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D-核糖(D-Ribose)是一種天然戊糖，存在于所有細胞中，是核苷酸、多種輔酶和基因物質DNA和RNA、細胞第二信使分子cAMP的重要組成成分，也是能量物質三磷酸腺苷(ATP)的結構成分，是細胞合成ATP的起始物質和關鍵因子，是細胞保持結構和功能完整的必不可少的物質，具有重要生理功能。
圖1. D-核糖和L-核糖分子結構
D-核糖純品為白色結晶或結晶性粉末，微有芳香之味，味微甜，極易吸潮，易溶于水，在水中有過飽和傾向，微溶于乙醇，不溶于醚、苯、丙酮及三氯甲烷。
D-核糖是戊碳糖，分子中含有四個不對稱碳原子，有五種同分異構體，分別為α-呋喃-D-核糖、β-呋喃-D-核糖、α-吡喃-D-核糖、β-吡喃-D-核糖以及開鏈型 D-核糖，在生物體內 D-核糖以β-呋喃-D-核糖的形式存在，在水溶液中，這五種異構體能夠以很快的速度相互轉化，因此，D-核糖具有復雜變旋光的性質。
D-核糖的生理功能
ATP是一切生命活動能量的重要來源，是維持肌肉收縮和細胞功能的基礎能量物質。但人體組織細胞中ATP的總量卻很少，如肌細胞中ATP貯存量只有2.5～3.5mg/g濕肌、心臟中的貯量也僅有約700mg，只能提供10次心跳的能量。人體生理活動所需的大量能量，依賴于ATP與ADP的快速轉換與循環。正常情況下，人體組織細胞中的ATP在低濃度下保持穩定，稱為ATP穩態，同時，ATP池中相關的能量物質（含ATP、ADP、AMP以及IMP等 ）在低濃度下，按特定的比例保持動態平衡。
在高強度運動、供血不足或應急狀態下，ATP合成速率低于分解速率，ATP的降解產物IMP，約40%以上會進一步降解并穿過細胞膜進入血液、隨血液被運輸到肝臟轉變為尿酸，經尿液排出體外而丟失，造成ATP池能量物質的凈丟失。研究表明，劇烈運動后，肌肉中ATP減少約18%；局部缺血20分鐘，就會導致心肌細胞ATP減少約50%；心臟病患者心肌細胞能量比正常水平低約40%。細胞中能量物質的丟失會使肌肉中鈣流失，從而造成肌肉緊張、四肢僵硬、酸痛和疲勞。
細胞丟失的大部分能量物質通過從頭合成途徑、補救合成途徑恢復，骨骼肌和心肌細胞中相關途徑限速酶葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（G6PDH）和6-磷酸葡萄糖酸脫氫（6PGDH）活力很低，ATP恢復到正常水平需要3天以上。
D-核糖可形成5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）參與核苷酸代謝，PRPP既可用于核苷酸的從頭合成途徑，又是核苷酸和ATP再生補救途徑的重要參與者，是能量合成與補救的限速因子。
補充D-核糖可越過能量恢復途徑的限速反應步驟，直接提高PRPP的水平，加速腺嘌呤核苷酸的生物合成，從而加速了受損后心臟和骨骼肌細胞能量庫中腺嘌呤核苷酸庫的重新補充。研究表明，補充D-核糖能將肌肉組織中能量從頭合成速率提高3.4～4.3倍；在應急狀態下，補充D-核糖能使肌肉細胞中能量補救合成速率提高3～8倍(P<0.001)，合成速率取決于肌纖維類型與D-核糖的服用劑量,從而將細胞中能量維持在一定水平。這便是高強度運動、供血不足或應急狀態發生后，機體能量恢復以及疲勞消除的關鍵。
D-核糖的應用現狀
