【分享】L-阿拉伯糖的营养、生理功能以及用途
发布于 2015-02-16 · 浏览 2043 · IP 山东山东
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近年来，人们开发出了具有多种不同功能的糖类物质。其中，这些物质对于我们的健康能够给予多大的帮助是我们最为关心的问题。糖类物质是热量的主要来源，这是众所周知的。目前所上市的寡聚糖以及食物纤维的生理·生化功能主要为：（1）对龋齿的改善，（2）降低热量，（3）乳酸菌的增殖（调节肠道环境，产生维生素），（4）改善便秘，（5）降低血清中的胆固醇，（6）降低血清中的脂肪，（7）抑制血压升高，（8）促进钙的吸收，（9）抗肿瘤，（10）抗菌，（11）植物刺激素活性，（12）神经细胞的生长·维持，等各种作用。其中，这些作用之间并不是相互独立的，而是相互联系的。同时，糖类物质对我们的健康也具有多方面的作用。特别是对糖尿病、心脏病等与成年人生活习惯有关的疾病来讲，其关系更加密切，因此逐渐的受到了人们的重视。除了寡聚糖之外，目前还发现了结构更加简单的单糖也具有一些重要的生理作用。在本文中，仅举其中的1个例子。也就是对植物细胞壁中半纤维素的主要成分，即L-阿拉伯糖的营养·生理功能以及相关用途进行介绍。
1、在自然界中的分布
当L-阿拉伯糖以游离形式存在时，在针叶树的心材（红色部分）中有少量存在1），除此之外尚有待进一步研究。当L-阿拉伯糖以结合形式存在时，在陆地植物的细胞壁多糖（阿拉伯聚糖、葡萄糖醛酸木聚糖、阿拉伯半乳聚糖）中普遍存在。例如，玉米外皮、玉米穗、稻米、小麦等谷类植物（表1）2）以及甜菜、苹果等构成植物细胞壁的半纤维素以及胶质类成分中广泛存在。卷心菜、斑豆等蔬菜中含量也比较多3，4）（表2）。L-阿拉伯糖还是牧豆（豆科）以及樱桃、桃等植物中胶质的主要成分。此外，针叶树中的阿拉伯葡萄糖醛酸木聚糖比阔叶树中的含量要大。特别是在落叶松中，阿拉伯半乳聚糖的含量比较多5）。
表1 来自谷糠半纤维素中的成分
| 成分 | 稻米 | 小麦 | 谷类 |
| 纤维素 非纤维素 多聚糖 葡萄糖 阿拉伯糖 木糖 半乳糖 甘露糖 糖醛酸 木质素 总氮 灰烬 阿拉伯糖/木糖 |
在自然界中存在的糖类物质通常为D型，但是阿拉伯糖却为L型，并主要以呋喃糖的形式存在。但是也有例外，有报道称发现了吡喃糖形式的阿拉伯糖存在6）。其它的构成植物细胞壁的甲基戊糖，如鼠李糖、岩藻糖也为L构型。半乳糖除了以D型存在之外，还在玉米穗以及亚麻种子中发现了L型的半乳糖7-10）。对于这些L型糖类物质的功能研究以及用途开发在今后将会具有深远的意义。
Fig1和Fig2分别表示了玉米纤维成分中的半纤维素9）以及甜菜中的胶质4）成分的结构。在玉米纤维成分中，主链为β-1，4-键的D-木聚糖，在2位以及3位这两处位置分别结合有L-阿拉伯糖侧链。并且其中的61％存在于非还原末端9）。米、麦等谷物中的半纤维素也具有类似的结构。对于甜菜6）以及苹果中的胶质来讲，与其主链中β-1，4-键上的D-半乳糖醛酸中包含有鼠李糖，且该鼠李糖的3位以及4位，以及与鼠李糖相结合的半乳糖侧链的3位，又分别通过α-1，5-键与L-阿拉伯糖的寡聚物相互连接。其中的2位以及3位又进一步与L-阿拉伯糖的侧链相互结合，从而形成了阿拉伯糖浓密的毛状结构。由这些事实可以看出，L-阿拉伯糖是自然界中广泛存在的一种糖类物质。
