L-阿拉伯糖的最新應用進展*

朱道辰，呂正鳳，劉杏榮，王成福

1(江蘇大學環境學院，江蘇鎮江，221013) 2(江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇鎮江，212013)3(山東福田藥業有限公司技術中心，山東禹城，251200)

L-阿拉伯糖的最新應用進展*

朱道辰1，呂正鳳2，劉杏榮2，王成福3

1(江蘇大學環境學院，江蘇鎮江，221013) 2(江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇鎮江，212013)3(山東福田藥業有限公司技術中心，山東禹城，251200)

綜 述了國內外對L-阿拉伯糖的功能機制的研究，并對L-阿拉伯糖在食品、醫藥、以及其他領域的應用進行論述;討論了L-阿拉伯糖的發展方向和面臨的挑戰。

L -阿拉伯糖，糖尿病，食品，肥胖

作為生物體維持生命活動的重要能量來源的糖主要是六碳糖(蔗糖、淀粉等多糖與果糖、葡萄糖等單糖和糖醇類)，幾千年來為人類提供主要的熱量能源。特別是近200多年來，隨著人類發展進入工業社會階段，飲食結構也隨之發生了巨大的變化，不僅糖的攝入量大大提高，而且大量的糖以液體形式被攝食。在人類人體生理學狀態沒有改變的情況下，糖的過多攝入導致了糖尿病、肥胖、心血管疾病等一系列人體健康問題;在一項對1～13歲的兒童和青少年的飲食調查中發現，影響健康的最重要因素之一是糖的攝入量過高［1－2］。因此近些年開發不含或者低熱量的代糖甜味劑是食品科研人員的研究方向之一，其中，L-阿拉伯糖作為一種新型的糖類甜味劑，因具有和蔗糖非常相似的甜味，在人腸道中不產生熱量，而受到廣泛關注。

L-阿拉伯糖具有很強的非競爭性抑制蔗糖吸收的功能，能夠抑制吸收蔗糖引起的血清中葡萄糖的濃度升高［3］，因此可以作代糖甜味劑為糖尿病人、肥胖者、高血壓患者所食用。此外，L-阿拉伯糖還可以作為合成某些藥物的前體，比如治療肝病的某些類核苷藥物［4］，在食品、醫藥、精細化工等領域具有廣泛的應用前景。

1 L-阿拉伯糖的特性

1.1 理化性質

L-阿拉伯糖(L-(+)-阿戊糖/L-(+)-樹膠醛糖，CH2OH(CHOH)3CHO)是五碳醛糖(結構式見圖1)，其形態為無色、無味結晶粉末，相對密度()1.585，熔點為154～158℃，易溶于水，微溶于乙醇，不溶于醚、甲醇和丙酮，對熱和酸穩定［5－6］。L-阿拉伯糖是植物細胞壁的一種常見的成分，以阿拉伯聚糖、木聚糖等形式廣泛的存在于植物王國;也是谷類半纖維素的主要成分之一，諸如玉米、小麥、燕麥、大米、果膠、蘋果等中均含有一定量的L-阿拉伯糖。L-阿拉伯糖通常從植物中用化學方法提取獲得，近年來酶水解方法逐漸得到應用，從而降低了對環境的污染和節約能耗［7－10］。此外，也有利用化學方法合成L-阿拉伯糖的報道［11］。

圖1 L-阿拉伯糖結構式

1.2 功能以及作用機理

L-阿拉伯糖的味道與蔗糖非常接近，但是甜度僅為蔗糖的50%左右。自然狀態的阿拉伯糖以L-形式存在，它不能被動物代謝，因此是一種非熱量糖。其最主要的生理作用是對小腸二糖水解酶類中與蔗糖消化相關的酶類的強烈選擇性抑制，因此抑制了攝入的碳水化合物分解為葡萄糖和果糖的速度和效率，從而降低了小腸對葡萄糖和果糖的吸收，而對小腸黏膜中麥芽糖酶、異麥芽糖酶、海藻糖酶、乳糖酶等沒有影響，對胰腺中淀粉酶也沒有抑制作用［3，12－13］。Sanai等人的研究通過14C標記蔗糖證明了L-阿拉伯糖對蔗糖吸收的抑制作用，蔗糖中添加3% ～5%的L-阿拉伯糖能夠對蔗糖在小腸內的吸收降低40%～60%［14］。周克夫等人研究發現，L-阿拉伯糖能夠顯著改善肥胖模型的小白鼠的糖耐受量，以及促使Ⅱ型糖尿病兔子模型的血糖降低和提高了其糖耐受量，并且能夠抑制脂肪生成酶的活性和血清甘油三脂的水平［15－16］。這些研究表明，L-阿拉伯糖在穩定血糖、改善糖尿病癥狀、以及預防肥胖等方面具有重要意義。另外，動物實驗表明，與其他難吸收糖類一樣，L-阿拉伯糖具有促進小腸部位對鈣的吸收作用，而高鈣攝入可以降低腸道脂肪的吸收和脂質代謝［17－18］，在降低脂肪細胞鈣內流的同時也可能抑制肝細胞內鈣內流，減少極低密度脂蛋白(V-LDL)的合成，從而減少由其轉化而來的低密度脂蛋白(LDL)［19］。

