《LWT》：Discovery of D-Galactitol in
Laminaria japonica and Its Role in Enhancing Moisture Retention and Texture of Gluten Products
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本研究针对食品和化妆品行业对天然、可持续保湿剂的迫切需求，从七种大型海藻中筛选高效保湿成分。通过活性导向分离技术，首次从海带（Laminaria japonica）水提物中鉴定出D-半乳糖醇（D-galactitol），其保湿活性优于甘油和山梨醇。该成分通过分子对接分析显示可与面筋蛋白（gliadin、LMWG、HMWG）特异性结合，显著提升剪刀面水分保留率和弹性，为海洋源天然保湿剂的开发提供新策略。
在追求绿色可持续的今天，食品和化妆品行业对天然保湿剂的需求日益增长。传统的合成保湿剂如甘油和山梨醇虽广泛应用，但存在潜在安全风险且功能单一。而微生物发酵法生产的保湿剂又面临成本高、工艺复杂等挑战。相比之下，海洋大型海藻因其资源丰富、培养成本低、富含多种生物活性物质，成为寻找新型天然保湿剂的理想宝库。然而，目前从海藻中发现的保湿成分多集中于多糖等大分子，对结构明确的小分子保湿剂，特别是糖醇类化合物的研究尚属空白，其与食品基质（如面筋蛋白）的相互作用机制更是知之甚少。为了解决这些问题，一篇发表在《LWT》上的研究为我们带来了新的发现。
为了系统探索海洋大型海藻中的天然保湿成分，研究人员首先收集了七种常见海藻，包括海带（Laminaria japonica）、叉枝网地藻（Grateloupia furcata）和马尾藻（Sargassum sp.）等。他们采用甲醇提取并结合液液分配萃取，得到了乙酸乙酯、正丁醇和水相等不同极性的组分。通过测定这些组分在81%相对湿度下的吸湿性和在干燥条件下的保湿性，研究人员筛选出活性最佳的组分。结果显示，海带的正丁醇相和水相提取物，以及叉枝网地藻和马尾藻的乙酸乙酯相提取物，表现出卓越的保湿能力，其效果甚至优于常用的甘油和山梨醇。基于得率和活性综合评价，研究人员最终聚焦于海带的水提物，并进一步通过硅胶柱色谱进行活性导向分离，得到了三个亚组分AD1、AD2和AD3。其中，AD1的保湿活性最为突出。
在关键技术方法方面，研究主要运用了溶剂提取与液液分配进行活性成分的初步富集；采用硅胶柱色谱对活性部位进行分离纯化；利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、电喷雾电离质谱（ESI-MS）和核磁共振（NMR）对目标化合物进行结构鉴定；通过分子对接技术模拟D-半乳糖醇与面筋蛋白（包括麦醇溶蛋白gliadin、低分子量谷蛋白LMWG和高分子量谷蛋白HMWG）的相互作用；并采用MM/GBSA方法计算结合自由能。海藻样本购自中国福建。
3.1. 具有吸湿和保湿活性的组分的制备
初步筛选发现，七种海藻的甲醇提取物得率差异显著，其中羊栖菜（Hizikia fusiforme）和海带（Laminaria japonica）的得率最高。进一步的吸湿性和保湿性评价表明，海带的正丁醇相和水相提取物活性尤为突出，其吸湿率在60小时内超过93%，显著高于文献报道的多种海藻多糖。保湿性评估也显示，海带水提物等在干燥条件下60小时后的保湿率超过20%，与山梨醇和甘油效果相当。综合得率和活性，海带的正丁醇相和水相被选作后续深入研究的目标。
3.2. 目标组分的分离
薄层色谱（TLC）和紫外光谱（UV）分析显示，海带水提物成分相对简单，适合进一步分离。通过硅胶柱色谱，水提物被成功分离为三个亚组分AD1、AD2和AD3。
3.3. 亚组分的吸湿和保湿活性
三个亚组分均表现出优异的吸湿和保湿性能。在81%相对湿度下，它们的吸湿率随时间的增加而显著增加，并在36小时后超过甘油。在干燥条件（43%相对湿度）下，它们的保湿率在60小时后仍保持在85%以上，显著优于商业保湿剂。其中，AD1的活性最强。
3.4. 亚组分AD1的矿物含量及其对剪刀面保湿性和品质的改善作用
电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）分析显示，AD1富含多种矿物元素，如镁、钠、铁和铜，这些元素可能通过与水分子结合而协同增强其保湿效果。将AD1应用于传统剪刀面中，发现其能显著提高面条在72小时储存期的水分保留率，并有效延缓了面条硬度的增加和弹性的下降，改善了面条的质构特性。相关性分析进一步揭示了AD1的添加改变了面条各品质参数（如水分保留率、菌落总数、硬度、弹性等）之间的关联模式，表明AD1对面条基质结构产生了影响。
3.5. 亚组分AD1的结构解析
通过FTIR、ESI-MS和NMR波谱分析，最终确定AD1的主要活性成分为D-半乳糖醇（D-galactitol），其分子式为C6H14O6。这是首次从海洋大型海藻中分离鉴定出该化合物。
3.6. D-半乳糖醇与面筋蛋白分子相互作用分析
分子对接模拟表明，D-半乳糖醇能够与面筋蛋白的主要组分（麦醇溶蛋白gliadin、低分子量谷蛋白LMWG和高分子量谷蛋白HMWG）结合。结合自由能计算（MM/GBSA方法）显示，范德华力是其主要相互作用力。D-半乳糖醇与蛋白质残基（如gliadin中的P26，HMWG中的Q493等）之间可能形成氢键，这有助于其在面筋网络中固定水分子，从而解释其改善面条保湿性和质构的潜在机制。
3.7. MM/GBSA分析结合自由能计算
结合自由能分解证实，D-半乳糖醇与三种面筋蛋白的结合均以范德华力贡献为主，结合稳定性顺序为麦醇溶蛋白 > 高分子量谷蛋白 > 低分子量谷蛋白。
研究结论与讨论部分指出，本研究首次从海带中分离出D-半乳糖醇，拓展了该稀有糖醇的自然来源。D-半乳糖醇的多羟基结构使其具备优异的保湿潜力，其与面筋蛋白的相互作用为解释其在面制品中改善质构的作用提供了分子层面的初步见解。同时，AD1组分中富含的矿物元素可能产生协同增效作用。该研究不仅为开发海带源天然功能性配料（如食品保湿剂）提供了实验依据，也为综合利用海洋大型海藻资源开辟了新途径。然而，研究也指出了一些局限性，例如D-半乳糖醇与面筋蛋白相互作用机制尚需实验进一步验证，矿物元素的贡献与D-半乳糖醇本身的作用需要区分，以及生物活性导向分离策略可能忽略了组分间的协同效应等。未来研究将侧重于D-半乳糖醇的规模化制备、在多食品基质中的功效验证以及与其他海藻保湿成分的协同作用探索。
