新型保健食品添加劑——β-葡聚糖的研究進展

郭永，陳姍姍

（黃河水利職業技術學院，河南 開封 475003）

新型保健食品添加劑
——β-葡聚糖的研究進展

郭永，陳姍姍

（黃河水利職業技術學院，河南 開封 475003）

綜述近年來國內外在β-葡聚糖領域的研究內容和成果，包括β-葡聚糖的分子結構和功能性、制備以及含量的測定，并對β-葡聚糖作為新型保健食品添加劑的應用進行展望。

β-葡聚糖；分子結構；保健食品添加劑

多糖是由多個單糖分子通過糖苷鍵連接而成，是一類分子結構復雜且龐大的高分子化合物，它在高等植物、動物細胞膜及微生物細胞壁中廣泛存在，是生命有機體不可缺少的組成部分。自20世紀60年代以來，人們逐漸發現了多糖具有許多生物活性，而且多無毒，在國際上引起了日益廣泛的重視，對糖及糖復合物的研究已逐漸成為生物學研究領域中新的熱點，一些發達國家尤為重視。其中β-葡聚糖因具有增強免疫活力、抗腫瘤活性、降低膽固醇和血脂等多種生理功能以及在食品的生產中作為脂肪替代物而成為國際食品領域研究與開發的熱點[1-2]。

1 β-葡聚糖的結構和功能性研究

在自然界中D-葡聚糖是最為常見的多糖鏈，是由葡萄糖單體聚合而成的一類高分子多糖，D-葡聚糖分為a-型和β-型，淀粉等是a-型葡聚糖，是機體能量的主要來源，不具備免疫等其他生物活性；β-型葡聚糖主要是由 β－（1，3）、β－（1，4）、β－（1，6） 等葡聚糖組成。大量研究結果表明，D-葡聚糖的生物活性與其分子量、溶解度、黏度、支化度、鏈構象及結晶度有關。其中β-葡聚糖具有多種不同的構象，一重和三重螺旋是其存在的主要高級結構形式，另外β-葡聚糖能依據相對分子質量、分子間氫鍵的不同而形成不同的高級結構。而多數具有突出生物學活性的葡聚多糖都以β-（1，3）糖苷鍵連接[3]，其它具有生物學活性的多糖也多是β-構型，但β-構型與多糖生物學活性的具體作用機制仍不詳。至今已發現大多數具有抗腫瘤活性的多糖都具有β-（1，3）-D葡聚糖的主鏈結構[4]。試驗結果證明，以單螺旋和三螺旋構象存在的β-（1，3）-D葡聚糖最具有生理活性。葡聚糖到底以何種構象存在，這與當時所處的溶液環境，葡聚糖與溶液間的相互作用以及所采用處理方式有關。但同樣具有β-（1，3）-D葡聚糖主鏈結構的茯苓多糖和海帶多糖幾乎沒有抑瘤活性，這表明主鏈結構并不是多糖抗腫瘤活性的最基本原因[5]。分子量過大或過小，多糖活性都不高，一般中等分子量的多糖活性最高；衍生化后提高多糖的溶解度在一定程度和條件下可以提高多糖的藥理活性，如不溶于水的β-葡聚糖經過部分羧甲基化后，水溶性提高，其抗腫瘤的能力也相應提高，此外，多糖中乙酞基的數量和位置對多糖的活性影響也很大。一般而言，具有少量分支度（小于3%），分子量適中并且在水中溶解度較高的多糖具有較高的抑瘤活性[4]。目前臨床應用的β-葡聚糖的種類和結構如表1[6]。

表-1 臨床應用的β-葡聚糖種類Table 1 Types of β-glucan for clinical application

醫學研究已證實β-葡聚糖具有免疫調節、抗腫瘤、抗炎、抗病毒、抗氧化、抗輻射、降血糖、降血脂、保肝等多種生物活性和功能，成為藥理學尤其是免疫藥理學研究的熱點，國內外對β-葡聚糖的研究發展迅速，相關的研究論文不斷見諸報道。其中來自酵母、食用菌、燕麥中的β-葡聚糖提取及制備研究最為深入。

