水溶性酵母葡聚糖的制备及应用研究进展

水溶性酵母葡聚糖的制备及应用研究进展

摘要:啤酒酵母葡聚糖是一类免疫多糖,参与生物细胞的多种生命调节,可激活免疫细胞,调节机体免疫力,具抗菌消炎、抗病毒、抗肿瘤等功能,且毒副作用低,被称为生物效应应答剂。近年来,越来越多的学者开始研究和开发酵母葡聚糖。论文对酵母葡聚糖的结构、提取方法、结构修饰和应用进行了简述,对提取方法和结构修饰中的各种方法进行了综合比较和分析;并重点介绍了提高酵母葡聚糖的水溶性的方法及相对应的鉴定方法,这将为酵母葡聚糖的开发利用奠定一定的理论基础。除此之外,论文还对酵母葡聚糖的进一步开发利用进行了展望。

关键字:酵母葡聚糖;提取方法;分子修饰;鉴定

啤酒酵母葡聚糖是从啤酒酵母细胞壁中提取的

一种葡萄糖聚合物,因为它具有增强免疫功能的能

力,被誉为是生物效应应答剂[1]。研究表明,啤酒酵

母葡聚糖对哺乳动物的特异性和非特异性免疫功能

均有刺激作用[2],可以促进巨噬细胞对多种病原,如

细菌、病毒、真菌和寄生虫等的免疫反应,进而提高

机体免疫系统对病原体侵入的抵抗力。但由于酵母

葡聚糖难溶于水和纯度低等原因,限制了它作为药

物在生产中的应用,因此开发和利用水溶性酵母葡

聚糖,具有广阔的应用前景和市场开发潜力。

1 酵母细胞壁的结构

啤酒酵母细胞壁占细胞干重的20%~30%,酵

母细胞壁由29%~64%的B葡聚糖、31%的甘露聚

糖、13%的蛋白质、9%的脂类和1%~2%几丁质组

成[3]。葡聚糖是酵母细细胞壁最重要的结构成分之

一,其主要包括碱溶性和碱不溶性两种,其中以碱不

溶性B-1,3-葡聚糖占绝大多数。酵母碱不溶性B1,

3-葡聚糖是一种活性多糖,制备酵母B-葡聚糖即提

取碱不溶性B-1,3-葡聚糖。目前,其结构研究得较

为清楚,大部分是由D-葡萄糖通过B-1,3-键的方式

相结合的聚合物,也有小部分以高度分支的B-1,6-

键结合的葡聚糖[4]。B-1,3-葡聚糖生物活性主要由

连接方式、分子大小和构象所决定,高分子的B-1,3-

葡聚糖具有独特的分子结构,它通常以三股螺旋的

构象存在,这种三股螺旋结构对其免疫调节活性起

至关重要的作用。酵母细胞壁中碱不溶性多糖

80%以上是B-1,3-D-葡聚糖,其分子质量大约为

240 ku,具有很强的免疫活性[5]。

2 酵母葡聚糖的提取

目前国内外提取酵母B-1,3-D-葡聚糖的方法主

要有酸法、碱法和酸碱综合法等。

2.1 酸法提取

酸法提取是最早采用的酵母B-1,3-葡聚糖提取

方法。一般用不同浓度的醋酸在50e~90e温度

条件下处理3 h~6 h,离心后沉淀脱水,干燥即得成

品。早期国内外学者对此法进行了较多的研究,黄

丹等[6]、黄刚良[7]对此提取方法进行了研究,结果表

明,此法虽然产品得率高,但纯度低,产品中蛋白质

和甘露聚糖含量高,需要进一步纯化。由于这些原

因使其应用受到一定程度的限制,近年来国外对此

提取方法的报道很少。但若对成品B-1,3-葡聚糖的

纯度要求不高,如作为饲料添加剂使用,其不失为一

种经济有效的提取方法[8]。

2.2 碱法提取

李卫旗等[9]用碱法提取酵母B-1,3-葡聚糖。用

不同浓度的NaOH高温处理3 h~6 h,离心后沉淀

脱水,干燥即得成品。廖鲜艳等[10]对此法进行了改

进,采用二步碱处理方法进行提取,降低了碱处理时

NaOH溶液浓度,并提高了产品的纯度。万婕等[11]

