综述：海藻酸钠寡糖在食品工业中的新兴功能作用、健康益处和技术应用——综述

《Food Chemistry: X》：Alginate oligosaccharides in the food industry: emerging functional roles, health benefits, and technological applications – Review

本综述系统探讨了海藻酸钠寡糖（AOS）作为源自褐藻的天然生物活性成分，在食品工业中的多功能潜力。文章详细阐述了AOS的制备方法（如酶解和酸解）、结构特征（M/G比例、分子量）、广泛的生物活性（包括抗氧化、益生元、免疫调节、抗菌等）及其技术应用（如稳定剂、增稠剂、脂肪替代品、包埋基质和可食用膜）。同时，综述也指出了其在规模化生产、成本效益、结构表征和监管审批方面面临的挑战，并展望了未来研究方向，旨在推动AOS成为现代食品体系中清洁标签、可持续且促进健康的多功能成分。

　　

海藻酸钠寡糖（Alginate Oligosaccharides, AOS）是天然高分子海藻酸钠经过可控降解（如酶解或酸解）后得到的低分子量片段。它们富含古洛糖醛酸（Guluronic acid, G）和甘露糖醛酸（Mannuronic acid, M）残基，因其独特的结构和理化性质，在食品工业中展现出巨大的应用前景，兼具生物活性和技术功能双重优势。

1. 引言

海藻酸钠是一种从褐藻（如海带、泡叶藻、巨藻）细胞壁中提取的天然阴离子多糖。其结构由β-D-甘露糖醛酸（M）和α-L-古洛糖醛酸（G）通过1,4-糖苷键连接而成，形成同聚（MM、GG）和异聚（MG）嵌段。这些嵌段的比例和序列显著影响海藻酸钠的凝胶强度、粘度和金属离子结合能力。通过藻酸盐裂解酶或酸水解对海藻酸钠进行可控降解，可得到聚合度（DP）通常在2-25之间的AOS。与高分子量海藻酸钠相比，AOS水溶性更好、吸收更快，并保留了重要的功能残基，生物活性也更为突出。

2. 益生元效应

AOS是一种具有潜力的益生元。体外和体内研究表明，AOS能够降低培养基pH值，选择性促进有益肠道细菌（如乳酸杆菌和双歧杆菌）的增殖，其效果甚至优于常见的益生元如低聚果糖（FOS）。AOS的发酵还能增加短链脂肪酸（SCFAs）的产量，并通过增加厚壁菌门和放线菌门的丰度，同时减少潜在有害细菌，从而调节肠道微生物群的组成和多样性。然而，AOS被特定益生菌利用的具体机制以及其在人体中的益生效果仍需更多研究证实。

3. 海藻酸钠寡糖（AOS）在食品工业中的意义

AOS在食品工业中的重要性在于其既能作为生物活性成分，又能作为技术助剂。其生物活性包括益生元、抗氧化、抗炎和抗菌作用，使其适用于旨在促进消化健康、预防慢性疾病的功能性食品和营养保健品。从技术角度看，AOS可作为增稠剂、稳定剂、乳化剂和包埋剂，用于改善乳制品、饮料、烘焙食品和肉制品等多种食品的口感、质地和保质期。此外，AOS还可用于制备可食用涂层和薄膜，保护新鲜农产品和即食食品，减少水分流失和微生物污染。作为源自海洋的可再生生物聚合物，AOS符合清洁标签、可持续和环保的消费趋势。

4. 综述海藻酸钠寡糖（AOS）的理由

尽管AOS的研究兴趣日益增长，但现有工作多侧重于其离散功能（如益生元或抗氧化活性），缺乏对AOS在食品科学中全面功能的系统性综述。本综述旨在整合当前关于AOS结构与功能关联的证据，评估其健康益处，并梳理其在各食品类别中的应用，以填补这一知识空白。

5. AOS的制备：海藻酸钠的解聚

AOS的制备主要通过化学法和酶法实现。

5.1. 物理和化学方法

传统化学降解法通常使用盐酸（HCl）或过氧化氢（H₂O₂）。酸水解条件（如pH、浓度）和原料海藻酸钠的M/G比例会影响产物AOS的聚合度。H₂O₂降解法被认为更环保，因其副产物主要是水。反应温度、pH值和初始藻酸盐浓度是影响H₂O₂降解过程的关键参数。

