L－糖的研究進展

孫宇峰，于麗萍，王金英，孫建華

(1.黑龍江省科學院高技術研究院，哈爾濱 150090;2.黑龍江省科學院微生物研究所，哈爾濱 150010;3.黑龍江省科學院生物肥料工程技術研究中心，哈爾濱 150086)

糖的D、L型指的是糖分子的構型，是由糖分子中不對稱原子形成的立體異構現象，是以甘油醛為標準而確定的相對構型。以果糖為例，圖1表示的是果糖的兩個不對稱碳原子的構型，即右旋果糖(D－果糖)和左旋果糖(L－果糖)。

自然界中存在的L－糖很少，在一些天然植物中含有極少量的L－糖。如在亞麻種子膠、紅海藻、蝸牛蛋中含有L－半乳糖;大蕉種子含有L－果糖和L－鼠李糖;甜菜、牧豆樹屬植物、果膠及其他植物含有L－阿戊糖;在一些漿果中含有L－山梨糖;在海藻中含有L－巖藻糖。這些L－糖的含量低，沒有開發使用價值。

1 L－糖的生理功能特性

L－糖是D－糖的鏡象異構體，在自然界中很少存在。對于某一特定的L－糖和D－糖，兩者之間的化學組成與物理化學性質(如沸點、熔點、可溶性、黏度、顏色和外觀)幾乎完全一樣，但在生化特性方面卻截然不同。人體內的酶系統對D－型糖發生作用而對L－型糖無效，這是因為酶要發生催化作用，就要求底物分子在形狀上能與酶分子相匹配，L－糖并不是催化糖代謝酶所要求的那種構型，不會被消化吸收或消化吸收程度很小，因此就沒有能量。這一特點對那些希望攝入低能量甜味劑的人群(如糖尿病人)來說是一種理想的甜味劑。L－糖的另一個特點是不像一些人工合成的甜味劑，如糖精具有后苦味。同時L－糖也不能被大部分微生物利用，因此用它們作為甜味劑制備的配方不像用傳統甜味劑制備的配方那樣敏感而易被降解。L－糖特點是:(1)不提供人體能量;(2)與D－糖的口感一樣;(3)因口腔微生物不能發酵L－糖，因此它不會引起齲齒;(4)對通常由細菌引起的腐敗、腐爛現象具有免疫力;(5)可作為D－糖的代替品，不需要另外添加填充劑;(6)在水溶液中穩定;(7)在包括需經熱處理的食品加工中穩定;(8)可用在焙烤食品中，能發生美拉德反應;(9)適合于糖尿病人食用。

圖1 果糖的D、L型結構Fig.1 Structure of D，L － fructose

對L－果糖和L－山梨糖已在3種動物身上進行了急性毒理和6個月的亞慢性毒理試驗，未發現任何毒副作用并且根本沒有致癌致突變的嫌疑。另外，試驗還表明L－糖無致齲齒性，至于是否有抗齲齒活性則還在研究中。歐洲一些國家還對L－果糖和L－山梨糖進行了人體試驗，結果證實了它的無毒性和無能量價值。然而，有關試驗數據表明，對L－糖也要像糖醇等甜味劑一樣確定其最大允許日攝入量。因為有試驗表明，L－糖與糖醇一樣可能會引起人體出現輕瀉現象。

2 L－糖的合成方法

自然界中存在的L－糖很少，因此廣大科研工作者們正致力于L－糖的研究和開發中，特別是兩種應用最廣的單糖甜味劑的左旋體L－葡萄糖和L－果糖。上世紀70年代美國學者開始了有關L－糖用作非營養性甜味劑的研究。1981年美國學者Levin發表了第1份L－糖生產的專利［1］。隨后美國、德國、日本、意大利、英國、捷克等國的不少學者相繼展開了對L－糖的研究，開發了10多種L－糖［2－7］。國外L－糖的研究進展較快，國內這方面的工作也已起步［8］。

到目前為止，人們已經合成了一些L－糖。美國直接由D－葡萄糖制備L－艾杜糖和L－葡萄糖。典型的實驗室合成方法是應用葡萄糖氧化酶將L－葡萄糖制成L－葡萄糖醛酮。L－葡萄糖和L－果糖是L－糖中典型的兩種糖，合成方法主要是化學合成方法和酶法合成方法。

2.1 L－葡萄糖的合成方法

L－葡萄糖是一種自然界少有的糖，它可以由L－阿拉伯糖的化學轉化而合成。L－阿拉伯糖是一種廣泛存在于甘蔗漿中的糖?；瘜W文摘中記錄了合成方法［9］，此方法中干燥的甘蔗漿用硫酸處理后獲得的萃取液進行發酵、蒸發、過濾。L－阿拉伯糖從濾液中結晶制得。Snowden和Fisher在1971年研究的方法是:在甲醇鈉存在下(提供硝基乙醇的鈉鹽)，將L－阿拉伯糖用硝基甲烷濃縮，通過內夫反應鈉鹽直接轉變為相應的糖。