进一步改进提取工艺,在碱处理后离心,沉淀用蒸馏水悬浮,再用盐酸调节pH至4.5,离心、水洗、脱水、

干燥。由于采用了酸性溶液洗涤,除去了部分酸溶

性的糖元及B-1,6-D-葡聚糖,因而纯度又有所提高。

碱法提取所得的产品得率稍低,纯度较高,但产品中

还含有少量酸溶性糖元及B-1,6-D-葡聚糖。此法较

适于对提取物纯度要求较高的产品,如食品和医药

用品。

2.3 酶-碱法

Freimund S等[12]采用碱性Savinase蛋白酶来

处理酵母细胞壁制备酵母葡聚糖,得到含量85%以

上的葡聚糖样品。马森等[13]利用木瓜蛋白酶-碱法,

得到了纯度为90.50%,得率为11%的酵母葡聚糖。

酶处理酵母细胞壁后能去除大量蛋白,从而降低后

续碱的浓度和使用量,使得到的酵母葡聚糖产品分

子结构更加完整。由于葡聚糖的分子结构与其生物

活性密切相关,因此,酶法更适合于大规模酵母葡聚

糖的提取纯化。

2.4 其他方法

除上述传统的方法外,一些研究学者还采用其

他方法来制备纯度较高的酵母葡聚糖产品。日本

Ohno N等[14]采用次氯酸钠溶液在室温条件下处理

酵母细胞壁得到的高纯度酵母葡聚糖产品,收率为

20%。此方法虽能得到纯度较高的酵母葡聚糖,但

是强氧化剂对葡聚糖分子结构的影响还有待深入研

究,需考察对其生理活性的影响。

以上方法获得的B-1,3-葡聚糖呈中性,不带电

荷,由于其分子内多羟基的相互作用,形成了致密的

三股螺旋结构,导致B-1,3-葡聚糖不溶于水,只能作

为饲料添加剂通过口服途径来加以利用。当动物采

食含有酵母葡聚糖的饲料后,其特异性和非特异性

免疫功能都得到了增强。但口服途径中会造成一定

的浪费,酵母葡聚糖中的有效成分也会在动物体内

被消化系统消化掉一部分。许第新等[15]将从酵母

细胞壁中获得酵母葡聚糖以腹腔注射方法,用于增

强克氏原螯虾的免疫功能,取得了良好的效果。但

该方法在安全性方面令人担忧。当腹腔内注射酵母

葡聚糖时,不溶或可溶性很差的B-葡聚糖直接注射

进动物体内后,可能导致排斥反应,如发炎、疼痛、微

栓塞、形成肉芽肿等限制了它作为药物的应用。如

果能提高酵母葡聚糖的纯度和水溶性,通过注射等

手段应用于人和动物,来提高其免疫力,对实际应用

更有意义。因此,研究开发水溶性酵母葡聚糖,具有

很好的应用前景和市场开发潜力。

3 酵母葡聚糖的结构修饰及鉴定方法

酵母葡聚糖的结构修饰是提高葡聚糖水溶性的

一种方法。目前提高葡聚糖水溶性的主要有方法

有:物理修饰法,生物修饰法和化学修饰法。

3.1 物理修饰法)))超声波法

物理修饰法主要是在不破坏酵母细胞壁多糖基

本分子结构的基础上,应用外力方式将其主链打断,

使其变为可溶性的小分子,以增加其溶解性。目前

主要使用超声波解聚的方法对酵母葡聚糖进行修饰

改性[16]。张开诚[17]对酸碱法、酶-酸碱法、超声法进行了对比提取试验,结果表明,超声波法提取葡聚糖

工艺简便,成本低廉,收率较高,提取后的废液不含

酸碱,对环境的污染较酸碱法要小,是一种非常有前

途的提取葡聚糖的有效方法。

3.2 生物修饰法)))酶法

酶法水解酵母葡聚糖是通过B-1,3-葡聚糖内切

酶来降低其聚合度,从而得到水溶性葡聚糖。B-1,3-

葡聚糖内切酶能将B-1,3-葡聚糖水解为低聚糖、寡

糖或还原糖。采用B-1,3-葡聚糖酶法增溶,不仅可

通过控制水解度获得一定分子质量的水溶性的B-1,

3-葡聚糖,而且可避免使用化学方法带来的污染及

安全等问题,因此日益受到重视。Kery V等[18]研

究表明,酶法得率较低。段会轲等[19]利用木霉菌株

所产的B-1,3-葡聚糖酶对酵母B-1,3-葡聚糖进行酶

解增溶,得率达到52%。尽管酶的专一性和活性会

对分子质量产生很大影响,其仍具有较好的应用前

景。

3.3 化学修饰法