海藻糖（英文名：海藻低聚糖），别名漏芦糖、蕈糖，化学名称α-D-吡喃葡糖基-α-D-吡喃葡糖苷，是由两个葡萄糖分子以1,1-糖苷构成的非还原性糖，也是一种安全、可靠的天然糖类。海藻糖为白色或类白色结晶性粉末，分子式为C12H22O11，分子量为342.30g/摩尔，广泛存在于许多生物体中。
按结晶水的有无，海藻糖可分为碘化钠海藻糖、结晶海藻糖两类。无水海藻糖在水中易溶，在甲醇或乙醇中几乎不溶；结晶海藻糖在水中易溶，在甲醇中微溶，在乙醇中几乎不溶。结晶海藻糖熔点为97℃，将其加热到130℃，形成无水结晶体，熔点可达214~216℃。海藻糖的制备方法包括微生物提取法、微生物发酵法、酶合成法、基因工程法等。
海藻糖具有免疫调节、神经保护、心血管保护、抗肿瘤及呼吸系统改善等多种药理学作用。其无毒无害，对人体无副作用，具备良好的食用安全性，在食品工业中可作为甜味剂、保护剂和保鲜剂，能防止淀粉老化、抑制褐变、延长果蔬肉类等保鲜期；在医药领域可用作稳定剂，保护激素、疫苗、酶等生物制品，用于器官与细胞保存，并具有降糖、护肝及抗癌等潜力；在化妆品中发挥保湿、防晒作用；在农业上，可通过转基因技术增强作物的抗旱与耐寒性，已应用于水稻、烟草、番茄等植物育种。
1832年，英国科学家威格斯从黑麦麦角菌中首次提取出海藻糖；1859年，M.马塞兰·贝特洛从海鞘中分离该物质并为其正式定名。科学家后续研发出酵母发酵、灰树花细胞提取、淀粉酶转化等规模化量产工艺，中国于2000年实现海藻糖的工业化生产。
历史
1832年，英国科学家威格斯（Wiggers）从黑麦的麦角菌中首次提取出海藻糖；1859年，M.贝特洛从海鞘中分离出该物质，并正式将其命名为海藻糖。后续产业端逐步开发出多种规模化制备工艺，可通过酵母发酵、灰树花细胞提取，或是以淀粉为原料经酶转化法实现海藻糖的大批量生产，中国于2000年正式实现海藻糖的工业化生产。
分类
按结晶水的有无，海藻糖可分为碘化钠海藻糖与结晶海藻糖两类。其甜度约为蔗糖的45%，具有甜度温和、口感清爽、食后无余味的特点，同时对热和酸具备极强的稳定性。
理化性质
物理性质
海藻糖为白色或类白色结晶性粉末，分子式为C12H22O11，分子量为342.30g/摩尔，无水海藻糖在水中易溶，在甲醇或乙醇中几乎不溶。结晶海藻糖在水中易溶，在甲醇中微溶，在乙醇中几乎不溶。
海藻糖的密度为1.512g/cm³。海藻糖能溶于水和热乙醇、乙酸中，水中溶解度为68.9g/100g水（25℃），不溶于乙醚、丙酮，在水中溶解性好且很稳定。结晶海藻糖溶解热为57.8kJ/mol，碘化钠海藻糖为53.4kJ/mol。海藻糖的甜度约相当于蔗糖的45%，具有甜度温和、味感爽口、食后无后味（口感变酸）的特点。
海藻糖具有低吸湿特性，含2分子水的结晶海藻糖吸湿性低，即使相对湿度达到95%仍不变潮，将海藻糖放置在相对湿度 90%以上的地方超过1个月，海藻糖也几乎不会吸湿。有些食品本身并不吸湿，但加入糖类物质如蔗糖，吸湿性便大大增加，严重影响了食品本身的风味以及储存期，由于海藻糖的低吸湿性，将其应用于该类食品中可降低食品的吸湿性，从而有效延长产品的保质期。
含两个结晶水的海藻糖熔点为97℃，将其加热到130℃，海藻糖失去结晶水，形成碘化钠结晶体，熔点可达214~216℃。海藻糖具有二糖中最高的玻璃化转变温度，高达115℃，相对于其他的双糖有显著优势。因而把海藻糖加入到其它的食品中时，能有效地提高其玻璃化转变温度，更容易形成玻璃化状态，这种特性结合海藻糖的工艺稳定性和低吸湿性，使其成为一种高蛋白质防护剂和理想的喷雾干燥风味保持剂。
除此之外，海藻糖还具备低热值性、抗高渗保护、抗冷冻保护、非着色性、结晶性好、安全性好的特点。