2、制备方法
如上所述，L-阿拉伯糖是构成细胞壁多
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| 高山扁豆 卷心菜（红色） 菜花 比京芽菜 裸麦花 小麦花 小麦糠 小麦胚芽 甜玉米穗 大豆糠 豌豆 甘薯 | ||||||
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糖中的一种不耐酸的呋喃型单糖。因此，这些半纤维素成分以及胶质会在比纤维素更加温和的条件下发生水解。例如，使用1.0N的标准硫酸在84-86℃条件下，作用于牧豆胶质6个小时，然后再用氯化钾中和，将不溶性的残渣过滤出去。再使用阴离子或阳离子交换树脂进行处理，浓缩，结晶，最终得到收率为32％的L-阿拉伯糖（[α]20D+98.5℃，mp 145-152℃）12）。谷类纤维13）、胶质14）以及甜菜纤维在温和的条件下水解后，优先生成并游离出L-阿拉伯糖，因此十分容易配制。在结晶条件下，可以形成诸如α-L-阿拉伯糖·CaCl2·4H2O15），β-L-阿拉伯糖·CaCl2·H2O16），β-L-阿拉伯糖·CaCl2·2H2O等形式的绿化钙及其水合物。
3．功能
3．1 甜度
L-阿拉伯糖的甜度大约为砂糖的50％。如果在砂糖中添加大约10％的L-阿拉伯糖进行甜度调节时，一般是感觉不出来的。
3．2 代谢
L-阿拉伯糖是谷类中半纤维素的主要成分。因此，专门研究了其作为食物或饲料的价值，以及作为能量源的有效性。结果表明，摄取到的L-阿拉伯糖在小肠部位难以吸收，这在老鼠17）、鸡类18）及猪19）动物身上已经得到了证实。向猪给予大量的L-阿拉伯糖时，所摄取的L-阿拉伯糖中有13％从尿中排泄出去，30％进入大肠，在肠内细菌的作用下发酵，并生成短链脂肪酸以及乳酸等。在小肠中有57％的L-阿拉伯糖去向不明，可能是由小肠吸收后产生了能量，也可能是经过发酵生成了短链的脂肪酸，具体原因尚不明确。但是，后者的可能性较大。将14C-L-阿拉伯糖静注到人体内，6小时后呼出的气体被回收后，发现14C的含量仅为0.8％，另一方面，从24小时尿液中回收到的14C的含量却为85％之多20）。对于D-阿拉伯糖来讲，其在呼出去的气体中14C的回收量为16％，尿液中的回收量为35％。从这一事实可以看出，L-阿拉伯糖无法完全的被人体利用，而D-阿拉伯糖中的一部分可以被机体转化为能量。因此，L-阿拉伯糖的能量为0，可以作为减肥糖使用。根据上述在猪上进行的L-阿拉伯糖的代谢研究中可以看出，人可以在肠内细菌的帮助下将一部分阿拉伯糖发酵并转化为短链的脂肪酸，同时被机体利用。也就是说，有希望使其发挥作为可溶性食物纤维的作用。
3．3 蔗糖酶的抑制
1974年，G.Semenza等21）研究了大鼠小肠中蔗糖酶（α-葡萄糖苷酶）的作用机制，结果发现其可以被L-阿拉伯糖或D-木糖所抑制。此后，Seri等人22，23）又确认了，L-阿拉伯糖和D-木糖对大鼠和猪的小肠蔗糖酶具有特异且强烈的抑制作用。该作用在非天然的D-阿拉伯糖以及L-木糖中是不存在的。该抑制作用均是出现在天然构型的糖类中，这是很有意思的。L-阿拉伯糖或D-木糖对蔗糖酶的抑制作用是具有浓度依赖关系的，在50 mM的浓度下，分别为56％和52％。