海藻糖，又稱α，α-海藻糖、 α-D-吡喃葡萄糖基-α-D-吡喃葡萄糖苷、 Mycose,為兩分子D-吡喃葡萄糖的異頭碳原子(C1)上的半縮醛羥基之間去水縮合而成的非還原性雙糖。主要分為α，α-海藻糖、α，β-海藻糖和β，β-海藻糖等三種。存在于霉菌、藻類、干酵母、麥角等中，也可由人工合成。其具有保存生物活力的特殊功能, 能有效地保護(hù)細(xì)胞膜和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu), 使生物體在異常情況下, 如高溫脫水(干燥、高滲透壓)、冷凍時(shí)仍保持細(xì)胞內(nèi)濕潤(rùn), 防止細(xì)胞因失水而造成養(yǎng)分的損失和細(xì)胞的損傷.而且體外海藻糖同樣具有穩(wěn)定生物膜和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的特性, 國(guó)際上用它保護(hù)基因工程酶類、各種病毒、疫苗、抗體、蛋白質(zhì)因子、核酸等，同時(shí)作為生物活性物質(zhì)的穩(wěn)定劑和保護(hù)劑, 其在食品、保健品、化妝品、醫(yī)藥、分子生物學(xué)和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

海藻糖有三種不同的正位異構(gòu)體 (Anomers)，即α，α-海藻糖 (又叫蘑菇糖，Mycose)，α，β-海藻糖 (新海藻糖，Neotrehalose)和β，β-海藻糖 (異海藻糖，Isotrehalose)。海藻糖可以幾種固體形式存在，最常見(jiàn)的是二水化合物。海藻糖的穩(wěn)定性比蔗糖好，與氨基酸、蛋白質(zhì)等混合在加熱的條件下，也不會(huì)發(fā)生美拉德反應(yīng)。其溶解度約是蔗糖的2/3，滲透壓與蔗糖、麥芽糖等雙糖相同，甜度只有蔗糖的45%左右，留在口中的后味較清爽。含兩個(gè)結(jié)晶水的海藻糖不顯示吸濕性，而無(wú)水海藻糖結(jié)晶有非常強(qiáng)的吸濕性，后者可作為干燥劑使用。海藻糖不能使斐林試劑還原，也不能被α-糖苷酶水解，但在強(qiáng)酸條件下能被水解為兩個(gè)葡萄糖分子。

表1為海藻糖的基本性質(zhì)1.微生物抽提法
微生物抽提法是以乳酸菌、酵母、霉菌及其它一些含海藻糖的菌體為提取源, 首先通過(guò)干燥、改變滲透壓等方法處理菌體, 使其體內(nèi)積累更多的海藻糖, 然后經(jīng)過(guò)乙醇等有機(jī)溶劑抽提、精制, 從而得到較高純度的海藻糖晶體。這是傳統(tǒng)的海藻糖生產(chǎn)方法, 由于酵母中海藻糖含量較高, 可達(dá)細(xì)胞干重的20% , 通常以酵母提取為主。
2.發(fā)酵法
發(fā)酵法是在一定的基質(zhì)上培養(yǎng)微生物, 通過(guò)微生物發(fā)酵生產(chǎn)海藻糖, 再?gòu)陌l(fā)酵液中提取精制而成, 其中能利用基質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)海藻糖的微生物包括節(jié)桿菌屬、棒桿菌屬、短桿菌屬、諾卡氏菌屬、絲核菌屬、微球菌屬等。一般先通過(guò)誘變、細(xì)胞融合或基因重組選育產(chǎn)海藻糖高的菌株, 然后采用高濃度的培養(yǎng)基及高滲發(fā)酵, 并在發(fā)酵結(jié)束前讓菌體/ 饑餓02~ 3h, 從而得到含海藻糖較高的培養(yǎng)物。該方法的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)化率低, 發(fā)酵液成分復(fù)雜, 海藻糖的提取、精制困難, 因而研究運(yùn)用先進(jìn)的生化分離技術(shù), 提高轉(zhuǎn)化率和純度, 對(duì)于絳低生產(chǎn)成本, 促進(jìn)推廣應(yīng)用很重要。
3.酶轉(zhuǎn)化法
酶轉(zhuǎn)化法是采用葡萄糖、麥芽糖或淀粉等為底物, 通過(guò)與海藻糖合成有關(guān)的酶的作用轉(zhuǎn)化成海藻糖。根據(jù)其作用底物, 主要分為葡萄糖、麥芽糖、淀粉為底物三種生產(chǎn)方法。
(1)以葡萄糖為底物
人們?cè)谘芯考?xì)菌、真菌和植物體內(nèi)海藻糖的生物合成途徑時(shí)發(fā)現(xiàn), 在生物體中最廣泛存在的一條海藻糖合成途徑是利用海藻糖- 6-磷酸合成酶( EC21411115) 和海藻糖- 6-磷酸磷酸酯酶( EC31113112) 催化葡萄糖生成海藻糖, 其反應(yīng)式為:

圖1為以葡萄糖為底物合成海藻糖的反應(yīng)式
2.以麥芽糖為底物
以麥芽糖為底物的酶轉(zhuǎn)化法主要有兩種:
（1）由麥芽糖生物合成海藻糖的途徑:

圖2為以麥芽糖為底物合成海藻糖的反應(yīng)式
該法具有較高的特異性和快速溫和等特點(diǎn), 但反應(yīng)需要高能物質(zhì)UDP 或高濃度磷酸鹽, 而且磷酸化酶極不穩(wěn)定, 轉(zhuǎn)化率只有60% , 難于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn);
（2）在一些非常見(jiàn)細(xì)菌, 如脂肪桿菌和某些耐熱菌中發(fā)現(xiàn)一種海藻糖合成酶(trehalosesynthase), 它能將A,A-1,4-麥芽糖在分子內(nèi)重組成
A,A-1, 1-海藻糖。該酶具有較嚴(yán)格的底物專一性, 只作用于麥芽糖生成海藻糖及從海藻糖生成麥芽糖, 前者的反應(yīng)明顯優(yōu)于后者。
3.以淀粉為底物
以淀粉為底物生產(chǎn)海藻糖也有兩條途徑: 第一條途徑是利用葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶(glycosyltransfer GTase) 和淀粉酶(amylase) 將淀粉轉(zhuǎn)化成海藻糖, 轉(zhuǎn)化率可達(dá)8115%, 這類酶廣泛存在于硫化葉菌科中, 第一種酶是分子內(nèi)轉(zhuǎn)糖基酶, 將麥芽寡糖水解產(chǎn)生的葡糖基轉(zhuǎn)移到麥芽寡糖還原末端葡糖基C1-OH位置, 產(chǎn)生A,A- 1, 1-葡糖基海藻糖; 淀粉酶水解葡糖基海藻糖生成海藻糖和麥芽寡糖, 該酶僅切割各種葡糖基海藻糖中與海藻糖相鄰的A, A- 1, 4-糖苷鍵, 是一種新型A-淀粉酶。這兩種酶熱穩(wěn)定性好, 淀粉價(jià)格便宜, 可望成為工業(yè)生產(chǎn)海藻糖的新途徑。
第二條途徑是通過(guò)存在于節(jié)桿菌Arthrobactersp.Q36以及微黃短桿菌Brevibacterium helvolum,Micrococcus roseus, Sulfolobusacidicaldarium等菌中的麥芽寡糖基海藻糖合成酶(maltooligosyl- trehalosesynthase, MTSase)和麥芽寡糖基海藻糖水解酶(maltooligosyl-trehalose trehalohydrolase, MTHase)的協(xié)同作用, 將一定鏈長(zhǎng)的直鏈淀粉轉(zhuǎn)化為海藻糖。麥芽寡糖基海藻糖合成酶是一種分子內(nèi)轉(zhuǎn)糖基酶, 催化麥芽寡糖(淀粉液化液) 還原端的葡萄糖基和相鄰的葡萄糖基間的A, A-1, 4-葡萄糖苷鍵轉(zhuǎn)化成A,A-1, 1-葡萄糖苷鍵, 生成麥芽寡糖基海藻糖; 麥芽寡糖基海藻糖水解酶專一水解麥芽寡糖基海藻糖的麥芽寡糖基和海藻糖基間的A, A-1, 4-糖苷鍵, 以上兩種酶聯(lián)合作用, 每次從麥芽寡糖生成海藻糖和少兩個(gè)葡萄糖單位的麥芽寡糖。
4.基因重組法
基因重組法包括兩個(gè)方面: 一是利用工程微生物和酶工程改進(jìn)海藻糖生產(chǎn), 提高產(chǎn)量, 降低成本;二是利用與合成海藻糖相關(guān)的基因構(gòu)建具有抗逆性的轉(zhuǎn)基因植物。Kim等克隆了非病原菌Brevibacterium helvolum中麥芽寡糖基海藻糖合成酶(BvMTS)和麥芽寡糖基海藻糖水解酶(BvMTH)的基因, 并將兩者重組成新基因BvMTSH, 轉(zhuǎn)入大腸桿菌中表達(dá), 表達(dá)出的重組蛋白可高效的將可溶性淀粉轉(zhuǎn)化成海藻糖。
5.化學(xué)合成法
海藻糖的化學(xué)合成主要是在2，3，4，6—四乙配基—D—葡萄糖和3，4，6—三乙酰—1.2 —脫水—D—葡萄糖之間產(chǎn)生環(huán)氧乙烷加成反應(yīng)。在后一種化合物濃縮過(guò)程中也有海藻糖生成。然而海藻糖的化學(xué)合成具有較多的缺點(diǎn)，其中主要一點(diǎn)是產(chǎn)率低，分離困難，
