50-69-1 / D-核糖在食品及醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用

背景及概述^[1][2][3]

D-核糖是一種五碳糖，是核酸、核苷酸、維生素及各種核苷酸輔酶的主要組成部分。D-核糖存在于一切活的細(xì)胞中，在機(jī)體內(nèi)的代謝過(guò)程主要分兩種，一種是合成磷酸核糖焦磷酸參與嘌呤代謝，另一種是通過(guò)磷酸戊糖途徑轉(zhuǎn)化為葡萄糖。D-核糖也存在于一些天然功能產(chǎn)物中，例如存在于Phlebodiumdictyocallis 菌中的類黃酮就含有由D-核糖形成的糖苷鍵；從一些菌種中提取的核苷水松蕈素可水解生成D-核糖；在美拉德反應(yīng)中，長(zhǎng)壽蛋白中的核糖基在治療糖尿病、白內(nèi)障、生物體衰老和老年癡呆等方面都有一定效益。

應(yīng)用^[2-3]

1.食品領(lǐng)域的應(yīng)用

由于D-核糖自身具有輕微甜味，因此可以添加到食物中來(lái)增加食物的風(fēng)味，也可以用來(lái)合成食用香精、營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑核黃素和呈味核苷酸，如5’肌苷酸和5’鳥苷酸，添加到味精中形成的超級(jí)味精已成為第四代調(diào)味品。并且由D-核糖制備的食用香精被廣泛用于蛋糕、飲料、冰激凌、巧克力、果醬等食品當(dāng)中。合成的核黃素在其他領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用；百事公司將D-核糖作為新型能量食品添加劑添加到運(yùn)動(dòng)及功能性飲品中，如時(shí)間晶體牌西洋參核糖粉、力博士沖劑、Sobe Drink、MDX 等；在國(guó)外，一些發(fā)達(dá)國(guó)家將D-核糖作為天然甜味劑應(yīng)用到休閑及烘焙食品中，在肉制品中也有應(yīng)用。

2.醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用

D-核糖不僅可以用于直接治療疾病的藥物，還可以作為前體物質(zhì)合成其他藥物。在制藥方面，D-核糖可以作為類固醇、V D 的結(jié)構(gòu)類似物、前列腺素、核苷類藥物的前體、萜類化合物、凝乳酶抑制因子、修飾氨基酸等的生產(chǎn)原料，也能夠大量合成核黃素。核黃素又叫維生素B2，在代謝時(shí)起到傳遞氫的作用，缺乏維生素B2 會(huì)引發(fā)生物體出現(xiàn)多種疾病，如舌炎、口角炎、唇炎、脂溢性皮炎、陰囊研炎和眼結(jié)膜炎等一系列炎癥，還有皮膚病、惡性貧血、神經(jīng)性疾病，D-核糖可以直接用于治療上述癥狀。20 世紀(jì)末，由D-核糖合成抗腫瘤、抗病毒核苷藥物的研究問(wèn)世，并在近年來(lái)合成許多如吡唑呋喃菌素、F-甲基肌苷磷酸、間型霉素、鹵化軟骨素及一些治療卵巢癌等新的抗病毒和抗腫瘤的藥物。以D-核糖為原料經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)合成的卡培他賓，是治療結(jié)腸癌、乳腺癌等的有效藥物。

近幾年被公布的D-核糖的用途較廣泛，其具有抗疲勞、耐缺氧的作用，在國(guó)外的幾十種液體和固體飲料中都添加D-核糖作為新型能量因子，國(guó)內(nèi)的一些產(chǎn)品也有用到D-核糖作為添加劑。D-核糖可以提高機(jī)體免疫力，改善蛋白質(zhì)性質(zhì)，治療肌肉纖維痛，幫助減肥，迅速補(bǔ)充能量，還可以合成核糖二酯用來(lái)調(diào)節(jié)纖維，在外科手術(shù)中配制成保護(hù)液來(lái)保護(hù)心臟在面部乳液中加入百分之五的D-核糖，可以有效減少皺紋，延緩了皮膚的衰老。

制備 ^[4]

1. 抽取法

抽提法，即從自然物（RNA）中直接提取，是最早用來(lái)獲得D-核糖的方法，這種方法成本高且得到的產(chǎn)物少。最早生產(chǎn)出來(lái)的D-核糖是在十九世紀(jì)二、三十年代，酶法水解酵母NRA 和化學(xué)法得到的，因其生產(chǎn)成本較高，不利于工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)。十九世紀(jì)八十年代用酸水解RNA，經(jīng)樹脂分離，從500gRNA 鈉鹽中提取了46.8gD-核糖。

2. 化學(xué)合成法

初期利用汞極電解制備，后對(duì)合成法進(jìn)行改進(jìn)由葡萄糖經(jīng)七步反應(yīng)過(guò)程制得D-核糖。1960 年開始，有研究者利用解核糖酸-Y-內(nèi)脂法制備D-核糖，隨后對(duì)該電解法進(jìn)行了研究，并將電解核糖酸-Y-內(nèi)脂法用于工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，使D-核糖的年均產(chǎn)量達(dá)到60t。由于汞電極對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，因此該法不被人類提倡。后又有人提出可用鋅電極或鉑電極代替汞電極，但收效甚微。D-阿拉伯糖遇到鋁酸鹽后加熱可以異構(gòu)形成D-核糖，并且在含碳原子數(shù)小于五的醇溶液中制得的D-核糖能夠直接合成維生素B2。這種方法異構(gòu)率高，副產(chǎn)物也多，可以改變反應(yīng)條件達(dá)到減少副產(chǎn)物的目的，也可以在堿性陽(yáng)離子交換樹脂上固定鋁酸鹽，對(duì)D-阿拉伯糖連續(xù)化異構(gòu)制備D-核糖。很多研究者都利用化學(xué)合成法制得出D-核糖，用D-葡萄糖、D-木糖、L-谷氨酸、D-葡萄糖酸等原料經(jīng)過(guò)多次化學(xué)反應(yīng)液制備出D-核糖。

3. 生物發(fā)酵法

生物發(fā)酵法指通過(guò)微量元素、無(wú)機(jī)物或碳源為原料合成D-核糖。制備D-核糖的原料可以是葡萄糖、麥芽糖、乳糖、甘油、可溶性淀粉等，也可以是蛋白胨、玉米漿、干酵母、大豆粉、硫酸銨、無(wú)機(jī)鹽以及適量微量元素等。原料經(jīng)磷酸戊糖途徑中的氧化過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)镈-核糖，或以葡萄糖酸激酶和葡萄糖脫氫酶為條件，利用中間產(chǎn)物D-核糖酸的支路途徑生成D-核糖。從1970 年往后，由于在理論和實(shí)踐中代謝控制發(fā)酵技術(shù)越來(lái)越成熟，分子生物學(xué)方法不斷完善，抽取法和化學(xué)合成法逐漸被生物發(fā)酵法替代。

主要參考資料

[1] 化合物詞典

[2] 黃俊慧, 潘凱, 柳春, 等. D-核糖的性質(zhì), 應(yīng)用及市場(chǎng)前景[J]. 大眾科技, 2017, 19(6): 49-51.

[3] 周玨, 魏轉(zhuǎn), 孫文敬, 等. D-核糖的生產(chǎn)及應(yīng)用[J]. 食品科技, 2014, 39(10): 273-278.

[4] D-核糖的研究進(jìn)展