2 β-葡聚糖的制備

2.1 香菇β-葡聚糖的制備

多糖的提取可以采用熱水、稀酸、稀堿作為浸提劑。在提取過程中，不僅要考慮到粗多糖的得率，還要保證不破壞多糖的結構。由于酸對多糖的糖苷鍵有破壞作用，故一般采用熱水和稀堿作為浸提劑。香菇多糖的熱水浸提溫度一般為90℃～100℃，浸提時間1 h～3h，浸提次數為2次～3次，合并浸提液，離心，收集上清液，減壓濃縮到適當體積，加入一定量的乙醇靜置過夜，離心，收集沉淀物，干燥得粗多糖。堿浸提通常采用NaOH作為浸提液，濃度為0.1 mol/L～1 mol/L。為了提高香菇多糖的提取率，減少能源消耗，縮短提取時間，研究者們嘗試了一些其它的提取方法。張海容等以香菇多糖為研究對象，對微波法及熱水浸提法進行了比較，發現微波法的提取率高于傳統熱水法，且提取時間可以縮短100倍[7]。念保義等用超聲波輔助熱水法從香菇中浸提香菇多糖，不僅可以縮短提取時間，減小料液比，而且提高了提取率，降低了生產成本[8]。董彩霞利用纖維素酶作用于香菇細胞的細胞壁，使之破裂，多糖易從細胞內釋放出來，以提高多糖的提取率[9]。也有研究先采用中性蛋白酶處理香菇粗粉，蛋白酶將與多糖結合的蛋白質酶解，使多糖釋放出來，此法與傳統工藝相比，提取率提高了40%以上，多糖中雜蛋白的含量降低了50%，在提高產率的同時增加了多糖的純度[10]。

傳統的熱水浸提法雖然是提取多糖的經典方法，但時間長、效率低、能耗大，而利用微波輔助法、超聲波輔助法、復合酶解法等方法可以提高提取率、減少能源消耗、縮短提取時間，但對香菇多糖的結構及生物活性是否有破壞，仍有待進一步的探討。因此，探索更為高效、經濟、可靠的提取方法對香菇多糖的研究開發具有現實意義。

2.2 靈芝 β-葡聚糖的制備

在靈芝多糖的提取研究中，為提高靈芝多糖的含量，研究者們對最佳工藝進行了探討。王新等報道了水提法提取靈芝多糖的最佳工藝為液料初始溫度80℃，液料比50 mL/g，提取時間為180 r/min，提取率2.6%。在傳統的方法中，β-葡聚糖的提取顯然有很大的提高，但為了得到更高的提取率他們嘗試了脈沖超聲輔助提取法。結果顯示，脈沖超聲輔助法比水提法的最佳工藝的提取率提高了26.02%，提取時間縮短了50%[11]。鄭靜等比較了超聲波法和超聲波酶法在提取靈芝多糖中的效果，試驗過程顯示，超聲波酶法具有水解效率高、條件溫和等優點，雖然產率相對稍低，卻有很大的提高潛力，微波輔助與酶法的結合將是今后的研究方向[12]。徐格非等也報道了微波輔助提取法的最佳工藝，無論是提取率還是多糖含量都是傳統方法無法達到的[13]。杜冰等采用超高壓技術提取靈芝孢子粉多糖,通用正交試驗法，以多糖得率為指標，考察料液比、溫度、壓力、保壓時間等因素對多糖提取的影響，并與水浸提法比較.超高壓提取靈芝多糖最優工藝條件為壓力為 400 MPa，溫度為 50℃,固（g）液（mL）比1:40，保壓時間應低于6 min；提取得率為2.762%，高出水浸提提取率37.1%，超高壓提取具有得率高,提取溫度低,提取時間短、節能等優點,為靈芝多糖的提取提供了一種新技術[14]。這說明，單一方法將可能被兩項或多項聯合法所取代。對其他食用菌多糖的制備研究有姬松茸、云芝、茯苓等，但多遵循香菇和靈芝的制備方法。