2 L-阿拉伯糖的應用

L-阿拉伯糖作為功能性甜味劑和醫藥中間體，逐漸被應用于食品加工業和醫藥化工工業中。近年來，國際上尤其是日本對阿拉伯糖的功能機理作了較為深入的研究，并且被逐步應用到健康食品中。美國食品藥品監督局(FDA)和日本厚生省分別將其列入食品添加劑和特定健康食品添加劑類，中國衛生部也于2008年批準為新資源食品，這些政策法規的制定和學術界的研究一起推動了L-阿拉伯糖在食品和醫藥等工業中的進一步應用。

2.1 L-阿拉伯糖在食品中的應用

通過減少糖在食物中的含量、以及抑制碳水化合物在腸道內的分解吸收、從而達到減少能量的吸收來試圖解決糖攝入過多的策略，是目前營養健康食品研究的熱點之一。L-阿拉伯糖作為能夠抑制蔗糖吸收以及無熱量的甜味劑食品已經被應用在一些功能食品開發領域。

2.1.1 作為甜味劑直接部分替代蔗糖

日本推出的健康糖，其成分組成是97%蔗糖和3%的L-阿拉伯糖，作為傳統蔗糖的代替品在超市貨架上銷售，供家庭主婦在廚房使用。這樣在制作的家庭含糖食品中，至少抑制了20% ～40%的蔗糖的吸收量，等同于降低了食物中的蔗糖含量，有利于健康。

2.1.2 針對糖尿病病人的功能糖產品

日本Unitika公司開發了商品名“阿拉伯糖N”的產品，其成分組成主要是由100 g難消化糊精中添加7.5 g阿拉伯糖組成。長期食用能夠顯著的抑致血糖升高，其功效比單獨攝取L-阿拉伯糖或者難消化糊精相比有超過10倍增長。作用原理是L-阿拉伯糖強烈抑制了小腸內蔗糖酶的作用后，難消化性糊精又進一步抑制淀粉酶、葡萄糖淀粉酶等酶活性，繼續阻礙小腸對碳水化合物的吸收，從而最大程度上減少糖的吸收，起到對血糖的調節作用。

2.1.3 功能性飲料

液體含糖飲料是造成人類過量食用添加糖的主要原因之一，比如各類可樂和果汁類，都含有較多的糖分。藤生的一項專利中表示:在飲料中添加一定量的L-阿拉伯糖，飲用 8 w，平均降低體重 3% ～5%［20］。持田株式會社開發了一種在日本暢銷的速溶減肥茶(BEKORINA)，包括烏龍茶、紅茶、原味等多種口味。Unitika公司開發了含有纖維素的速溶飲料(Arabinist)，可以添加在水、茶、果汁中飲用，每包(6.2 g)中主要成分有3.6 g纖維和0.3 g阿拉伯糖，主要功能是能夠減少糖的吸收和降低血糖值。此外也有在果實蔬菜汁飲料中添加 L-阿拉伯糖的研究［21］。

2.1.4 功能性膠囊

膠囊類產品的特點是食用方便、易攜帶、穩定性好、攝入量易控制。通常是以L-阿拉伯糖為主要原料，同時添加其他功能性元素，達到多重維護身體健康的功效。例如立新國際公司的一種控制體重膠囊(EqualEAN)，由L-阿拉伯糖和人參提取物、阿拉伯膠、蒲公英根、卷耳、蘆薈膠等成分構成，宣稱能夠起到控制人體碳水化合物平衡，使糖轉化為能量而避免轉化為脂肪，從而起到控制體重的作用。日本的一種三元聯防普拉斯減肥膠囊，主要成分是鉀、L-阿拉伯糖、糊精等，通過三聯復合作用控制糖分、水分、鹽分的吸收，達到減肥的效果，并且添加了VC、葉酸、VB群等營養強化元素，與其他減肥產品相比，更注重彌補對減肥過程中可能出現的人體能量不足和微量元素攝入不足，減少減肥過程中營養攝入不足對身體造成的傷害。