D-核糖在食品行業的應用較為有限，除了近來火熱的某款功能飲料外，目前已批準的保健食品不足10款，絕大多數是2011年之前沒有技術要求時審批的，在其他食品中應用更為罕見，究其原因，合規性是其最主要的限制因素。D-核糖在我國是按照食品添加劑進行管理，GB-2760規定D-核糖僅能作為食品用合成香料。合規性從根本上限制了D-核糖的廣泛應用，而保健食品的申報將使企業面臨較重的資金和技術壓力，因此，D-核糖的應用需要向香料靠攏。某功能飲料正是憑借著香料的適用性而進行添加使用，這也折射出D-核糖的應用短板，缺乏有力的研究支撐。另外，D-核糖在功能飲料中應用的方向是取代?；撬?，我們目前暫不能對二者的功能進行量化對比，但D-核糖的價格是?；撬岬暮脦妆?，從原料價格方面就制約了D-核糖的應用。國內對于D-核糖的應用研究起步較晚，2004年左右國外關于核糖的應用已經較為普遍，國內企業也紛紛對核糖的應用展開研究，但受制于標準、規范的限制，國內始終沒有發展起來。缺乏品牌引領是其遲遲沒有形成規范的原因之一，D-核糖在功能飲料的興起對于行業是一件幸事，首先是為功能飲料行業注入新的活力，突破傳統配方的禁錮。其次，提升食品行業對于D-核糖的關注度，為行業規范的形成起到促進作用，使企業能夠合理、合規的使用D-核糖。
D-核糖產品的應用淺析
研究表明，D-核糖可有效提高細胞能量水平，具有增加能量、緩解疲勞、提高無氧閾值、提高運動能力、緩解肌肉僵硬和酸痛、改善心臟功能等功效，已廣泛應用于食品飲料、植物肉、運動營養食品、保健食品、化妝品和動物營養產品中。
此外，D-核糖也是多種核苷類藥物的重要中間體和起始原料，如卡培他濱、替格瑞洛、瑞德西韋等。
01、D-核糖在臨床營養領域的應用
在食品飲料、營養保健領域，D-核糖主要用作能量補充劑、抗疲勞、耐缺氧的功效成分，用于能量飲料、運動營養、功能營養系列產品中。美國于20世紀90年代起，便陸續推出多種以D-核糖為主要功效成分的運動食品、功能食品、能量食品、膳食補充劑等，如D-核糖純粉、D-核糖膠囊、D-核糖沖劑、能量棒、泡騰粉、泡騰片、運動飲料等等，用于增強運動能力、緩解肌肉緊張和高強度的工作壓力而引起的大腦疲勞和精神委靡等癥狀。2002年誠志生命科技有限公司（簡稱“誠志生命”）開發了國內第一款以D-核糖為功效成分，具有抗疲勞、耐缺氧功效的保健食品“力搏士D-核糖沖劑” 【衛食健字（2002）第0597號】，推動了D-核糖在國內營養保健領域的應用。2016年，劉丹、劉靜民等先后發表的研究論文結果表明，力搏士D-核糖沖劑在改善運動員無氧運動能力、有氧運動能力方面，均具有有益功效，極具推廣價值。
在食品工業上，D-核糖可作為調味香精、用于合成呈味核苷酸和多種調味香精，廣泛應用于肉制品、烘焙食品、休閑食品等各種食品中。
在植物肉加工過程中加入D-核糖，可與氨基酸類物質（包括蛋白質、肽、各種氨基酸等）發生美拉德反應，產生獨特芳香風味的棕色或焦糖色產物，這些產物和脂肪酸類物質的氧化分解產物共同作用，可形成包含很多種肉味香氣成分的肉味香精，產生如真肉一樣的口感和風味。
D-核糖早期被列入美國FDA食品添加劑目錄，并被批準作為膳食補充劑，2008年通過了GRAS安全性評估，成為新食品原料，2019年3月歐盟發布（EU）2019/506號條例，批準D-核糖作為新型食品投放市場。期間，D-核糖先后被列入歐盟、日本及中國的食品添加劑目錄。
02、D-核糖在臨床營養領域的應用
D-核糖在預防心臟功能衰退及治療心律失常、心肌能量及功能恢復、心衰患者心臟功能保護以及心臟冬眠區域的識別等方面具有良好功效。在臨床營養方面，用作心臟手術前后的營養支持。