2.3 燕麥 β-葡聚糖的制備

目前，對燕麥β-葡聚糖的制備主要有物理法和化學法。

物理法：β-葡聚糖分布在燕麥子粒的糊粉層和亞糊粉層，因此可以利用現代加工技術使燕麥胚乳與種皮分離，從而使β-葡聚糖在麩皮中得到富集。Knuckles等先將大麥和燕麥在85℃干燥20 h以鈍化內源β－葡聚糖酶，然后干磨過篩（325目）數次，再將麥熬反復粉碎過篩（100目），最后得到含28%左右的總β-葡聚糖大麥和含31%左右總β-葡聚糖的燕麥制品，其中可溶性β-葡聚糖占總β-葡聚糖55%左右，這樣得到制品中β-葡聚糖含量比原料中高2.4倍～4.9倍[15]。除研磨篩分外，通過擠壓膨化技術、空氣分級技術等現代加工技術，同樣可以富集β-葡聚糖，并且還可以同時改善β-葡聚糖的水溶性[16]。

化學法：β-葡聚糖的提取主要有水提法、堿提法和酸提法3種。一般提取時，首先將原料磨粉過篩，用85℃高溫或體積分數為70%～80%的乙醇回流來滅內源酶（以β－葡聚糖酶為目標），其目的是為了除去游離糖、小分子蛋白和一些非極性化合物，然后用水、稀堿或酸在不同條件下提取，提取物濃縮后用乙醇、丙酮和硫酸銨等沉淀多糖，可反復多次離心沉淀，以除去部分水溶性色素等雜質[17]。結合蛋白用Sevage法、三氟三氮乙烷法和三氯乙酸等電點法等去除；色素常用離子交換法、氧化法、金屬絡合物法、吸附法(纖維素、硅藻土、高嶺土、活性炭等)除去;對多糖混合物則根據分子大小和形狀分級（如超濾、分子篩、層析等），也可根據分子所帶基團的性質用電泳和離子交換層析來分離。

2.4 酵母β-葡聚糖的制備

β-葡聚糖是構成酵母細胞壁的主要成分，由β-（1，3）－葡聚糖和 β－（1，6）－葡聚糖組成，兩者比例為85:15。前人制備酵母 β－（1，3）－葡聚糖的方法主要有酸法、堿法、酸堿綜合法及酶-堿法提取等。提取方法的特點是快速、高效，但提取條件較劇烈，酸堿試劑易腐蝕設備、污染環境嚴重，尤其是在提取過程中會造成部分β－（1，3）－葡聚糖的降解，使產品得率與生物活性降低。目前提取技術有新的提高，采用現代酶工程下游技術，通過酵母自溶、酶解、堿提取三步法的工藝流程提取高純度的葡聚糖，避免了以往方法的局限性同時提高了產品的得率和純度，得到的β－（1，3）－葡聚糖產品分子鏈完整，分子量高[18]。

多糖的分離純化是進一步研究多糖的必要步驟，常用的純化方法有：沉淀法、柱層析法、制備性高效液相法、制備性區域電泳法、超濾法等。

3 β-葡聚糖含量的測定

研究β-葡聚糖的基礎是對其定量測定方法的確定。國外很早就開始嘗試β-葡聚糖各種定量測定方法，主要有以下4種。

3.1 酶法

Anderson采用特定的β-葡聚糖內切酶得到寡糖，經酸解后采用葡萄糖氧化酶、過氧化酶試劑測定葡萄糖含量。McCleary等在酶法的基礎上使用β-葡聚糖酶和β-葡聚糖苷酶將β-葡聚糖降解為葡萄糖，而后用葡萄糖氧化酶法測定葡萄糖含量，并計算β-葡聚糖含量[19]。由于酶的純度不高往往會導致測定結果產生較大誤差，而高純度的專一性β-葡聚糖水解酶的價格又極其昂貴，在很大程度上限制了該方法的使用。

3.2 熒光法

熒光物質（calcofluor）可與β－葡聚糖專一性結合形成復合物，引起熒光譜散發強度變化與β-葡聚糖含量呈一定的線性關系。Wood利用此法測定燕麥β-葡聚糖含量[20]；汪海波對FIA法進行了改進，利用熒光光度計測定了燕麥中的β-葡聚糖含量[21]。但由于calcofluor自身熒光強度及其與β-葡聚糖分子結合形成的結合產物的熒光強度在光線照射條件下均不穩定，隨光照時間的增加而迅速下降，因此在一定程度上也限制了這種方法的使用。