化学性质
海藻糖是天然双糖中最稳定的一类，具备优异的耐高温、耐酸碱特性，在120℃加热90min无褐变。其不具有还原性，在与氨基酸、蛋白质共存时，即使加热也不会发生美拉德反应，可用于处理须加热或高温保存的食品、饮料等。
酶解特性上，海藻糖不被一般的酶水解，可被具有特异性的海藻糖酶水解为两分子葡萄糖。除此之外，海藻糖还具备抗腐蚀性强、抗辐射性较强的特点。
生物学特性
海藻糖广泛存在于许多生物体中，作为生物体内某些生物大分子的结构组分，同时它还是许多生物的应激代谢物。研究表明，某些物种对外界恶劣环境，如干旱、高温、寒冷、高渗透等，所表现出来的抗逆性和它们体内存在有海藻糖密切相关。
海藻糖是生物体对于外部环境变化所形成的一种典型的应激代谢物，保护机体抵抗外部恶劣环境。同时，海藻糖还能用于保护生物体内脱氧核糖核酸分子防止放射线引起的损伤；外源性的海藻糖对生物体也具有非特异性保护作用。其保护机制一般被认为是机体含有海藻糖的部分强力地束缚水分子，与膜脂质共同拥有结合水或海藻糖本身起到代替膜结合水的功用，从而防止生物体膜和膜蛋白的变性等。
制备方法
由于海藻糖所表现出的独特的生物学活性，引起了人们的广泛关注，因此各国科学家投入巨大精力对其生产技术进行了大量的研究。海藻糖的制备方法目前包括微生物提取法、微生物发酵法、酶合成法、基因工程法等。
微生物提取法
微生物提取法是以酵母、霉菌及其它含海藻糖的微生物为提取源。首先通过改变微生物的生长条件，使其体内积累更多的海藻糖，然后采用适当的方法将海藻糖提取出来。其工艺流程一般是：活性干酵母—提取—冷却—离心—上清液浓缩去醇—去离子和蛋白—浓缩—结晶—过滤—干燥—成品。
微生物提取法所用的微生物一般是酵母菌。因为酵母菌在对数生长期如处于“饥饿”状态（降低碳源、氮源），或提高温度、高渗透压等条件下，体内海藻糖的含量明显增加，可达细胞干重的20%。
国内外对高产海藻糖菌株的选育、胞内海藻糖的提取、纯化等方面进行了大量的研究。Gomes等选育出两株酵母菌，它们在热击条件下可大量合成海藻糖。邵漪等在70℃条件下使用60%~70%的乙醇对活性干酵母进行提取，经后续处理最终海藻糖得率为11g/100g干酵母。韩少卿等使用膜装置对机体内海藻糖进行分离提取，海藻糖提取率达到85%以上，纯度在99%以上。这种工艺已相当成熟，但由于生产成本过高、收率较低的缺点未能在食品工业中得到广泛应用。
微生物发酵法
微生物发酵法即通过微生物发酵生产海藻糖，再从发酵液中分离纯化，最终制得成品。通过诱变、细胞融合及基因重组等方法选育出高产海藻糖的菌株，采用高浓度的培养基及高渗发酵，并在发酵结束前，让菌体“饥饿”2~3h，可得到含海藻糖高的产物。
肖冬光等采用诱变、基因重组选育海藻糖生产菌株，胞内海藻糖含量达23%~25%，通过氮饥饿、热休克培养应激酵母细胞，休克处理合成胞外海藻糖，海藻糖含量可达10~16g/L，经超滤、离交，海藻糖收率>80%，结晶收率89%，海藻糖纯度>99%。赵玉巧等对产海藻糖酿酒酵母进行培养优化，最终发酵液中海藻糖的质量浓度可以达到1072mg/L。
该方法转化率低，副产物多，在食品行业中也未大范围应用。
酶合成法
酶合成法生产海藻糖主要是以葡萄糖、麦芽糖或者淀粉为底物，通过与海藻糖合成有关的酶的作用，转化为海藻糖。以淀粉为底物生产海藻糖，底物淀粉主要是马铃薯、番薯、玉米、小麦、木薯5种，其中以木薯淀粉为原料的海藻糖生成率最高。也有文献介绍直接以麦芽糖为底物，使用海藻糖合酶生产海藻糖。不同的菌种海藻糖合酶酶解得率不同，其中以栖热水生菌海藻糖合成酶产率最高，收率可以达到80%以上。