至今還處于研究階段。1.海藻糖對(duì)生物分子有特殊的保護(hù)作用，它能使許多生物在異常條件下，如高溫、脫水和冷凍時(shí)仍保持原活性。
生物膜表面結(jié)合水的存在對(duì)膜的穩(wěn)定及保持完整有著重要的作用。正常的情況下，膜表面都存在大量的結(jié)合水，例如PC脂質(zhì)體，通常每一磷脂頭部都結(jié)合10～15個(gè)水分子。結(jié)合水的存在使膜表面能降低，使膜與膜間的緊密接觸即膜融合的第一步不能實(shí)現(xiàn)。但一旦失去結(jié)合水，膜結(jié)構(gòu)將發(fā)生一系列變化，出現(xiàn)諸如磷脂相變溫度升高，磷脂側(cè)向相分離，膜脂的缺陷及形成非雙層相等，從而使膜通透性增高乃至產(chǎn)生膜融合。由于海藻糖擁有許多羥基，能夠替代水與磷脂頭部發(fā)生氫鍵結(jié)合，從而取代失去的結(jié)合水，維持生物膜表面“水化” 狀態(tài)。人的皮膚細(xì)胞也是典型的生物膜，海藻糖通過(guò)降低相變溫度，使其在脫水條件下的膜脂仍處于液晶狀態(tài)，從而起到保護(hù)皮膚的作用。實(shí)驗(yàn)表明，海藻糖對(duì)生物膜的保護(hù)是通過(guò)防融合、泄漏等途徑實(shí)現(xiàn)的。
蛋白質(zhì)尤其酶在干燥過(guò)程中很容易失活，例如磷酸果糖激酶 (Phosphofructosekinase，PFK) 是四聚體，在干燥過(guò)程中能解離成無(wú)活性的二聚體。如果在干燥前加入一定量的海藻糖，即使極度干燥，PFK完全穩(wěn)定而且仍保持原活性。 Camilo等把ECOR Ⅰ、BgⅢ、Pst Ⅰ和HindⅢ、T4DNA連接酶等放置在含海藻糖的緩沖液中一定時(shí)間后，于37℃通風(fēng)干燥，干燥后的酶在70℃保存35d仍能精確地切割和連接DNA，而未加入海藻糖的酶其活性完全喪失。
海藻糖是生物分子的特效保護(hù)劑，它將為醫(yī)用生物制品，如血液制品 (血漿、血液球蛋白、轉(zhuǎn)移因子等)、菌苗、疫苗、抗體、載藥脂質(zhì)體、抗血清、外科手術(shù)所需貯存的皮膚、器官等的干燥保存、運(yùn)輸和使用帶來(lái)極大的方便。
2.海藻糖具有抗干燥的作用，又具有良好的加工特性，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不僅不發(fā)生美拉德反應(yīng)，還能阻止還原糖和蛋白質(zhì)的游離氨基反應(yīng)，抑制美拉德反應(yīng)的發(fā)生，而且由于甜度低，對(duì)食品的風(fēng)味影響很少，在食品加工中的應(yīng)用潛力主要是改進(jìn)食品干燥工藝，加工出更好的食品。另外，含海藻糖的食品的復(fù)水速度也大大加快。
3.海藻糖長(zhǎng)期保鮮食物的原理是其可在常溫下形成一種特殊的膜而將食物密封，同時(shí)還會(huì)析出黏液將其粘結(jié)和滋潤(rùn)，并將原有的細(xì)菌和隨后沾染的細(xì)菌殺死。這種保護(hù)膜在常規(guī)濕度下非常穩(wěn)定，并且還能將外來(lái)的熱量輻射出去。因此，利用海藻糖保存食品不僅效果理想、操作簡(jiǎn)單，而且延長(zhǎng)食品在貨架上的保存期。由于海藻糖對(duì)產(chǎn)品的風(fēng)味影響較少。因此，可以將它用于許多食品的防腐保藏。目前已成功地用于牛乳、禽蛋、番茄醬和肉制品的防腐保藏。高能量的干燥食品也可利用海藻糖保持其穩(wěn)定性，同時(shí)還可增加其熱能值。
4.海藻糖對(duì)鹿肉表面細(xì)菌具有一定抑制作用，隨著海藻糖溶液濃度增大，抑菌效果增強(qiáng)，最佳抑菌濃度為5.5%，超過(guò)該濃度，抑菌效果下降。同時(shí)發(fā)現(xiàn)利用柵欄技術(shù)，通過(guò)對(duì)海藻糖、魔芋葡甘露聚糖、溶菌酶、乳酸鈉、乳酸鏈球菌素等不同防腐劑的復(fù)配可以大大提高新鮮鹿肉的保質(zhì)期。
以上關(guān)于海藻糖的藥理作用，應(yīng)用，制備方法待信息由Chemicalbook的劉編輯整理。1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用

