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功能性低聚糖的開發(fā)已開辟了許多新的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域,2002年的低聚糖產(chǎn)量已達(dá)到15萬噸,創(chuàng)造了400億美元的功能食品市場,100億美元的功能飼料市場,而低聚糖藥物列展現(xiàn)了無限商機,低聚糖農(nóng)藥、低聚糖肥料同樣引人注目,功能性低聚糖已慢生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)中突出的亮點。我國具有低聚糖產(chǎn)業(yè)發(fā)展的特色與資源優(yōu)勢,以及在健康、農(nóng)業(yè)、環(huán)境等領(lǐng)域壓力需求的背景,抓住機遇,充分跟進(jìn)*理論,大力發(fā)展自主技術(shù),功能性低聚糖的研究及應(yīng)用不僅有助于提高我國的學(xué)術(shù)地位,并將在我國形成新的明星產(chǎn)業(yè)。
一、功能性低聚糖的生物學(xué)意義與應(yīng)用價值
糖、脂類、蛋白質(zhì)和核酸是構(gòu)成有機生物體的四大類化合物。其中糖是一類主要由C,H,O元素組成的化合物,在自然界中分布zui廣泛,含量zui豐富,參與各種生理活動,有著廣譜的化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物功能?,F(xiàn)代生物學(xué)發(fā)展史中,對于糖的研究zui早可以追溯到1891年EmilFischer對(+)一Glucose的右旋構(gòu)型的證明,之后以對糖酵解和糖異作用的研究為代表的生物化學(xué)發(fā)展階段是糖化學(xué)研究的鼎盛時期。但在此的幾十年間,一方面,先是在蛋白質(zhì)研究后,在核酸研究方面的巨大突破和迅速進(jìn)展吸引了人們的注意力;另一方面,由于糖類本身在結(jié)構(gòu)方面的復(fù)雜性和特殊性,使得對其進(jìn)行分離、分析和合成都困難,研究手段上的落后制約了糖類研究快速發(fā)展,zui終使對糖的研究仍局限于糖類的代謝以及其結(jié)構(gòu)功能上,遠(yuǎn)遠(yuǎn)地落后于蛋白質(zhì)和核酸。并且使人們形成了一種錯誤認(rèn)識,即糖在生物體中的作用只是作為結(jié)構(gòu)材料(如植物體的纖維素,動物體的幾丁質(zhì)等)和儲能物質(zhì),并不參與對生命活動的調(diào)控。但近年來發(fā)現(xiàn)體內(nèi)糖基化幾乎對于所有蛋白質(zhì)的活性以及各種物物過程中都是必需的,同時也發(fā)現(xiàn)許多天然生命活動中的地位。而從70年代以來,在糖類分離和結(jié)構(gòu)分析等方面取得的重大突破也使糖類研究在近30年來得以快速發(fā)展,并由此誕生了一個新的分支學(xué)科——糖生物學(xué)(glycobiology)。低聚糖作為糖生物學(xué)中重要的研究對象,通過對其進(jìn)行的多個方面的研究,人們已經(jīng)對低聚糖的作用與意義有了初步的認(rèn)識。
根據(jù)糖類物質(zhì)的水解情況可以將其分類為單糖、低聚糖和多糖,單糖是不能再被水解成更小分子的糖,而單糖通過還原性末端的羥基與其它單糖的羥基形成糖苷鍵,就進(jìn)而構(gòu)成了有直鏈或支鏈結(jié)構(gòu)的低聚糖或多糖。1996年國家公布的《功能性低聚糖通用技術(shù)規(guī)則行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》中,規(guī)定的功能性低糖的定義為:
(1)功能性低聚糖是由2—10個相同或不同的單糖聚合而成;
(2)具有糖類某些共同的特性,可直接代替蔗糖,作為甜食配料,但不被人體胃酸、胃酶降解,不在小腸吸收,可到達(dá)大腸;
(3)具有促進(jìn)人體雙歧桿菌的增值等生理特性。
1986年由美國能源部資助,美國佐治亞大學(xué)建立了復(fù)合糖研究中心(CCRC),專門進(jìn)行低聚糖結(jié)構(gòu)的收集工作,到目前為止已記錄了49,897個不同結(jié)構(gòu)的低聚糖。低聚糖這種在結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜多樣性一方面使在研究方法上對低聚糖的分離、分析、合成都有的困難;另一方面,也解釋了低聚糖在生命活動中的功能多樣性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),并暗示低聚糖可能是生物體中另一類攜帶有生物信息的載體,在其豐富的結(jié)構(gòu)中隱藏著一個巨大的信息庫,為生命活動提供有限的其因轉(zhuǎn)譯外的多產(chǎn)性。
二、功能性低聚糖的發(fā)展?fàn)顩r
1996年報道,世界各國低聚糖產(chǎn)量約8.5萬噸,主要在日本和歐洲國家,北美、韓國有少量,我國不包在內(nèi)。因為1996年以前,國內(nèi)有關(guān)科教單位對功能性低聚糖如低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚甘露糖、低聚木糖的研究工作已開展若干年,但實現(xiàn)工業(yè)化則是這一年剛剛開始。*個全新建設(shè)的用淀粉原料酶法轉(zhuǎn)化低聚異麥糖生產(chǎn)線,1996年在山東禹城試車成功。港臺地區(qū)則有永豐經(jīng)綸公司,蔗糖原料用酶法轉(zhuǎn)化小批量生產(chǎn)低聚果糖。經(jīng)過“九五”的發(fā)展,我國功能性低聚糖已形成一定規(guī)模,上市的商品有低聚糖麥芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖、大豆低聚糖、水蘇糖等。2000年功能性低聚糖總產(chǎn)量約3萬噸,主要品種是低聚異麥芽糖,同年,國家批準(zhǔn)了低聚糖異麥芽糖的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和功能性低聚糖的能用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),為規(guī)范行業(yè)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。目前有一定生產(chǎn)規(guī)模,生產(chǎn)低級聚異麥芽糖的有山東禹城、濱州、沂水、定陶、河南孟州,浙江杭洲,新疆烏魯木齊等;低聚果糖有云南昆明,江蘇張家港,廣東江門等;低聚木糖江蘇糖也于期試產(chǎn)。
表1:開發(fā)的功能性低聚糖以及其結(jié)構(gòu),用途和制備方法
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