L-阿拉伯糖研究的最新进展

L-阿拉伯糖，又称树胶醛糖、果胶糖，是一种戊醛糖。在自然界中L-阿拉伯糖很少以单糖形式存在，通常与其他单糖结合，以杂多糖的形式存在于胶质、半纤维素、果胶酸、细菌多糖及某些糖苷中。L-阿拉伯糖广泛存在于水果、粗粮皮壳中，人类食用它时间已有几千年历史，只是直到近几年科研才发现这种物质的功能和提纯方法。它是预防“三高一超”（高血压、高血糖、高血脂和超肥胖）的重要功能糖。

经过大量的临床实验表明，L-阿拉伯糖对蔗糖的代谢转化具有阻断作用，蔗糖是通过存在于小肠黏膜砂糖分解酵素把蔗糖分解成葡萄糖和果糖后吸收的。如果在砂糖中配用2%的阿拉伯糖就可以抑制40%的砂糖的吸收，可相应抑制血糖值增高。另外，没有被分解的砂糖到达大肠，与阿拉伯糖一起可以起到抑制乳酸杆菌和增加双歧杆菌，进一步通过阻碍对果糖吸收的抑制和产生肠内细菌的短锁脂肪酸的中性脂肪合成，达到抑制脂肪堆积的效果。阿拉伯糖有类似砂糖的甜味，但甜度只有其一半左右。其溶解度低于砂糖，酸、热度稳定，使得它添加在功能性食品中，在减肥、控制糖尿病等方面的应用前景看好。L-阿拉伯糖作为一种低热量的甜味剂，已被美国食品药品监督局和日本厚生省批准列入健康食品添加剂。美国医疗协会将其列入用作抗肥胖剂的营养补充剂或非处方药，在日本厚生省的特定保健用食品清单中，L-阿拉伯糖被列入用于调节血糖的专用特殊保健食品添加剂。L-阿拉伯糖还可以用作医药中间体、用于生化领域中细菌培养基的制备以及香料合成等。

1.L-阿拉伯糖工业化生产现状

在自然界中，L-阿拉伯糖通常以化合状态存在于纤维素、半纤维素、树脂、阿拉伯胶中。不同植物组织的L-阿拉伯糖含量不同，含量较高的植物有桃胶、玉米皮、甜菜浆、麦糠、落叶松木等。文献中记录的生产方法如下：

（1）水解法。用酸或碱破坏植物的纤维组织，通过水解来获得L-阿拉伯糖，但在此水解的过程中会产生多种糖，如在甜菜浆的水解产物中有L-阿拉伯糖、D-半乳糖和蔗糖等。这些糖的混合液需经进一步分离纯化而得到纯净的L-阿拉伯糖。

以L-阿拉伯糖含量较高的阿拉伯胶水解为例，用盐酸等无机酸进行水解，再用氢氧化钙中和至中性，得到含L-阿拉伯糖的混合液，经质量分数为90%的乙醇萃取，再经工业乙酸沉淀，可得粗L-阿拉伯糖，质量分数约为66.7%。粗混合液经双柱色谱分离提纯得到质量分数为99%的L-阿拉伯糖。但此方法中双柱分离使用的洗脱剂为正丁醇、乙酸乙酯、异丙醇等有机溶剂，难以应用于大规模食品级工业化生产。而且在之前的水解过程会产生大量的酸碱废液，后续工作烦琐。

（2）化学合成法。用3，4-二氢-2H-吡喃经硒的羟基化反应合成了L-阿拉伯糖和D-阿拉伯糖，产物为消旋体，需要拆分，而且所用原料较贵，步骤较多。总体来说化学合成法不适合于工业化生产。(www.xing528.com)

（3）微生物酶解法。日本曾经开发了一种生产L-阿拉伯糖的酶基工艺。在该工艺中，滤糟等沉积物在一台容器内与水和酶在40～80℃下混合24h，然后将溶液过滤，并经活性炭和离子交换处理精制，然后蒸发浓缩，制成L-阿拉伯糖晶体。此外，科学家还用醋酸菌将核糖醇氧化为L-核酮糖，借助L-阿拉伯糖异构酶和耻垢分枝杆菌使L-核酮糖转化为L-阿拉伯糖，无须经色谱柱即可结晶得到L-阿拉伯糖。微生物、酶法可以简化生产工艺，减低生产成本，同时可以减少酸碱和含盐废液的排放，减少环境污染，代表了绿色化学的方向。但此方法有一瓶颈存在，酶的价格较高，而且现有酶的催化效率较低。如何获得高效酶或菌种还需要进一步开发研究。