2000年，南宁中诺生物工程有限责任公司成功开发出酶法转化木薯淀粉生产海藻糖的工艺，使中国成为世界上第二个酶法工业化生产海藻糖的国家。该工艺利用木薯淀粉由α淀粉酶、普鲁兰酶分解为短链糊精后，经海藻糖合酶作用转化生产海藻糖，精制后可制成含量为98.0%的食品级结晶海藻糖和含量为99.0%以上的高纯度结晶海藻糖。
基因工程法
由于海藻糖合成酶多数为胞内酶，野生菌种的酶活较低、海藻糖转化率较低，工业应用一般采用基因工程改造生产菌。在微生物发酵法和基因技术的基础上发展起来的基因工程法为目前海藻糖合成酶研究的热点方向。况丹等对黏球菌目黏球菌属 sp.CYD-1海藻糖合酶基因克隆及酶学特性进行了分析，从菌种CYD-1基因组中克隆到一个编码海藻糖合成酶的基因MCTs。曾有研究者从红色亚栖热菌和玫瑰微球菌中分别克隆到海藻糖合成酶基因。大肠杆菌为良好的载体微生物，可以很好地表达外源基因，黄英等在大肠杆菌中采用克隆技术表达了玫瑰链霉菌海藻糖合成酶基因，所产的海藻糖合成酶对底物麦芽糖的转化率在82%以上。晏星辰也进行了高密度发酵重组大肠杆菌产海藻糖合成酶的研究，结果表明海藻糖合成酶的酶活达到(24 000±350) U⋅mL−1。人们发现海藻糖是一种典型的应激代谢物，其在生物体内含量的高低与生物体所处的环境密切相关。酵母菌在对数生长期如处于“饥饿”状态(降低碳源、氮源)，或提高温度、高渗透压等条件下，体内海藻糖的含量明显增加，可达细胞干重的9%~15%。魏杨建等研究了鲁氏接合酵母海藻糖耦合发酵过程的转录组差异，在高温胁迫下发酵后期，海藻糖从23.65 mg⋅g−1 DCW(湿菌体折算系数0.2)增加到最大值80.78 mg⋅g−1 DCW，测定方法为气相色谱法。
药理作用
免疫调节作用
海藻糖可通过恢复自噬-溶酶体系统功能发挥免疫调节作用。它被细胞内吞后在内溶酶体系统积累，引起轻度溶酶体应激与pH升高，激活TFEB并诱导自噬溶酶体生成。在病毒性心肌炎模型中，海藻糖通过AMPK/ULK1信号通路促进B细胞自噬，减轻心肌炎症损伤。同时，海藻糖可抑制HIV入侵与复制，缓解矽肺中肺泡巨噬细胞的凋亡与功能障碍，还能将肠道巨噬细胞极化为抗炎药M2表型，降低炎症介质释放，改善热应激导致的细胞氧化损伤与凋亡，是一种作用广泛的免疫调节物质。
神经保护作用
海藻糖通过抗炎、抗氧化、激活自噬等途径保护神经系统。它可激活Nrf2/HO-1通路抑制铁死亡，减少脊髓损伤后神经元丢失并促进功能恢复；通过mTOR非依赖性自噬通路保护神经元；上调miR-181c改善老年大鼠的学习记忆障碍；抑制β淀粉样蛋白斑块形成，缓解阿尔兹海默症病理；改善Lafora病的神经炎症与癫痫易感性；还能激活蛋白酶体，促进错误折叠蛋白清除，对多种神经退行性疾病均有保护潜力。
心血管系统保护作用
海藻糖对心血管系统具有显著保护作用。它可抑制JNK/NF-κB磷酸化，降低炎症因子水平并提升抗炎因子，逆转氧化应激指标异常；通过PKM2通路改善糖尿病性心肌损伤，恢复心肌收缩功能；低温条件下稳定血小板膜结构，减少冷藏血小板凋亡；抑制脑出血后红细胞溶解，减轻脑损伤；降低高血压大鼠的中风发生率与肾损伤，减轻心肌缺血/再灌注损伤与心肌肥厚，改善心脏功能，是理想的心血管保护物质。
结缔组织与代谢调节作用
海藻糖可调节脂质代谢、减少骨流失并保护皮肤与干细胞。它通过SIRT3介导的自噬通路，抑制高脂诱导的成骨细胞凋亡与骨量丢失；增强成骨细胞自噬并调控ERK通路，减少胆汁性肝硬化相关骨质疏松症；诱导p62表达、提升溶酶体活性与抗氧化能力，改善衰老肝脏脂质堆积；可协同DMSO用于脂肪组织与干细胞冻存；通过激活自噬保护角质形成细胞抵御UVB损伤；提高骨髓间充质干细胞在氧化应激下的存活率，在抗骨质疏松、皮肤防护、代谢调节方面潜力突出。