a.防止淀粉老化
使用淀粉的食品，放在常溫或低溫下，就會(huì)因淀粉的老化而變硬，出現(xiàn)松散、白濁等現(xiàn)象，從而引起品質(zhì)的下降，尤其是冷凍食品，淀粉的老化現(xiàn)象更為顯著。過(guò)去，是采用添加糖類、酶制劑、乳化劑等方法來(lái)抑制淀粉的老化，但這些方法都不夠完善，綜合來(lái)看，添加糖類是較為有效的。將12％的淀粉溶液與2％的糖等量混合，糊化后保存在4，以保存前和保存12h后的濁度比為淀粉的老化率，比較蔗糖、麥芽糖、海藻糖的防止淀粉老化效果，就會(huì)發(fā)現(xiàn)添加海藻糖的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他糖類。因此，使用海藻糖能夠抑制淀粉的老化，改善品質(zhì)，對(duì)于利用冷凍來(lái)流通的食品來(lái)說(shuō)，今后可廣泛使用海藻糖。

b.防止蛋白質(zhì)變性
取蛋中的蛋白為蛋白質(zhì)，在里面添加5％的糖在-20冷凍5d，以冷凍前和解凍后的濁度比為蛋白質(zhì)的變性率，比較蔗糖、麥芽糖、海藻糖的防止蛋白質(zhì)變性效果，同樣可以發(fā)現(xiàn)，海藻糖的防蛋白質(zhì)變性效果最佳。另外，牛奶酪蛋白長(zhǎng)時(shí)間加熱后，伴隨蛋白質(zhì)的變性會(huì)發(fā)生凝聚從而產(chǎn)生沉淀。例如，調(diào)試牛奶咖啡使之在55保存4周，在使用精制細(xì)砂糖的牛奶咖啡里，清楚見(jiàn)到牛奶酪蛋白的凝聚，但如果用海藻糖替換其中四分之一的精制細(xì)砂糖，牛奶酪蛋白就非常穩(wěn)定，幾乎見(jiàn)不到蛋白質(zhì)的凝聚。從上述可以看出，海藻糖具有防止蛋白質(zhì)變性或說(shuō)使之穩(wěn)定的效果，今后在含蛋白質(zhì)食品以及各種酶制劑、醫(yī)藥品等領(lǐng)域可以充分應(yīng)用海藻糖。

c.矯味、矯臭作用
海藻糖的第三個(gè)功能，就是特有的矯味、矯臭作用。在低鹽醬油里添加2％左右的海藻糖，成味即刻增加，變成可與濃味醬油匹敵的味道。不過(guò)，作為海藻糖在這方面的作用，大多數(shù)還是掩蔽一些令人不愉快的氣味和味道，或使之向降低的方向移動(dòng)。例如，葡萄柚和蘆薈的苦味、豆?jié){和蛋的生腥味、加熱臭、陳米臭等等。在這些食品里面，只要添加少量的海藻糖，其苦味或異臭味就可以得到大大改善。像這種由于其微妙的味道或氣味而影響其品質(zhì)的食品有許多。因此，今后海藻糖在這方面將有很大的利用價(jià)值。