2.1.5 在焙烤食品中的應用

L-阿拉伯糖分子結構相對穩定，在高溫下不易被分解，因此可以作為代糖甜味劑用于焙烤食品中。例如軟曲奇是一種為美國人喜愛的餅干，但由于其含糖量很高，達到30% ～35%左右，因此在此類餅干中添加L-阿拉伯糖，能夠抑制蔗糖的吸收，從而使人們減少對高糖餅干造成肥胖的恐懼。同樣，在高熱量食品，比如蛋糕、蛋黃派等烘焙食品中，添加一定量的L-阿拉伯糖，能夠降低單位能量密度從而吸引更多的消費者。但是目前還沒有在烘焙產品中應用的相關報告，市場上也沒有相關產品。此外，在普通焙烤食品中加入L-阿拉伯糖對面團流變學性質的影響、對口感的影響、對加工工藝的影響等研究國內外均未見報道。另外，由于L-阿拉伯糖美拉德反應強烈，添加后將會影響烘焙產品的風味和顏色，因此需要研究相關工藝和配方，來平衡L-阿拉伯糖過于強烈的美拉德反應的影響。相信隨著L-阿拉伯糖的生產成本的降低，普通焙烤食品中添加L-阿拉伯糖的相關研究將會受到廣泛關注。此外，在烹炸食品中，比如炸雞塊、燒雞、烤肉等添加L-阿拉伯糖，會賦予其更豐富的香味和誘人的顏色，但其作用機制有待于進一步研究。

與其他功能糖甜味劑相比較，L-阿拉伯糖在食品行業中的研究還處于初級階段，實際應用較少，主要用在少數幾種功能性食品中，與其他代糖甜味劑相比競爭力較弱。原因可能是，一方面其價格較高，另一方面則是消費者對其認知程度較低，以及相關加工工藝、配方的組成、操作技術等諸多問題均有待于進一步研究。但是與木糖醇等糖醇相比，它的優點在于適量食用不會帶來腹瀉等副作用，以及能夠強烈抑制蔗糖在人體內的吸收，因此在未來食品開發應用上具有巨大的潛力。

2.2 L-阿拉伯糖在醫藥中的應用

近年來，國內外的生理學家和營養學家就L-阿拉伯糖在腸道內對蔗糖代謝的調節作用做了一系列深入研究，Danisco公司與丹麥哥本哈根大學人類營養學院于2005年9月合作進行的臨床試驗表明，L-阿拉伯糖對蔗糖的代謝轉化具有阻斷作用，但是研究發現，L-阿拉伯糖只能夠抑制蔗糖的分解，對大米等淀粉類食物沒有影響，然而如果配合L-阿拉伯糖和淀粉吸收的阻遏劑(豆類，木槿提取物等)飼喂豬(以成人的劑量)，實驗結果表明，L-阿拉伯糖能夠同時抑制淀粉和蔗糖在豬腸道內的吸收，有效地降低血液循環中的葡萄糖含量，因此，L-阿拉伯糖配合其他有效功能成分，可以起到調節攝入熱量的平衡，維護身體的健康的作用［22］。

2.2.1 治療腸胃病和糖尿病

L-阿拉伯糖用于治療腸胃病和糖尿病的相關研究已有報道和專利，比如一種木糖和L-阿拉伯糖(質量比3∶1)混合物的顆粒劑的專利，宣稱能夠用于治療腸胃疾病，改善腸道功能。山元英樹等研制一種含有L-阿拉伯糖的一種血糖抑制劑，能夠顯著抑制餐后的血糖水平［23］。隨著臨床實驗數據的積累，L-阿拉伯糖在治療腸胃病和糖尿病方面將會發揮更大的作用。

2.2.2 醫藥中間體

阿拉伯糖是一種重要的合成醫藥的中間體，能夠用來合成阿糖胞苷、阿糖腺苷、D-核糖、L-核糖、去氧核糖等［24－25］。也可合成核苷類抗病毒藥物，例如以L-阿拉伯糖為前體，經過十步法最后合成抗乙肝病毒和抗Ep-stein-Barr病毒活性試劑1-(2-氟-5甲基-β-L-阿拉伯呋喃糖)-尿嘧啶(L-FMAU)［26－27］;從 L-阿拉伯糖通過六步最終合成抗乙肝新藥Telbivudine(核苷類似物，美國 Idenix 公司)等［28－29］。