2.2 L－果糖的合成方法

2.2.1 L－果糖的化學合成方法

自然界中還沒有發現L－果糖，由Fisher首次化學合成。他通過堿作用于二溴丙醛或甘油，從得到的混合物中分離出α－合成果糖(DL－葡萄糖苯脎)，然后將其水解還原成DL－果糖。用酵母處理DL－果糖可除去D－果糖，得到L－果糖。Schmitz通過稀堿作用于結晶的甘油醛使醛異構化為酮，Mlrgenlie使用相同的方法，用Dowex1樹脂在甲醇中結晶后獲得的DL－果糖產率為54%。用面包酵母(Saccharomyces cerevisiae)處理DL－果糖得到2，3和4，5一二－鄰－異亞丙基－β－L－吡喃果糖。

2.2.2 酶法合成L－果糖

2.2.2.1 L － 葡萄糖異構化生成 L － 果糖

Horwath等人通過應用從Candida的微生物品系中分離的木糖異構酶異構化L－葡萄糖。本方法中所使用的木糖異構酶是從產遠假絲酵母菌系中分離的。該酶具有較低的立體選擇性，它能將L－葡萄糖異構化為L－果糖。這種異構化反應是可逆的，最終達到平衡。為制得所需的木糖異構酶，在需氧條件下25℃ ～30℃培養產遠假絲酵母菌系，振蕩10～48h，培養基中含有木糖葡萄糖多肽和微量氯化錳，最適pH值為5～6，然后采用超離心收集所獲得的培養細胞。

L－葡萄糖的異構化過程可以是固定含有木糖異構酶的細胞或破碎細胞，方法有采用乙酸丁酯質壁分離和超聲波處理。如果破碎的細胞能產生胞內異構酶，通過離心分離和2℃下萃取滲析，20h去除不純物可獲得含酶的胞外萃取物，滲析液可以通過含有硫酸銨的常規方法進一步純化。胞外酶可根據已有的或傳統的方法固定。例如，可固定在含有玻璃的硅質或陶瓷中，也可固定在天然的或合成的多聚物(纖維素)上，如二已氨基纖維素和其他各種有機多聚物中。

2.2.2.2 氧化L－山梨糖醇合成L－果糖

Dhaw在1956年介紹了用D－艾杜糖水解酶氧化DGulitol(一種與L－Gulitol和L－山梨糖醇相似的多元醇)的過程。該水解酶是從含有半乳糖醇營養基質的假單孢菌系中分離出來的，這是因為半乳糖醇能誘導微生物產酶，由于所需的半乳糖醇必須從某些植物中提取或乳糖水解制得，使該合成的實際應用受到極大的限制。Colonna等人采用從微生物的誘導菌系中分離出來的D－艾杜糖醇水解酶氧化L－山梨糖醇為L－果糖［10］。該方法中所用的起始多元醇——L－山梨糖醇在自然界中并不存在，但可以通過L－葡萄糖氫化作用制得(L－葡萄糖由上述方法制備)。然而由于經濟原因，在水解L－葡萄糖為L－山梨糖醇和L－甘露糖醇以前，最好使用兩種糖的混合物而不將L－葡萄糖分離或濃縮。美國專利介紹了通過水解方法由L－葡萄糖制備L－山梨糖醇的過程。該發明中所用的多元醇水解酶從能產生D－艾杜糖醇水解酶的假單孢菌屬中獲得，他們認為熒光極毛桿菌株是D－艾杜糖醇水解酶較好的來源。

2.2.2.3 氧化L－甘露糖醇合成L－果糖

Arena等人介紹了用多聚脫氫酶氧化L－甘露糖醇合成L－果糖的方法［11］。用多聚脫氫酶氧化D－甘露糖醇成D－果糖是一種眾所周知的方法，但類似的L－甘露糖醇到 L－果糖的轉變還沒有記錄。Arena等人發現Glulconobacter和Acetobacter菌系列能產生多羥基醇脫氫酶，它能很容易地將L－甘露糖醇轉化為L－果糖。與L－山梨糖醇相比，L－甘露糖醇是更容易利用的L－己醇，而且L－甘露糖醇或其前體在工業生產中常常為不理想的副產品，可作為本方法的原料，這也是本方法的優勢所在。另一種由L－甘露糖醇轉變為L－果糖的方法是:在含有L－甘露糖醇作為碳源、可吸收的氮源和無機營養物質的基質中培養能產生多聚脫氫酶的Glu和Ace種屬。

3 L－糖的應用

L－己單糖具有甜味，溶解于水中，并在水溶液中穩定。因此它們可使各種物質產生甜味，而且可以與傳統的甜味劑結合使用，如與少量的蔗糖結合。可應用的典型例子有水果、蔬菜、果汁或其他的由果蔬制得的液體制備物，肉制品(特別是那些用甜液處理的肉制品如熏肉、火腿)、乳制品(巧克力、乳飲料)、蛋制品(蛋黃醬、乳蛋糕、色拉醬)、腌菜和調味品、冰淇淋、冰糕、冰乳制品、焙烤制品、掛糖衣蜜餞、糖漿、食用香料、蛋糕、軟飲料、果酒、酒、日常食品、止咳糖漿及其他的醫用產品、工業產品中，如糨糊粉、泡沫、黏合劑、漱口劑和類似的口服防腐劑、麻藥等，還可用于粘郵票、信封、商標等的黏合劑。

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