3.3 層析法

利用高效液相層析法（HPLC）測定β－葡聚糖含量，效果較好。原理是用內（1－3）（1－4）－ β-D-葡萄糖水解酶對葡萄糖專一性水解，生成寡糖，后者在C18柱中分離，以水作為流動相和折射率檢測，最后用反相高效液相層析定量檢測。

3.4 剛果紅法

剛果紅與β-葡聚糖的結合具有高度專一性。在一定條件下，剛果紅與β-葡聚糖形成有色物質，反應液吸收光度的變化與β-葡聚糖含量呈正比，此法操作簡單，使用性很強。

4 結論

近幾十年來，國內外相關科技人員對多糖的分離、純化、結構鑒定及生物活性構效等方面進行了大量的工作，并取得了不少可喜的成果，但同時我們也應當看到一些實驗研究成果與臨床應用還存在一定的距離。一些提取、分離手段還僅局限在實驗室，不能用于工業生產。由于糖分子本身的復雜性和糖鏈功能和調控的復雜性以及缺少研究糖類分子的有效工具，糖生物學研究還處在初步發展階段。雖然市場上已出現諸多β-葡聚糖的成品，但對于β-葡聚糖的作用機理、活性大小與結構和構象之間的關系了解還是十分有限。多大分子量、多少分支度、何種空間幾何構象的β-葡聚糖才最具有生物活性，對β-葡聚糖進行怎樣的化學處理（羧甲級化、磺化、甲基化等），使之具有水溶性而又不失活性，以更加適應于人類吸收系統的吸收。所有的這些都有待科技工作者們進一步的研究和探索。

5 β-葡聚糖在食品工業中的應用與展望

由于β-葡聚糖具有很高的黏性、持水性、乳化穩定性等性能，在食品工業中常作為增稠劑、持水劑、黏結劑及乳化穩定劑應用于調味料、甜點等食品。由于β-葡聚糖在人的消化器官中難以被消化，可以作為非卡路里食品添加劑，提供脂肪樣口感，王淼等的研究表明，用β-葡聚糖在肉制品中替代脂肪，它既可提供低脂肉制品滑潤、豐厚的口感，又能改善低脂肉制品的脆度、硬度、膠黏性、咀嚼性等質構以及總的可接受性[2]。另外，β-葡聚糖是無熱能的，且能強化纖維素阻止脂類吸收的效力，促進膽固醇排除，增加腸道蠕動，在食品中既可以作為膳食纖維來發揮作用，又是一種優質保健食品添加劑。

隨著人們的生活水平不斷提高，消費者對自身的健康日益關注，對保健品的需求激增。β-葡聚糖因具有增強免疫活力、抗腫瘤活性、降低膽固醇和血脂等多種生理功能且功效明顯，國內外以其為主要成分以提高人體免疫力的保健食品開發勢頭強勁，而且主要以酵母葡聚糖為主，國際上生產葡聚糖的國家主要是在歐洲，在美國口服的酵母葡聚糖膠囊產品，一瓶60粒膠囊約含30 g高純度酵母葡聚糖，價格約為50美元，國內也有酵母葡聚糖產品銷售。其他有靈芝、香菇多糖口服液，深受消費者歡迎。

以上研究顯示，β-葡聚糖作為第3代保健食品功能因子的基料之一，隨著分離，純化技術的不斷創新，構效關系的不斷深入，制備工藝的改進，β-葡聚糖糖在食品工業中的應用領域將越來越廣泛。

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New Health Food Additive-Research Progress on β-Glucan

GUO Yong，CHEN Shan-shan
（Yellow River Conservancy Technical Institute，Kaifeng 475003，Henan，China）

The recent research progress on β-glucan such as the moleculer structure,physiological functions,preparation and determination of β-glucan have been reviewed,and as a new health food additive the application tendency on β-glucan has been anticipated as well.

β-glucan;moleculer structure;health food additive

郭永（1974—），男（漢），講師，碩士，主要從事功能性食品研究和開發工作。

2010-08-30