5.2. 酶法

酶法水解（使用藻酸盐裂解酶）是生产结构明确、生物活性高的AOS的首选方法。该方法条件温和，副产物少，且能更好地保留功能基团。固定化酶技术有助于酶的回收和过程的连续化，是工业化应用的理想选择。酶法制备的AOS反应混合物通常需要纯化（如乙醇沉淀、膜分离、凝胶过滤色谱等）以获得食品级或医药级高纯度产品。凝胶过滤色谱（如Sephadex LH-20, Bio-gel P-2）能产生特定分子量的高纯度AOS，但成本较高且难以大规模应用。

6. AOS通过调节肠道微生物群调控肠道稳态

AOS通过促进有益菌（如乳酸杆菌、双歧杆菌）的生长及其代谢产物的产生来增强胃肠道健康。这些代谢产物包括维生素（如B族维生素、维生素K）、抗氧化剂（如谷胱甘肽GSH）、抗菌肽（如细菌素、防御素）以及有机酸（如苯乳酸）等，它们在维持肠道免疫、代谢平衡和屏障功能中起关键作用。AOS在模拟胃肠道条件下能影响多种益生菌和酵母的活性，表明其具有调节肠道微生态平衡、抑制病原菌的潜力，从而维护肠道稳态。

7. 海藻酸钠在食品工业中的应用

海藻酸钠因其独特的增稠、凝胶、稳定和成膜特性，在食品工业中应用广泛。例如，作为冰淇淋的稳定剂防止冰晶形成；作为啤酒泡沫稳定剂；用于制造人造樱桃等重组食品（通过钙诱导凝胶化）；作为可食用涂层用于冷冻鱼、肉类和水果蔬菜，以延缓氧化和微生物腐败，延长货架期。

8. 海藻酸钠作为食品配料的功能特性

8.1. 海藻酸钠作为包埋和固定化剂

海藻酸钠可用于通过微流体、喷雾干燥等技术包埋风味物质、脂肪、酸味剂以及益生菌。海藻酸钠凝胶在低温下形成，能有效保护包埋物（如益生菌）在加工、储存和胃肠道传输过程中的活性，确保其到达结肠发挥作用。

8.2. 海藻酸钠用于食品涂层

海藻酸钠溶液干燥后可形成透明、柔韧、耐油脂的可食用膜。这些涂层可用于水果、蔬菜、奶酪和肉类，提供物理保护屏障，并可负载抗菌抗氧化剂，增强保鲜效果。其冷凝胶特性有利于热敏性活性成分的 incorporation。

8.3. 利用藻酸盐裂解酶通过β-消除反应切割海藻酸钠链

藻酸盐裂解酶能通过β-消除反应特异性切割海藻酸钠的糖苷键，产生带有不饱和非还原末端的不饱和寡糖（AOS）。理解藻酸盐裂解酶的结构与功能关系对于高效生产特定结构的AOS至关重要。

9. 提取与结构特征

9.1. 海藻酸钠的来源

AOS的天然前体海藻酸钠主要来源于褐藻（如昆布、泡叶藻、巨藻、马尾藻等），这些海藻是可再生资源。

9.2. 海藻酸钠解聚成海藻酸钠寡糖（AOS）的方法

如第5部分所述，酸水解和酶水解是主要方法，各有优劣，影响产物的结构和功能。

9.3. 海藻酸钠寡糖（AOS）的结构特征：甘露糖醛酸/古洛糖醛酸组成和分子量

AOS的生物活性和功能特性主要受其M/G组成、嵌段结构（M-block, G-block, MG-block）以及分子量（MW）或聚合度（DP）的影响。低DP（2-10）的AOS通常具有更高的水溶性和生物利用度，生物活性更强；而较高DP（10-25）的AOS则可能保留部分胶凝或增稠特性，更适合技术应用。

10. 分子量（MW）和聚合度（DP）

AOS的分子量通常在几百至几千道尔顿之间。低分子量AOS（DP 2-10）具有更好的生物活性和发酵性，适用于功能性食品。中高分子量AOS（DP 10-25）则在食品质构调节方面更有优势。

11. 与食品应用相关的AOS生物活性

11.1. 抗氧化活性

AOS能清除自由基（如超氧阴离子、羟基自由基），并螯合金属离子（如Fe²⁺, Cu²⁺），从而抑制脂质和蛋白质氧化，延长食品货架期。

11.2. 益生元活性

AOS作为不可消化膳食纤维，能被有益肠道菌发酵产生短链脂肪酸（SCFAs），调节肠道菌群，有益于宿主健康。

11.3. 抗炎和免疫调节活性

AOS可通过抑制促炎细胞因子（如TNF-α, IL-6）和激活抗炎通路，调节免疫反应，有助于改善炎症性肠病（IBD）等状况。

11.4. 抗菌活性

AOS对多种食源性致病菌（如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌）有抑制作用，机制可能与破坏微生物膜结构有关，可作为天然防腐剂。

