研究进展 | 透明质酸的新兴应用

本文系Food Science and Human Wellness原创编译，欢迎分享，转载请授权。

透明质酸（HA）是一种由D-葡萄糖醛酸和N-乙酰葡萄糖胺组成的糖胺聚糖，具有独特的分子结构和物理化学性质。透明质酸广泛存在于人体的关节腔、皮肤、眼玻璃体等组织中。但随着年龄的增长，其在人体内的含量逐渐降低，可导致关节炎、皮肤老化、皱纹增多、眼花等诸多问题。多项研究发现，口服透明质酸具有改善人体皮肤水分，改善关节功能骨质疏松、修复胃黏膜损伤等作用。自2021年卫健委批准透明质酸钠为新食品原料，透明质酸食品行业进入全新阶段。目前，含有透明质酸的保健食品及食品在国外已较为普遍。

研究成果分析

01

揭示透明质酸的潜力：探索其理化性质、改性及其在食品应用中的作用

Background

透明质酸（HA）是一种由D-葡萄糖醛酸和N-乙酰葡萄糖胺组成的糖胺聚糖，具有独特的分子结构和物理化学性质。它已被证明具有非免疫原性、生物相容性和生物可降解性。在食品加工中，透明质酸表现出吸湿、黏弹性、成膜能力和抗氧化性能。这些显著的特性使它成为增强食物功能特性的极有希望的候选者。

Scope and approach

本文对HA的物理化学性质、溶液性质、合成和降解等方面进行了综述。此外，本文还对HA修饰的研究进展进行了深入的探讨，重点介绍了HA官能团的化学修饰、酶修饰和物理修饰等方面的研究进展。此外，检讨亦探讨医管局在食物业的各种应用。

Key findings and conclusions

HA以其独特的物理和化学性质而闻名，广泛应用于非食品技术领域。最近，它的应用已扩展到食品工业。通过修饰HA的官能团，改变其构象，或与生物聚合物结合，创造新的衍生物有很多选择。目前，医管局已获多个国家批准作为一种新型食品配料、添加剂、健康食品或膳食补充剂。此外，研究亦深入探讨医管局在食物方面的应用，包括营养补充、食物安全测试、食物包装、食物输送系统及食物质素改善剂。整体而言，医管局在提升食品的功能特性方面，在食品业界表现出巨大的潜力。

Conclusion

在过去的几十年里，由于其独特的生物降解性、生物相容性、黏弹性和吸水性能，对HA的研究取得了显著的成功。随着新技术的不断涌现，各种改性方法为合成具有不同物理化学性质的新型HA衍生物提供了广泛的选择。由于其多方面的特性，已被批准作为功能性食品、食品配料、添加剂或膳食补充剂，并在多个国家得到广泛应用。因此，医药局的研究范围扩大到营养补充、食品检验、食品包装材料、食品输送系统、食品质量提高等领域。然而，HA的潜在价值在很大程度上仍未开发。为了充分发挥其潜力，需要进一步的研究和技术进步，开发新的HA衍生物，设计食品和药物输送系统，探索HA在食品加工中的物理化学稳定性机理，提高HA的生物相容性，并彻底评估HA产品的安全性和有效性。

Reference:

CHENG Q, LIU C Q, ZHAO J, et al. Unlocking the potential of hyaluronic acid: Exploring its physicochemical properties, modification, and role in food applications[J]. Trends in Food Science & Technology 2023, 142: 104218. DOI:10.1016/j.tifs.2023.104218.

02

透明质酸的构象熵有助于增强味觉

Abstract

天然口味/风味增强剂是潜在地解决调味品过度消费的必要成分。本研究报道了透明质酸（HA）可以调节味觉，这是由味觉化合物、黏蛋白和HA之间的动态相互作用控制的。HA的各种构象影响味觉感知。1090 kDa HA的高分子量（Mw）由于其黏度增加，抑制了味觉，阻碍了Na+渗透到黏蛋白层。中、低分子量（100、400 kDa）HA均能增强味觉。等温滴定量热分析证实黏蛋白与HA的结合更强。随着分子量从8 kDa增加到400 kDa，它们的相互作用强度增加。具有耗散特性的石英晶体微天平进一步表明，100 kDa HA的刚性构象有助于Na+与味觉受体结合，从而增强味觉感知。400 kDa HA的柔性构象可能隐藏味觉受体细胞，降低味觉增强。本工作促进了对天然黏液黏附和黏液穿透聚合物构象熵的理解，这为它们作为味觉增强剂的潜在应用奠定了基础。

Conclusion

低分子量（如100和400 kDa）的HA可以有效地增强咸和甜的味觉特征，延长味觉感知时间。100 kDa HA的刚性棒状构象与黏蛋白具有更强的结合亲和力，允许更多的Na+与味蕾接触，而400 kDa HA的弹性随机卷曲构象则相反。对味觉的抑制可能与HA分子量较高有关，如HA的分子量为1090 kDa。较高的黏度和链缠结会阻碍Na+离子穿透黏蛋白层。实验重点研究黏蛋白和HA在复杂食物系统和体内胃肠道环境中的相互作用。总之，实验从基础和应用的角度论证了构象熵对研究HA相互作用和改善口感的重要性。这些结果为利用天然黏液和黏液渗透聚合物作为味觉增强剂奠定了基础。

Reference:

HUAUNG X Y, HU J H, CHEN G X, et al. Conformational entropy of hyaluronic acid contributes to taste enhancement[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2023, 241: 124513. DOI:10.1016/j.ijbiomac.2023.124513.