二者的抑制方式均为非竞争性的（uncompetitive），L-阿拉伯糖的抑制常数（Ki）为2.0 mM22，23）。此外，在大鼠以及家兔上测得的砂糖的Km为8-10 mM24，25），在大鼠小肠酶的作用下可以达到23.6 mM26）。这些数据表明，L-阿拉伯糖对蔗糖酶的亲和力比基质砂糖高出4-5倍甚至更高。对于蔗糖酶的抑制作用来讲，D-木糖比L-阿拉伯糖更大。但是，L-阿拉伯糖要比D-木糖更容易在体内长时间的存在，因此效果也更加明显。理由是L-阿拉伯糖比D-木糖更难以被吸收。尽管发现这些五碳糖对α-葡萄糖苷酶具有抑制作用，但是其效果不好。作为α-葡萄糖苷酶的强力抑制剂，异葡萄糖甙酶（acarbose）是较为熟知的27），其主要通过拮抗（Ki＝1.1 μM）作用进行抑制，与L-阿拉伯糖明显不同。L-阿拉伯糖和D-木糖的抑制作用，是通过作用于酶与底物的复合物，使作为蔗糖酶的底物，即砂糖或果糖从底物复合物中分离出来，从而使L-阿拉伯糖或D-木糖结合到蔗糖酶上，从而发挥其抑制作用。
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摄取得到的砂糖在小肠粘膜蔗糖酶的作用下，分解成葡萄糖和果糖，并被机体吸收。如果存在L-阿拉伯糖或D-木糖时，则可以阻止分解的发生，从而机体也无法吸收。由于在小肠中无法被分解，因此就以原样状态被转运到了大肠。在小肠内没有被分解掉的砂糖在大肠内究竟是受到了大肠内细菌的作用变成了短链的脂肪酸，还是就以原型状态被排出了体外目前还不明确23）。但是，前者的可能性较高。向大鼠给予丙酸时，可以降低血清中胆固醇的浓度28）。因此，认为可以利用L-阿拉伯糖来降低血清中的胆固醇的浓度。实际上，如果在含有20％砂糖的大鼠饲料中加入2.5%的L-阿拉伯糖时，血清胆固醇的浓度大约降低了10％（藤井，未发表）。在大鼠上已经发现，富含L-阿拉伯糖的玉米外皮29，30）和小麦31）的水溶性半纤维素具有显著性的抑制血清胆固醇升高的作用。该作用可能直接与L-阿拉伯糖相关的可能性较高。
血中胰岛素浓度的升高可以导致肥胖的发生。如前所述，L-阿拉伯糖和D-木糖不仅会抑制因摄取砂糖而造成的血糖值的升高，还会抑制胰岛素浓度的升高。对于大鼠来讲，在含有砂糖的饲料中添加了D-木糖后，可以随着摄取量的增加而减少后腹膜以及副睾丸周围的脂肪的增加32）。对于L-阿拉伯糖来讲，还没有进行过相关研究，但是藤井（未发表）认为其具有同样的效果。因此，L-阿拉伯糖和D-木糖对预防肥胖以及高血压、高血脂等具有很好的作用。
有报道称，小麦中的半纤维素（食物纤维）在通过大鼠的消化道时，残渣中的半纤维素成分中的L-阿拉伯糖和D-木糖出现了减少31）。换句话说，这些五碳糖在消化道中会以寡聚糖的形式发生溶解，然后或者被机体吸收，或者被肠内细菌所利用。这表明，由于L-阿拉伯糖可以在消化道的末端被容易的分解，因此可能具有与那些在胃酸条件下分离出来，并以游离糖的形式发挥作用的食物纤维相同的功能，即抑制血糖升高、降低血清中的中性脂肪以及胆固醇的浓度、促进肠内双岐杆菌的增殖。
3．4 钙吸收的促进作用
老鼠试验表明，L-阿拉伯糖具有促进钙吸收的作用。在D-阿拉伯糖以及其它难吸收性糖类物质中也发现了该效果33）。在盲肠切除的大鼠上也发现了该作用，因此认为