誠志生命全資子公司誠志（美國）生物能量生命科技公司（Bioenergy Life Science簡稱BLS）開發了以D-核糖為主要功效成分的一系列臨床營養品，如CORvalenTM 、RiboCORTM 和RiboCORⅠ.Ⅳ. TM，用于充血性心力衰竭、冠心病、心絞痛以及其他伴有心血管疾病癥狀的病人在手術治療前后的營養支持。產品先后在Christina Medical Center (Newark, Delaware)、Florida Hospital (Orlanda, Florida)、Aurora Hospitals in Milwaukee, Wisconsin等醫院應用，臨床應用結果表明，D-核糖有助于預防心臟手術后功能衰退、緩解心律失常癥狀、顯著增強局部缺血后心肌能量及功能的恢復、改善穩定型冠心病患者的心肌功能、促進全心肌缺血動物心肌ATP合成，進而改善心肌舒張功能、提升心衰患者的運動能力及肺通氣量，進而保護其心臟功能、明顯改善嚴重充血性心衰患者的運動能力及肺通氣量、顯著改善心力衰竭患者的心臟功能。
03、D-核糖在抗衰老領域的應用
NAD是人體中數百個酶蛋白，包括長壽酶蛋白 Sirtuins不可或缺的輔酶成分，參與人體內上千種氧化還原的酶反應，對人體健康發揮著根本性的影響。研究表明，隨著年齡的增長，NAD在人體內的含量逐漸降低，線粒體和細胞核之間的交流受損，NAD的減少也損害了細胞產生能量的能力，這可能是人類變老和疾病的原因。
美國 ChromaDex公司開發的煙酰胺核糖（NR）產品、美國 Herbalmax開發的NMN產品（商品名瑞維拓）、香港基因港開發的NMN產品（商品名艾沐因），據稱可提高體內的NAD水平，在抗衰老領域，引起國內外廣泛關注。誠志(美國)BLS開發的新產品RiaGev（PCT/US2019/031889），亦可有效提高體內的NAD水平。
D-核糖作為NMN/NR的前體物質和重要原料，D-核糖作為RiaGev的重要功效成分，在抗衰老領域應用前景可期。
04、D-核糖在化妝品中的應用
D-核糖還具有增強免疫、抵抗自由基增加、抗皺、延緩皮膚衰老等功效，在化妝品領域的應用潛力巨大。
05、D-核糖在動物營養領域的應用
D-核糖在飼料領域的研究剛剛興起。ST. CYR等發明的 “喂養家禽的組合物和方法” 專利（US8741854、CN102870989B）公開了一種喂養家禽的方法，飼料中添加D-核糖，能有效改善家禽心肌病的抵抗力、降低家禽如肉仔雞的腹水和/或猝死綜合征的發生率, D-核糖的劑量是50至500mg/kg體重/天。
史秀李等公開了“一種家禽飼料”（CN110959770A）、李光煜公開了“一種用于家禽幼的飼料及其制備方法”（CN109329579A）、張毓霞等公開了“強化雞蛋營養成分的飼料添加劑及其制備方法”（CN107048054A）、高曙光等公開了“一種含D-核糖飼料添加劑的羅曼蛋雞飼料”（CN104206919B）。
另外，D-核糖還可以改善肉質、降低動物在運輸過程中應激反應引起的死亡率、提高賽馬等競技性動物的運動能力等功能。
06、D-核糖在醫藥領域的應用
在醫藥領域，一方面D-核糖可用于治療心肌局部缺血、提高心臟耐受局部缺血能力、并提高心臟總體功能，治療運動引起的肌肉酸痛、腺苷酸磷酸脫氨酶缺陷造成的僵硬、缺乏磷酸化酶造成的肌肉疼痛、慢性疲勞綜合癥和纖維肌痛等，阿麗瑪等通過觀察 D-核糖對高脂喂飼的 C57小鼠血糖、血脂及胰島素等的影響發現，D-核糖可以改善高脂飼料喂飼小鼠的糖耐量異常和胰島素抵抗，說明D-核糖在糖尿病的治療上具有潛在價值。另一方面， D-核糖還是多種核苷類藥物的重要中間體原料和起始原料，在制藥工業領域應用廣泛，比如卡培他濱、替卡格雷和瑞德西韋。
參考文獻
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