03

不同浓度透明质酸对玉米淀粉糊化及微观结构特性的影响

Abstract

淀粉老化是影响淀粉类食品质量的主要问题。为了改善天然淀粉糊化和回生的黏度和质地，研究了不同浓度（2%、4%、6%）的透明质酸（HA）对玉米淀粉（CS）糊化和微观结构的影响。结果表明，HA的加入显著提高了CS-HA混合物的峰值黏度、溶解度和持水能力。同时降低了直链淀粉的糊化温度、溶胀力和浸出率。所有混合物均表现出剪切变薄和流变性质。CS-HA混合物形成了更厚的假塑性体系，显著增强了剪切稳定性。采用傅立叶变换红外光谱和扫描电子显微镜对混合物的结构进行了表征。HA能有效抑制淀粉的短期老化，增强CS与HA的相互作用，形成致密的蜂窝状三维网状结构。综上所述，HA作为一种新型的阴离子水胶体，在改善淀粉类产品的回生性能方面具有很大的潜力。

Conclusion

在本研究中，研究了不同浓度的HA对糊化性能和CS微观结构的影响。HA的加入提高了糊浆过程中的峰值黏度和击穿值，同时降低了糊浆温度和退浆值。WHC与HA添加量呈正相关，含6% HA的CS-HA混合物WHC最高，可能是由于HA具有更高的保水能力。此外，HA在淀粉颗粒表面的包覆防止了直链淀粉的浸出，HA的羟基和羧基与直链淀粉形成氢键，有效地降低了淀粉的回生速率。HA的加入并没有形成新的共价键，但CS与HA之间的氢键和静电相互作用改善了淀粉的近程有序度。SEM观察到混合物中存在致密的蜂窝状网状结构，表明HA、淀粉和水的相互作用通过阻碍淀粉的再结合延缓了CS的回生。此外，HA的加入增强了混合物的溶解度，减少了滞后环面积，当HA加入量为6%时效果最为显著。总之，这些发现为CS和HA之间的相互作用提供了有价值的见解，突出了HA作为一种功能性添加剂改善玉米淀粉变性的潜力。然而，为了扩大其在食品工业中的应用，还需要进一步研究HA对人类消化率和食品感官特性的影响。

Reference:

WU X L, LUAN M R, YAN X X, et al. The impact of different concentrations of hyaluronic acid on the pasting and microstructural properties of corn starch[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2024, 254: 127555. DOI:10.1016/j.ijbiomac.2023.127555.

04

透明质酸作为天然增香剂的应用及其机理探讨

Abstract

创造天然风味增强剂是减少过度调味料消费的一种有前途的方法。本研究旨在确定食品级透明质酸是否可以作为一种可行的选择，以降低低钠食品中的盐含量，而不牺牲盐的盐度。利用人工舌头和石英晶体耗散微天平（QCM-D），研究了不同分子量（100 kDa、400 kDa）和浓度（0.2%、0.4%）的透明质酸（HA）对NaCl溶液盐度感知的影响。HA被证实具有提高味觉的效果。此外，当添加到预先制作好的菜肴如四川鱼和黑胡椒牛排时，HA被发现至少减少10%的盐添加，以保持样品的咸味。水凝胶人工舌模拟结果表明，Na+黏附与HA的分子量和浓度呈正相关。QCM-D结果支持这一发现，表明100 kDa的HA使Na+更容易渗透到口腔黏膜层，因此与400 kDa的HA相比，显示出更强的咸味感知。总之，HA的黏附性和黏液渗透性使其成为传统调味料的替代品，并有助于人们追求更健康的饮食习惯。

Conclusion

本研究发现，在牛排、黑椒酱、酸鱼、酸鱼酱包中添加HA，可使配方中的含盐量降低10%，且不影响人们对咸味的感知。这意味着HA可以用于开发低盐食品，在不影响口味的情况下有效减少盐摄入量。本研究还初步探索了HA在不降低盐浓度的情况下降低盐含量的分子机制，发现HA的加入可以延长Na+在口腔黏膜上的时间，400 kDa的HA比100 kDa的HA具有更强的黏附性。HA与黏蛋白的结合力主要为氢键和范德华力，且随分子量的增加而增加。长链HA聚合物提供了更多的结合位点，导致更强的分子间相互作用。与柔性螺旋状HA（400 kDa）相比，刚性棒状HA（100 kDa）与黏膜层的结合更强。因此，这种亲和力的增加促进了Na+与味蕾之间的接触，有效地增强了味觉感知。HA作为一项创新的食物增味剂，有潜力协助个人追求更健康的饮食选择。

Reference:

HU J H, CEHN Z Z, HUANG X Y, et al. Hyaluronic acid applied as a natural flavor enhancer and its mechanism exploration[J]. Food Bioscience, 2023, 55: 102969. DOI:10.1016/j.fbio.2023.102969.

翻译/撰写：李雄（实习）

编辑：梁安琪；责任编辑：张睿梅

封面图片来源：图虫创意