海藻糖有3种光学异构体，分别是α，α-海藻糖（蘑菇糖，Mushroom Sugar）、α，β-海藻糖（新海藻糖，Neotrehalose）和β，β-海藻糖（异海藻糖，Isotrehalose）。其中只有α，α-海藻糖在自然界中以游离状态存在，即为通常所说的海藻糖，广泛存在于各种生物体中，包括细菌、酵母、真菌和藻类以及一些昆虫、无脊椎动物和植物中，尤其在酵母中含量较多，面包和啤酒等发酵食品及虾类等也含有海藻糖。α，β-型和β，β-型在自然界中很少见，仅在蜂蜜和蜂王浆中发现了少量的α，β-型海藻糖，α，β-型和β，β-型这两种海藻糖可以化学合成。
海藻糖是天然双糖中稳定的一类。由于不具有还原性，对热和酸碱都具有非常好的稳定性。在与氨基酸、蛋白质共存时，即使加热也不会发生美拉德反应，可用于处理须加热或高温保存的食品、饮料等。海藻糖进入人体内在小肠中被海藻糖酶分解为两分子葡萄糖，进而被人体的新陈代谢所利用，是一种重要的能量来源，对人体健康安全有益。
海藻糖还具有低吸湿特性。将海藻糖放置在相对湿度90%以上的地方超过1个月，海藻糖也几乎不会吸湿。由于海藻糖的低吸湿性，将海藻糖应用于该类食品中可降低食品的吸湿性，从而有效延长产品的保质期。
海藻糖相对于其他的双糖有较高的玻璃化转变温度，高达115℃。因而把海藻糖加入到其它的食品中时，能有效地提高其玻璃化转变温度，更容易形成玻璃化状态。这种特性结合海藻糖的工艺稳定性和低吸湿性，使其成为一种高蛋白质防护剂和理想的喷雾干燥风味保持剂。
海藻糖是生物体对于外部环境变化所形成的一种典型的应激代谢物，保护机体抵抗外部恶劣环境。同时，海藻糖还能用于保护生物体内DNA分子防止放射线引起的损伤；外源性的海藻糖对生物体也具有非特异性保护作用。其保护机制一般被认为是机体含有海藻糖的部分强力地束缚水分子，与膜脂质共同拥有结合水或海藻糖本身起到代替膜结合水的功用，从而防止生物体膜和膜蛋白的变性等。
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