像L-阿拉伯糖那样的难吸收性糖类可以促进钙在小肠部位的吸收。
4、用途
砂糖是最适合我们味觉的甜味剂，此外还是一种重要的能量源。随着饮食生活逐渐丰富，其消费量也在不断的增加。在发达国家，由于过度的摄取砂糖而导致的不利影响已经备受人们的指责。砂糖在小肠蔗糖酶的作用下会分解成葡萄糖和果糖，并进而被人体吸收。因此，摄取砂糖后，会导致血糖值的升高以及血中胰岛素浓度的升高，并使人产生肥胖。因此，过度的摄取砂糖是导致糖尿病以及心脏疾病等成年病的重要诱因。因此人们开发出了阿司帕坦和甜叶菊等非热量的代用甜味剂。与这些代用甜味剂不同的是，L-阿拉伯糖具有与砂糖联合使用，并抑制砂糖代谢的特殊作用。L-阿拉伯糖的味道与砂糖接近，少量加入后所引起的味道的变化很难被察觉到。因此，对于那些必须加入砂糖的各种食品而言，如果能够在其中应用少量的L-阿拉伯糖，则会在不改变其原来风味的同时得到有益健康的食品。在咖啡、果汁等各种饮料，冰淇淋等冷饮，酸奶等乳制品，馒头、大福饼等日式糕点，巧克力、蛋糕、Castella等西洋糕点，以及面包中均可广泛的加以应用。与砂糖不同的是，L-阿拉伯糖是一种还原性糖，在加热条件下容易变为褐色，但是在一般条件下是可以应用的。利用梅拉德(Maillard)反应，还可以用于产生肉的味道。
肥胖人口的数量自从1980年以来正在剧增，因此人们对肥胖的关心程度也在增加34）。就产生肥胖的原因来讲，主要为能量摄取过盛。目前，对于引起食物摄取过盛的因素及其相反过程，即对所摄取的能量未能有效利用等代谢机制问题，正处于研究之中35）。因此我们认为，L-阿拉伯糖的摄取可能会对解决这一问题提供关键性的信息。
如前所述，L-阿拉伯糖在构成植物细胞壁的半纤维素以及胶质中是普遍存在的，特别是在我们日常所吃的主食中，如米、小麦等谷类纤维素中存在量较多。在这些纤维素中，L-阿拉伯糖以葡萄糖醛酸木聚糖的形式，与D-木糖的β-1，4-键的主链上的2位以及3位相互结合，从而形成侧链。该侧链上的结合不耐酸和热的作用，容易从主链上分离下来。最近，柴沼等人（柴沼 清，大崎繁满，桧作 进，未发表）在谷类为原料的食物中发现了少量的游离L-阿拉伯糖的存在。也就是说，在酱汤、面包，啤酒，绿茶，红茶中也会少量的存在，因此其自古以来就是人们饮食生活中所经常食用的物质。在各种食物中积极的增加一些L-阿拉伯糖，可以使得食物的功能得到很大的提高。尽管效果不如L-阿拉伯糖，但是D-木糖也具有同样的效果。因此，可以将二者混合起来进行使用从而达到同一目的。
5、结语
在植物纤维素、半纤维素、胶质中含有多种物质成分，因此也具有多种功能。玉米纤维、小麦、土豆以及甘薯的淀粉糟，甜菜和甘蔗的果肉浆等，目前还有很多都没有得到充分的利用。这些生物资源一定会在21世纪代替化石资源而得到广泛的利用。本文仅对L-阿拉伯糖进行了介绍，对于其它的半纤维素类物质也同样具有很多特殊的作用。有希望在今后对这些物质进行开发。
向提供重要数据的合同酒精（股份制）株式会社的世利谦二博士致以深深的感谢。
本文是科学技术厅平成9年科学技术振兴调整奖中，“地区先导研究：地区资源的高性能化和环境调整利用系统的基础研究”中的一部分。在此表示深深的感谢。
最后编辑于 2022-10-09 · 浏览 2043
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