖用作添加剂添加在食品中,可使得食品保质期延长,是一种有效的天然防腐剂,因此琼脂低聚糖也被广泛用于食品的保鲜,起到防色变、抗氧化和抗腐败等作用。Li等也证实新琼寡糖对细菌生长的抑制作用,能一定程度上减缓淀粉的降解速度。

6.美白保湿作用

日本学者Kobayashi等研究发现,化妆品中添加适量的琼脂低聚糖对人体具有一定的吸湿和美白的功效。Kang等提取假单胞菌产物中发现,琼脂低聚糖体现出良好的吸湿持水性。傅晓研使用酶解法制备不同聚合度的新琼寡糖,并以小鼠(B-16)的黑色素瘤细胞为实验模型,探究所制得的新琼寡糖对小鼠细胞中酪氨酸酶和黑色素的合成、增殖的影响,初步评价其运用在化妆品中对保湿和美白两方面的功效。实验结果表明,琼脂低聚糖可以抑制酪氨酸酶的氧化作用,从而降低皮肤中的黑色素含量。不同聚合度的琼脂低聚糖都具有良好的吸湿性和一定程度的保湿效果,且都无明显毒副作用。而不同聚合度所表现出的吸湿保湿效果不一,低聚合度的琼脂低聚糖比高聚合度的琼脂低聚糖吸湿效果好,是一种十分有效的天然化妆品材料。
  
   7.对植物防御的作用

Weinberger等研究发现琼脂低聚糖可作为植物防御系统的激发因子,当高等植物受到外界刺激时,琼脂低聚糖可作为信号激发植物的自我防御体系,提高分子氧的消耗量释放H2O2,从而屏蔽某些外部因素的侵扰。由此可见,琼脂低聚糖在植物体系中也扮演着十分重要的作用。

应用

1.医药领域

琼脂低聚糖有抗氧化、抗炎、抗肿瘤、抗癌和抗病毒等生理活性,是良好的治疗脑膜炎、腹泻、降脂和抗感染药物。Sun等人研究了琼脂低聚糖在小鼠肿瘤细胞上的作用,发现琼脂低聚糖的生物活性可以用于抑制肝癌、胃癌和膀胱癌等细胞疾病。在对癌细胞的杀伤能力试验中表明,新琼寡糖可以特异性杀伤胃癌细胞的活性,其中新琼四糖的杀伤力尤为突出。薛长湖等将轻基自由基(-OH)、二苯基苦味酰肼(DPPH-)和超氧阴离子(O2-)作为自由基清除对象,采用不同分子量的琼脂低聚糖对这三种自由基进行清除,研究发现不同分子量的琼脂低聚糖对不同自由基均有清除效果。当前琼脂低聚糖因其各种抗病机理被大量用作医药制品

2.食品工业

由于琼脂低聚糖不为人体消化酶所分解,有研究者研宄发现琼脂低聚糖聚合度与益生元存在密切联系,可以有效促进肠道微生物中的益生菌增殖,且不产生热量,易于人体清洁健康。刘江涛等鉴于琼脂低聚糖的这一特点在其文章中指出琼脂低聚糖可以作为甜味剂的分散剂和填充剂,应用于果汁饮料等低热量产品中。张红艳等研究发现,琼脂低聚糖在浓度为3.11 %时有良好的抑菌效果,因此琼脂低聚糖由于其独特的生物活性,是一种常见的天然食品防腐剂。同时,琼脂低聚糖也能减缓淀粉糊化程度,可作为食品添加剂添加到面条、面包和蛋糕等食品中。

3.功能饲料

琼脂低聚糖可以用作动物水产的饲料添加剂,可以防止鱼奸贝蟹受到细菌感染,提高其非特异性免疫,有效促进其健康生长,同时作为饲料添加的琼脂低聚糖能够增加其体重。

4.化妆品

多糖分子中含有大量亲水基团,因此可以与水分子缔合形成网状结构,进而在表面形成一层很薄的薄膜起到持水保水的作用,这就是多糖保水保湿的作用机理。琼胶经过降解后糖苷键断裂,大量的游离基团(如-OH)被释放出来,分子结构变得疏散使得结合水的能力进一步増强,因而琼脂低聚糖具有更优良的保水功效。大量研究者们研究发现,琼脂低聚糖可以清除生物体皮肤中的黑色素从而达到美白的效果。琼脂低聚糖的抗氧化作用同时也能体现在祛斑、除皱和抗衰老等护肤功效,其抗炎作用也可改善人体皮肤感染以及过敏性皮炎等症状。琼脂低聚糖也可促进血液循环,促进人体新陈代谢,进而可以使肌肤较快恢复弹性和光泽。

Technical Data Sheet

理化指标

灰分(%)                                         ≤5.0

 

水分(%)                                         ≤12

凝胶强度(g/c㎡)                                 45~200

 

PH                                                       5~7

 

聚合度(DP)                                          20~50

 

黏度(mpa.s)                                        5~15

 

浊度(NTU)                                          ≤45

 

白度(%)                                              ≥45

 

溶解温度(℃)                                       ≥85