抗肿瘤作用
海藻糖具有一定的抗肿瘤潜力。它可降低HeLa细胞中c-Jun/JunB的表达，抑制相关信号通路；诱导胶质母细胞瘤细胞持续自噬与巨胞饮，导致肿瘤细胞死亡；调节肿瘤微环境，协同佐剂促进髓系细胞呈现抗肿瘤表型；抑制口腔鳞状细胞癌细胞的侵袭与上皮间充质转化。但目前相关研究仍较少，其抗肿瘤作用与机制有待进一步验证。
呼吸系统改善作用
海藻糖可改善呼吸系统疾病相关病理进程。它通过下调β-连环蛋白，抑制TGF-β1诱导的肺成纤维细胞分化与Ⅰ型胶原蛋白生成，缓解肺纤维化；对气道平滑肌细胞具有双向调节作用，低剂量激活自噬，高剂量抑制增殖、诱导凋亡并阻滞细胞周期；同时激活TFEB与下游自噬相关基因，调控气道重塑与炎症反应，对肺纤维化、气道异常增殖等呼吸疾病具有潜在干预价值。
应用范围
在食品行业的应用
在食品行业中海藻糖作为一种新型食品成分，在食品加工中尤其是食品添加剂中得到了广泛的应用。
海藻糖甜度适中，且不留后味，不龋病，用于巧克力、无糖口香糖的生产中，是一种很好的调味剂；性质稳定不褐变，具有极佳的耐热性及耐酸性、防腐性，防止淀粉老化及减轻和去除刺激性臭味等特性，可作为很好的食品保护剂；吸湿性低，对新鲜的水果、蔬菜、肉类及其加工品等有极好的保鲜作用。用海藻糖保存食品，能够使食品的色泽、味道等风味及维生素等营养物质得以保持下来，且保存期比较长。
海藻糖的应用将强有力地推动中国食品工业的发展，解决蔬菜、水果、肉类和水产品等农渔产品的加工保鲜和储藏运输问题，使运输成本大幅度下降，并且因食品品质的提高而降低损耗率，促进销量的增加等。
在医药领域的应用
在医药领域，海藻糖是一种很好的稳定剂，可用来保护激素、维生素、抗生素、生物制剂、酶、抗血清、疫苗等易失活的物质。用于移植器官及活细胞的贮存，可以便于其运输及其使用，同时海藻糖在医药上还具有降血糖、护肝等作用。其衍生物还可用作抗癌剂、抗肿瘤剂等。中国中科院微生物研究所应用海藻糖干燥制备用于人血清胆固醇测定的3种诊断工具酶，在室温下长期保存后，活性保持率都在90%以上，现已成功进入临床应用。
在化妆品方面的应用
由于海藻糖具有保湿、防晒、防紫外线等功效，故可用于皮肤化妆品、洗面奶，作为保湿剂、洁肤剂、紫外吸收剂等。还可用于唇膏、口腔清凉剂、口腔芳香剂等。日本已将其列为新规格化妆品原料，并用于高级化妆品中。
在农业方面的应用
海藻糖在农业领域具有应用价值，能够对植物起到保护作用，有利于育种研究。通过生物工程技术，可将海藻糖相关基因导入植物，培育抗旱转基因作物。经济作物中富含海藻糖有助于增强植物的抗旱性和耐寒性，并在加工后改善其外观与风味。美国研究人员培育出能够有效抵御干旱、寒冷和高盐环境的高产转基因水稻。科学家将来自酵母的海藻糖合成酶基因导入烟草，获得了抗旱型植株。美英两国科学家已培育出转基因番茄，并正在研究将该基因导入其他水果。未来，这一技术可能用于改善植物特性，应用于沙漠治理和荒旱地区绿化。
安全事宜
藻糖无毒无害，对人体无副作用，具备良好的食用安全性。海藻糖进入人体内在小肠中被海藻糖酶分解为两分子葡萄糖，进而被人体的新陈代谢所利用，是一种重要的能量来源，对人体健康安全有益。同时，海藻糖有预防龋病的作用，不会使人体产生抗龋齿类低聚糖所引起的肠道副反应。
参考资料 >
Trehalose .PubChem.2024-10-30
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海藻糖.中华人民共和国药典:2020版.2026-04-24
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