玉米芯中含有1.8%～2.0%的阿拉伯糖组分，在酸水解得到木糖单体的同时，阿拉伯糖聚合物也同时水解，因此阿拉伯糖单糖在水解液中大量存在。在结晶得到木糖的步骤中，阿拉伯糖存留于结晶母液中。由于木糖水解液中含有多种杂糖及其他成分，因此在结晶分离出木糖后，由于母液中杂糖含量较高，无法继续结晶提取，母液主要以副产品的形式低价出售，用于生产焦糖色素、饲料酵母或某些化工产品，附加值均较低。按目前状况，每生产1吨结晶木糖约产生1.2吨木糖母液。

木糖母液中含有未提取的D-木糖以及少量D-葡萄糖和D-半乳糖等单糖。其中以木糖含量最多，其次为L-阿拉伯糖。木糖和L-阿拉伯糖为同分异构体，用普通的方法难以分离。采用SMB模拟移动床分离技术得到纯净的L-阿拉伯糖液，再经过精制结晶可生产含量大于99%的结晶L-阿拉伯糖产品。此工艺技术利用生产木糖的母液为原料生产，不仅解决了母液处理难的问题，也同时得到阿拉伯糖这一稀有糖，提高了原料的利用率。

2.L-阿拉伯糖国内外市场分析

长期以来，日本在阿拉伯糖的研究、应用方面居全球领先地位。但是，日本阿拉伯糖的应用尚不普及，大部分潜在市场尚未能获得开发。在欧美地区，L-阿拉伯糖价格也相当昂贵，但是由于产量较低，其应用也不普及。日本厚生省的特定保健用食品清单中将L-阿拉伯糖列入调节血糖的专用特殊保健和食品添加剂。美国医疗协会将L-阿拉伯糖列入抗肥胖剂的营养补充剂或非处方药。日本三井株式会社开发出在蔗糖中添加3%阿拉伯糖的“健康糖”，并于2006年投入市场。日本Unitika公司也开发系列添加阿拉伯糖的保健产品，并申请了专利保护。此外，丹麦的丹尼斯克公司已生产多年的L-阿拉伯糖，但不对外公布产量。根据其从我国购进木糖母液量来计算，预计其有1000～2000吨/年的产量。随着技术研发、商业应用的快速发展，阿拉伯糖领域的专利文献也大量增加。目前，阿拉伯糖专利技术已经覆盖基因工程、微生物发酵、蛋白质工程、医药组合物、酿酒、饮料、食品加工等各个技术领域。L-阿拉伯糖作为一种功能性糖，最具代表性的生理作用是有选择性地影响小肠二糖水解酶中消化蔗糖的蔗糖酶，从而抑制蔗糖的吸收，从而降低人体内血糖的水平。但L-阿拉伯糖作为一种新兴糖，需要一个被世人认识并接受的过程。相信未来二三十年间，在L-阿拉伯糖在乳制品、糕点、面包、儿童食品、冰淇淋、饮料、甜点、巧克力、家用蔗糖等食品中将得到广泛应用，需求量甚至可突破1万吨。而且L-阿拉伯糖一旦大规模展开生产，其作为医药中间体生产L-核糖、2-脱氧-L-核糖、脱氧核糖核苷类的需求量也将迅速开展，根据上述药物的需求状况，L-阿拉伯糖作为医药中间体的市场容量也能突破1万吨。

木糖的生产过程中产生了大量的母液，其中含有木糖、阿拉伯糖等功能糖，对于木糖母液综合回收利用的研究，美国、日本等发达国家十分重视，已经开发出多种低耗、高效的回收利用方法。而在我国母液主要被用来制备焦糖色素、生产饲料酵母等低级产品，母液利用效率低，会造成资源浪费。在这一大背景下，研究木糖母液中木糖以及功能性副产物阿拉伯糖的回收工艺技术具有重要的意义。