11.5. 抗肥胖和抗糖尿病作用（新兴）

初步研究表明AOS可能通过调节肠道菌群和抑制脂质吸收，影响脂质代谢和血糖水平，具有应用于体重管理和血糖控制功能性食品的潜力。

12. 海藻酸钠寡糖（AOS）在食品工业中的技术应用

12.1. 功能性食品配料

作为膳食纤维、脂肪替代品、稳定剂等，用于低脂乳制品、烘焙食品、植物基饮料等，以增强营养和质地。

12.2. 可食用薄膜和涂层

用于新鲜农产品、肉类、奶酪的保鲜涂层，可结合抗菌抗氧化剂，提高食品安全性和稳定性。

12.3. 包埋和递送系统

作为包埋基质，用于保护益生菌、维生素、风味物质等活性成分，实现控释递送。

12.4. 质构改良剂和流变学调节剂

用于酱料、汤品、酸奶等，改善粘度、乳脂感和稳定性。

12.5. 益生元功能性添加剂

作为益生元，添加到酸奶、健康棒、饮料等食品中，促进肠道健康。

13. 海藻酸钠寡糖（AOS）的安全性与监管考量

海藻酸钠本身是公认安全（GRAS）的食品添加剂（如E401）。AOS作为其水解产物，通常被认为是安全、无毒、可耐受的。动物研究和有限的临床数据未显示显著不良反应。然而，将AOS作为新型食品成分或用于特定健康声称时，可能需要根据各地区法规（如欧盟的新型食品法规、美国的GRAS认定程序）进行额外的安全评估。制造商需关注当地关于成分审批和健康声称的监管要求。

14. 挑战

AOS在食品工业中面临的主要挑战包括：酶法生产成本较高；产品结构（M/G比例、DP）缺乏标准化导致生物活性和功能不一致；针对特定健康声称的监管审批流程复杂；支持健康益处的高质量人体临床研究数据有限；以及在复杂食品基质中的稳定性和相容性需要优化。

15. 未来展望

15.1. 作为抗肥胖及其他代谢疾病的潜在功能性食品

AOS及其衍生物水溶性好、毒性低，在调控代谢方面显示出潜力，未来可能用于开发针对肥胖、糖尿病等功能性食品，但其具体作用机制需通过多组学等方法深入探究。

15.2. 作为有前景的抗癌药物

海洋藻类多糖已被研究其抗癌潜力，AOS作为其降解产物，也具有被开发为抗癌药物的前景，现代组学技术将加速其活性鉴定和药物开发。

15.3. 作为有前景的神经系统疾病靶向治疗

研究表明AOS及其衍生物可能通过抑制神经炎症和促进β-淀粉样蛋白清除，对阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）等神经退行性疾病具有潜在的治疗或营养干预价值。

15.4. 食品工业中AOS的监管考量

虽然海藻酸盐是安全的，但特定AOS制剂若作为功能性成分或用于健康声称，可能需要按“新型食品”进行申报，这要求建立标准化的表征方法和安全档案。

15.5. 消费者接受度和市场转化

消费者对天然、植物基和海洋来源成分的接受度正在提高。通过感官优化和有效的健康沟通，突出其可持续性优势，将有助于AOS在全球食品市场的推广。

16. 结论

海藻酸钠寡糖（AOS）作为源自海洋的可再生资源，成功地将生物活性与技术功能融为一体，在现代食品体系中展现出巨大潜力。它们不仅是促进健康（如益生元、抗氧化）的生物活性成分，也是改善食品质地、稳定性和保质期的有效技术助剂。尽管在规模化生产、标准化、监管审批和临床验证方面仍存在挑战，但随着生物技术、食品科学和营养学等多学科的交叉融合，AOS有望在清洁标签、可持续和健康导向的食品创新中扮演关键角色，推动食品工业向更健康、更环保的未来发展。未来的研究应聚焦于降低成本、优化结构、阐明机制并通过扎实的人体试验验证其健康益处，以充分释放AOS在食品和健康领域的应用潜力。