d.保持食品組織的新鮮度
貯存蔬菜、水果、谷類時(shí)，由于酶或非酶的因素會(huì)引起褐變、軟化，從而使新鮮度降低。為此，經(jīng)常采用預(yù)熱處理或化學(xué)藥劑等一些對(duì)策。例如，為防止蘋(píng)果的褐變，常常用食鹽水浸泡處理，但有時(shí)會(huì)感到有咸味或因組織軟化而影響口感，很難達(dá)到人們滿意的結(jié)果。這種情況，如果用5％的海藻糖溶液浸泡處理蘋(píng)果，不但能防止褐變，同時(shí)其組織感覺(jué)也很好。海藻糖不僅對(duì)蘋(píng)果、黃瓜、蘿卜等新鮮的水果蔬菜，對(duì)白菜、黃瓜的鹽腌制品等同樣起著保鮮用。此外，對(duì)采摘的玫瑰花等也有保鮮、延長(zhǎng)壽命的功能。

e.非齲齒性
現(xiàn)已有實(shí)驗(yàn)證明，海藻糖也不被齲齒菌所利用。人在攝入使用海藻糖的巧克力后的30分鐘內(nèi)，觀察其牙垢的pH變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)pH值不會(huì)下降到5.7以下。盡管海藻糖不是糖醇而是糖類，它不能作為無(wú)糖食品的素材來(lái)使用，但上述的非齲齒性，與糖醇具有同樣的意義。今后可作為非齲齒的糖類甜味劑而用于嗜好食品以及飲料等。

2.在分子生物學(xué)上的應(yīng)用
海藻糖對(duì)生物干制品的保護(hù)作用使其在生化制品領(lǐng)域大有作為，如果能開(kāi)發(fā)出更多常溫下保存和使用的產(chǎn)品，則可使生化制品的成本大大降低。目前已將海藻糖技術(shù)應(yīng)用于最不穩(wěn)定的限制性內(nèi)切酶類，使其可以在常溫下保存相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間而不失活，這種技術(shù)還可能導(dǎo)致推出自動(dòng)化的帶干池或干PRC反應(yīng)試劑盒等新型生化工具。

3.農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用前景
隨著研究的深入，基因工程技術(shù)的發(fā)展，含海藻糖的轉(zhuǎn)基因植物的建成，不僅僅是提高作物的抗旱能力，而且能使作物在收獲加工后顯得新鮮、更具有濃濃的風(fēng)味如甜昧水果、蔬菜及其他產(chǎn)品。此外，高含量海藻糖的作物與其具有較好耐凍性有密切關(guān)系。由此看來(lái)，抗旱植物的建成及其發(fā)展將有可能為抵抗旱災(zāi)、凍災(zāi)及改造沙漠、綠化荒旱地做出重要貢獻(xiàn)。

4.醫(yī)藥工業(yè)的應(yīng)用
主要是作為試劑的診斷藥的穩(wěn)定劑。例如，應(yīng)用于移植內(nèi)臟器的儲(chǔ)存、淋巴激素、生物制劑、抗生素、維生素、酶以及各種容易失去活性的物質(zhì)改良與穩(wěn)定。也可用于牙膏、內(nèi)服藥、糖衣片劑等中作為甜味劑、呈味改良劑、品質(zhì)改良劑、穩(wěn)定劑。同時(shí)用海藻糖來(lái)干燥活疫苗，易于保藏，說(shuō)得上是一種很好的醫(yī)用干燥劑，重新得水后使用極為方便有效。另外，海藻糖不僅可用于疫苗保存，而且還可使激素、血液及其成分穩(wěn)定化。其實(shí)用性還在于對(duì)生物高技術(shù)產(chǎn)品的保存起重要作用，如基因工程所用的DNA限制內(nèi)切酶，常規(guī)條件下不穩(wěn)定，易失活。

5.在化妝品方面：
現(xiàn)在，用于化妝品的主要是海藻糖的衍生物，在日本海藻糖因其本身所顯示的保濕性已被衛(wèi)生部確認(rèn)為新規(guī)格化妝品原料。例如可用于皮膚化妝品如洗面奶等，具有抑制皮膚干燥；可作為唇膏、口腔清涼劑、口腔芳香劑等各種組成物的甜味劑、呈味改良劑、品質(zhì)改良劑。另外，無(wú)水海藻糖可以應(yīng)用于如護(hù)膚霜等中作為磷脂以及酶的脫水劑。每100毫升水中的溶解克數(shù):
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1.在自然界中以游離態(tài)存在于蘑菇等菌類、海草、蝦及面包酵母、啤酒酵母中。制法：利用淀粉為原料，液化，用耐熱性α-淀粉酶發(fā)酵、糖化，再用異構(gòu)化淀粉酶作用而得。

2. 用發(fā)酵法生產(chǎn)，發(fā)酵液經(jīng)陰離子交換樹(shù)脂 (amberlite CG 1201) ，可得純度為98.4%的海藻糖。