2.2.3 醫藥賦形劑和填充劑

L-阿拉伯糖由于其結構穩定、耐熱性好、無熱量、具有類似蔗糖的甜味等特點，可以用來作為醫藥賦形劑和填充劑，例如用于止咳糖漿、片劑等不同劑型中。

隨著技術的進步，L-阿拉伯糖在醫藥產業中的應用會越來越廣泛，作為一種重要中間體，將是開發抗病毒類新藥的重要原料，為促進藥物發展，提升人類的健康提供物質基礎。

2.3 L-阿拉伯糖在其他領域中的應用

除了在食品和醫藥行業中的應用，L-阿拉伯糖還可用于香料合成、精細化工行業、生化試劑等［30－31］。研究發現，阿拉伯糖的反應型香精能夠產生柔和、豐富的香氣，賦予使用香精的終端產品的香味更接近自然和飽滿［32］。此外，L-阿拉伯糖還可以用于防褪色劑、生產L-阿拉伯糖醇等，后者是一種應用非常廣泛的稀有糖醇，在醫藥、化工等行業具有廣泛應用［33］。

3 L-阿拉伯糖的目前現狀與挑戰

盡管L-阿拉伯糖在自然界中的分布廣泛、但是含量較少，目前生產主要采用化學制備法或者生物法，以及化學合成等方法。化學制備法是先堿液提取植物中半纖維素，然后酸水解，工序繁雜、耗能高，而且生產過程產生酸堿廢液多，造成嚴重的環境污染。生物轉化法是近年來研究的熱點，日本Unitika公司已經成功開發出酶法生產L-阿拉伯糖，但目前生產成本較高，中國的福田藥業、唐傳生物科技、唐和糖等公司相繼也開發了L-阿拉伯糖的生產工藝，為市場提供了高純度的L-阿拉伯糖產品。其中福田藥業公司利用木糖廢液再利用提取L-阿拉伯糖，大大降低了L-阿拉伯糖的生產成本，為L-阿拉伯糖的廣泛應用提供了價格優勢?；瘜W合成方法目前還處于實驗室階段，主要問題是原料成本高和分離純化等瓶頸問題。因此，采用先進的生物酶法，改進下游工業技術是降低制造成本和未來大規模生產L-阿拉伯糖的重要途徑之一。

由于以上所述的局限，目前國內外L-阿拉伯糖生產量較小，與同類甜味劑相比價格較高，影響了其進一步的應用，并且對于其應用機理的研究還處于初步階段。因此，未來的研究重點將包括以下幾個方向:(1)生產L-阿拉伯糖的工藝技術的進步，降低成本壓力，提高競爭力，諸如對酶法工藝的優化，對阿拉伯糖苷酶的定向進化改造提高酶活性等［33］。(2)基因技術改造植物，通過對相應植物能夠表達L-阿拉伯糖的基因進行改造異源表達，提高L-阿拉伯糖在植物中的含量，從而降低了生產成本。(3)進一步研究L-阿拉伯糖在人體內的代謝和對人體的影響機制，包括對胰島素分泌調節作用等，與纖維素、其他糖醇的協同機制(盡管已經有一些相關研究，但是對于L-阿拉伯糖的作用機制的研究不夠充分和缺乏長期臨床實驗數據的支持)。(4)在食品工業中的應用基礎研究，包括在飲料中對口感的影響和飲料穩定性的影響，在焙烤食品中對面團流變學的影響、對焙烤食品色香味的影響、代替蔗糖后對產品加工工藝的影響等。

4 結語

阿拉伯糖作為一種新興的甜味劑已經逐漸被人們所接受，由于其保健功能的特性逐漸為人們所認知，目前已經展現出較好的工業化前景和廣泛的社會效益。相信隨著技術的進步和商業的發展，L-阿拉伯糖將會得到更廣泛的應用。

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Advance Research on the Application of L-arabinose

Zhu Dao-chen1，Lv Zheng-feng2，Liu Xing-rong2，Wang Cheng-fu3
1(School of Environmental Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，China)2(School of Food and Biogical Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，China)3(Research Center，Futaste Pharmaceutical Co.，Ltd.Yucheng 251200，China)

The recent advances in the mechanism of L-arabinose to inhibit the intestinal absorption of sugar have been reviewed.The overview on the application of L-arabinose in the different field，including food industry，medicine，and flavor industry was summarized.The potential values，various challenges，the opportunities，as well as future research directions are also presented.

L-arabinose，diabetes，food，fatness

博士，副教授(Email:dczhucn@hotmail.com)。

*中國科學院知識創新工程(KSCX2-YW-G-073);廣東省自然科學基金項目(9451007002003073);江蘇大學高級人才啟動基金項目(10JDG084);江蘇大學學生科研課題立項項目(09A088)

2010－08－25，改回日期:2010－11－09