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147-81-9 / 阿拉伯糖的提取方法及应用

背景[1] [2]

阿拉伯糖(arabinose)又称果胶糖,常与其他单糖结合,以杂多糖的形式存在于植物果浆、胶体、半纤维素、果胶酸,松柏科树木心材,细菌多糖,以及某些糖苷中。阿拉伯糖有八种异构体,如β-D-阿拉伯糖、β-L-阿拉伯糖等。阿拉伯糖工业产品主要有两种:D-阿拉伯糖可通过降解D-葡萄糖获得,自然界较为少见,主要出现在某些细菌多糖中。天然L-阿拉伯糖可由D-木糖被尿苷二磷酸衍生物经酶促异构化反应获得,也可从玉米皮半纤维素里的阿拉伯木糖中提取。

L-阿拉伯糖属于五碳醛糖,以阿拉伯聚糖、阿拉伯糖基木聚糖、阿拉伯糖基半乳糖体及类似于高等植物半纤维的形式存在,以L-阿拉伯糖游离形式出现的则只是在发酵的食物中,如豆面酱、米酒等。 L-阿拉伯糖是一种没有热量的甜料, 能抑制水解双糖的酶抑制因摄入蔗糖而导致的血糖升高,因此,可以抑制肥胖、 预防并治疗与高血糖相关的疾病。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。

结构

阿拉伯糖的提取方法及应用

L-阿拉伯糖的提取[3] [4] [5]

含有杂多糖的植物组织在一定条件下发生水解,糖苷键发生断裂,L-阿拉伯糖和其他的糖就会以单糖的形式释放出来,然后经过分离纯化可得到纯度较高的 L-阿拉伯糖。

酸提取法

在反应温度90℃条件下,稀硫酸水解4 h,氢氧化钡中和得到L-阿拉伯糖、D-木糖、鼠李糖的混合液。 混合液经发酵除去D-半乳糖,然后在甲醇中结分离制得粗L-阿拉伯糖。 粗L-阿拉伯糖加一定量的水后,配成质量分数为50%的糖液, pH值6-7,再向糖液中加入乙醇,使乙醇质量分数>=90%,结晶时间32 h,结晶后得到L-阿拉伯糖,产率为15.6% ,纯度为97.5% 。 虽然此法采用廉价的阿拉伯胶作为原料,但是后处理中结晶时间较长,以致整个生产周期过长。

碱提取法

将甜菜浆进行碱处理,得到天然的阿拉伯聚糖提取物,加入沉淀剂使之沉淀,过滤,超滤,除去杂质,浓缩提取物,酸水解纯净的阿拉伯聚糖提取物,得到L -阿拉伯糖溶液,超滤,中和至中性,结晶,得到纯净的L-阿拉伯糖晶体。此方法无色谱分离过程,相对简单。

生物方法

以含有阿拉伯糖基木聚糖的玉米须为原料,经纤维素酶、阿拉伯木聚糖酶水解,产生D-木糖和L-阿拉伯糖的水解液, 向水解液中加入酵母,在pH值4.5、30℃ 的条件下发酵96h。 98%的 D-木糖被发酵而L-阿拉伯糖基本没有变化 ,留下的L-阿拉伯糖通过活性炭脱色,离子交换树脂除杂质,结晶得到纯的L-阿拉伯糖晶体。

化学合成

利用一种较简单的合成方法,以廉价的核糖醇为原料,仅需两步反应得到L-阿拉伯糖。 第一步核糖醇在醋酸杆菌 A . acetiIFO3281 催化作用下,反应生成L-核酮糖;第二步,L-核酮糖在L-阿拉伯糖异构酶的作用下反应生成链状L-阿拉伯糖 。 该方法反应路线如图所示。此法相对简单,步骤很少,成本较低,转化率高达90%。 当然此方法涉及到了微生物和酶的使用,是化学方法和生物方法 的结合 ,这也是很多医药中间体的发展方向。

阿拉伯糖的提取方法及应用

L-阿拉伯糖的健康功效[6]

(1) L-阿拉伯糖具有降血糖和减肥的功效。

(2) L-阿拉伯糖在调节糖脂代谢等方面也具有健康功效。

L-阿拉伯糖的应用[6]

上世纪 90 年代开始,生物学家和营养学家就展开了对 L-阿拉伯糖的深入研究, 没有发现食用 L-阿拉伯糖有明显副作用和生理毒性,目前认为食用L-阿拉伯糖是安全的。美国医疗协会将其列入用作抗肥胖的营养补充剂和非处方药;美国食品药品监督管理局(FDA)将其列为食品添加剂。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。

根据中华人民共和国卫生部 2008 年第 12 号文件公告,L-阿拉伯糖被批准为我国的新资源食品,使用范围为“各类食品,但不包括婴幼儿食品”。目前认为 L-阿拉伯糖产品的目标人群主要有“三高”和体重超标人群,以及糖尿病患者, 并在一定程度上可以满足高端人士家庭的保健需求。L-阿拉伯糖作为新兴的健康糖, 有望让糖尿病人一定程度上享受到蔗糖食品的美味,并迎合人们追求健康的心理需要和实际需求。L-阿拉伯糖将可能在家用蔗糖、乳制品、糕点、面包、儿童食品、冰淇淋、饮料、甜点、巧克力等食品中得到广泛应用,并在改善人们生活品质、提高健康生活水平等方面发挥重要作用。 随着研究的不断深入,L-阿拉伯糖市场将不断扩大。

参考文献

[1] 冯亚青 刘燕 张晓东 等.两柱法从L-阿拉伯胶提取L-阿拉伯糖的方法[P] .CN 02 116 353.7,2002-10-09.

[2] 冯亚青 刘燕 张晓东 等.从 L-阿拉伯胶提取L-阿拉伯糖[J] .精细化工, 2003.20(5): 288-290.

[3] Tebble L ,Kech A ,Mcdonnell J ,et a1. A method of preparation of L-arabinose [P ] . WO 20050502195 ,2005-09-0 6 .

[4] Nyun Ho Park ,Shigeki Yoshida , Akira Takakashi,et a1. A new method for the p reparation of crystalline L-arabinose from arabinoxylan by enzymatic hydrolysis and selectivefermentation with yeast [J] . Bioteehnology letters,2001,23:411-416 .

[5] Zakaria Ahmed ,Tsuyoshi Shimonishi,ShakhawatHossain Bhuiyan ,et a1 . Biochemical preparation of L2 ribose and L2arabinose from ribitol:a new approach [J] .Journal of Bioseienee and Bioengineering 1999 ,88(4) :4-448.

[6] 孟庆佳,李颂,董志忠. L-阿拉伯糖的功效研究进展[J]. 食品与发酵科技,2017(53):76-79