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β-葡聚糖的制备及应用

发布日期:2018/10/30 11:09:44

背景及概述[1]

β-葡聚糖因其葡萄糖苷键为β-(1→3)键而得名, 因分子量和分支度等不同而以多种形式存在。β-葡聚糖具有良好的增稠效果和热稳定性(剪切稀化的假塑性流体),且具有降低胆固醇、血脂,增强免疫等生理功能, 使其在食品工业领域具有巨大的应用前景而备受关注。

美国、瑞典、英国和芬兰等国家将β-葡聚糖列为安全食品添加剂, 推荐降低胆固醇和血脂水平的添加量为0.75gβ-葡聚糖/份。β-葡聚糖的来源有香菇和平菇等真菌, 燕麦、青稞、小麦和灰树花等植物以及酵母和芽胞杆菌等微生物。国外市场上的β-葡聚糖制品主要是从谷物、酵母等原料中提取获得。不同来源的β-葡聚糖, 其糖甘键结合方式存在差异(见表1)。

燕麦β-葡聚糖是由β-(1→3)糖甘键和β-(1→4)糖甘键比例为7:3 组成的多糖; 酵母β-葡聚糖是由β-(1→3)糖甘键和β-(1→6)糖甘键比例为85:15 组成的多糖; 香菇多糖也是由β-(1→3)糖苷键和β-(1→6)糖苷键混合连接的多糖。不同来源的同一种糖甘键连接的β-葡聚糖糖苷键的比例存在差异,如燕麦中β-(1→4)糖苷键与β-(1→3)糖苷键的比例为2.1~2.4、大麦中相应糖苷键含量之比为2.8~3.3、黑麦中相应糖苷键含量之比为3.0~3.2、小麦中相应糖苷键含量之比为3.0~3.8。

结构影响性能, β-葡聚糖的高级结构为复杂的网络结构,水溶性β-葡聚糖中β-(1→3)糖苷键与β-(1→4)糖苷键含量之比为1:2.5~1:2.6,而非水溶性β-葡聚糖中相应糖苷键含量之比为1:4.2。结构是功能的基础,β-葡聚糖的结构会直接影响到分子的形状、分子质量、黏性以及它的生理功能。生物活性的大小随多糖的精细结构和构象不同而变化。不同来源的β-葡聚糖的分子量、分支度、空间几何构象之间的区别,目前没有较为系统的结论。

制备[1]

β-葡聚糖是谷物胚乳和糊粉层细胞壁的一种非淀粉多糖,在不同谷物中含量不等,大麦3%~11%,燕麦3.2%~6.8%,黑麦 1%~2%,小麦<1%。β-葡聚糖的提取方法主要有水提法、碱提法和酸提法等。

酸、碱提取法会破坏β-葡聚糖的粘度性能,热水提取法能获得更高提取率的水溶性β-葡聚糖,碱浸提法提取的β-葡聚糖的产率和分子量比加淀粉酶或木聚糖酶热水提取的大,所以,碱和热水提取法是比较好的2 种方法。β-葡聚糖的提取率受品种、环境和提取方法等方面的影响。

提取β-葡聚糖时,一般先用乙醇灭部分内源酶及除去小分子游离糖、蛋白质和一些非极性化合物;然后用热稳定性的α-淀粉酶处理降解淀粉; 再用水、碱或酸进行提取,浓缩,最后加入乙醇、丙酮或硫酸铵等提取β-葡聚糖。Ahmad 等用80%乙醇灭酶,用NaOH 和柠檬酸去除杂质,然后用 80%乙醇沉淀多糖,离心分离真空干燥获得β-葡聚糖; Tina 等利用热水提取结合耐高温α-淀粉酶能获得高达 76%的高分子量β-葡聚糖; 申瑞玲等采用乙醇-酶和热水二步提取燕麦 β-葡聚糖; Benito-Román 等采用加压热水提取105 min 就可以把几乎100%的初始β-葡聚糖提取出来。

另外,超声波辅助可以提高水提 β-葡聚糖的产量,但是β-葡聚糖的性能与超声波萃取条件相关,比如超声时间延长会提高萃取效率,但会降低粘度系数,所以需要优化超声波辅助条件。Cao等在水热提取前先用 60%乙醇和1.5%酶对灵芝进行预处理,优化条件后,β-葡聚糖的提取率达到 0.412 mg/g。

药理作用[1]

1 降低胆固醇功能

β-葡聚糖对降低血液中总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇水平、升高血液中游离脂肪酸水平和调节脂代谢紊乱,使血液中甘油三脂的水平恢复正常有重要作用,不同剂量和分子量的β-葡聚糖对小鼠血脂和游离脂肪酸影响有差异。Wolever 等发现高、中、低3 种不同分子量的燕麦β-葡聚糖对降低血清中低密度脂蛋白胆固醇的能力不一样,但治疗效果没有受到年龄、性别、研究中心和低密度脂蛋白胆固醇水平等的影响。

2004 年经美国 FDA(Food and Drug Administration)批准,可在大麦和燕麦 β-葡聚糖制品上贴上“每份摄取 0.75 g 大麦(燕麦)β-葡聚糖能明显降低血中 LDL-胆固醇及减少患冠心病危险性”。杜杰等揭示了燕麦 β-葡聚糖与有氧运动相结合降低胆固醇的作用机制,主要是通过调节胆固醇合成限速酶CYP51,胆汁酸合成CYP7A1,胆汁酸转运酶ABCB11,胆固醇转运酶 ABCG5、LDLR 等活性,促进肝脏中胆固醇转化成胆汁酸, 增加粪便中脂质物质的排出量,从而使得更多的血浆胆固醇流入肝脏,达到降低血浆胆固醇的水平。

2 调节机体免疫功能

β-葡聚糖是一种免疫激活剂,具有免疫功能:

(1)能激活机体免疫细胞群如 T 细胞的活性和巨噬细胞的吞噬作用;

(2)促进白细胞增殖;

(3)刺激抗肿瘤和抗菌活性等;

(4)受体主要表达在单核/巨噬细胞和中性粒细胞的表面。β-葡聚糖能通过调控与免疫细胞相关的基因的表达水平恢复接受化疗的小鼠的免疫力,对人类免疫系统和癌细胞具有治疗效果。

3 调节血糖功能

β-葡聚糖调节控制血糖的机制有3种:

(1)粘度高, 能延缓肠道对碳水化合物吸收,使外源性血糖降低;

(2)β-葡聚糖通过保护胰岛β细胞, 修复其病变改善其功能特性使胰岛素得以保持稳定的分泌达到调节血糖的目的;

(3)通过调节并激活 PI3K 胰岛素信号通路改善胰岛素抵抗的状况。

β-葡聚糖能提高鼠 L6 肌肉细胞的葡萄糖转运,显著降低糖尿病给药组老鼠的血糖值,含4g 燕麦β-葡聚糖的牛奶什锦早餐可以显著降低餐后血糖值,提高胰岛素水平。

主要参考资料

[1]郑梅霞,朱育菁,刘波,高宪枫,陈峥.β-葡聚糖及其在食品工业中的研究进展[J].食品安全质量检测学报,2018,9(16):4333-4342.

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