葡聚糖的研究进展

ß-葡聚糖的研究进展
燕麦β－葡聚糖是一种存在于大燕麦皮中的天然非淀粉类水溶性植物糖，其基本结构是由D葡萄糖以β14，β1-3糖苷键连接而成的线性多糖，这两种糖苷键的比例大致为7：3。

燕麦β－葡聚糖是一种水溶性膳食纤维，因其具有的黏性阻碍淀粉、蛋白质等物质的消化和吸收，并可增殖消化道有益菌，所以可对人体具有一些极为有利的生理功能：具有显著的降血脂、降血糖及提高免疫能力，维持肠道微生态环境等。

作为化妆品的有效成分，可以提高皮肤抗过敏能力，激活免疫功能，延缓皮肤衰老。

燕麦水溶性膳食纤维和燕麦葡聚糖，可有效降低餐后血糖浓度和胰岛素水平，降低胆固醇和预防心血管疾病.燕麦纤维食品易被人体吸收，并且因含热量很低，既有利于减肥，又适合心脏病,高血压和糖尿病患者食疗的需要。

降低胆固醇
早在多年，科学家就发现β一葡聚糖能够减少肠胃吸收脂肪酸的速率,降低人体胆固醇的合成.随着β一葡聚糖研究的日趋成熟，学者们先后在动物及人体实验水平上进行了大量的实验,证实了β一葡聚糖在降低胆固醇和低密度脂蛋白方面具有特异的生理功能.科学家发现β一葡聚糖对胆固醇的影响主要在于能显著降低血浆中总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇,而对高密度脂蛋白没有明显影响。

燕麦葡聚糖对高血脂人群有明显的降低胆固醇的作用。

降血糖
每天食用葡聚糖燕麦食品后，患者血糖水平可降低约50%，使用燕麦食品有显著降低血糖作用燕麦汗葡聚糖可通过降低血脂含量，改善血液流动性能,加快糖类成分在吸收利用过程中的转运速度和效率，同时对糖尿病所并发的肝肾组织病变有良好的修复作用，并且可有效降低肝糖原的分解，从而导致血糖降低。

抗癌作用
燕麦葡聚糖在肠道发酵产生的短链脂肪酸,能够降低葡萄糖苷酶,葡萄糖醛酸酶和脉酶等微生物代谢酶的活性；粘性的β一葡聚糖,还能增加肠道内次级胆酸的排出,这些酶及次级胆酸是结肠癌的诱发因子,因而燕麦葡聚糖具有抗癌作用.
改善肠道
燕麦葡聚糖在小肠中不能水解,而在大肠中降解并作为细菌发酵的底物,发酵产生短链脂肪酸,特别是丁酸,有益于肠道功能.燕麦β一葡聚糖能使小鼠肠道和粪便中双歧杆菌和
乳酸杆菌增值,而使大肠杆菌的数量减少，因此燕麦葡聚糖还具有改善肠道功能,促进肠道有益菌的增值.
作用机理：
燕麦β-葡聚糖可以刺激巨噬细胞，激活免疫系统，产生促进伤口愈合的细胞因子，保护细胞；长时间的高效保湿效果；显著的抗衰老功能，减少皮肤皱，提高皮肤弹性，改善皮肤纹理；增强对皮肤保护，提高皮肤抵抗刺激的能力；促进成纤维细胞合成胶原蛋白，促进伤口愈合，修复受损肌肤；抗过敏作用，消除皮肤炎症和组织水肿；加速皮肤的晒后修复，提高受损细胞的免疫能力；进胶原蛋白的合成和皮肤细胞的分裂增殖；强效保湿能力，提高肌肤细胞的滋润度，令皮肤光泽细腻富有弹性；
一、ß-葡聚糖的性质
1、ß-葡聚糖的结构
ß-葡聚糖是一种天然提取的多糖，分子量大约在6500以上，大多数为水不溶性或胶质的颗粒，易溶于水，溶解度大于70%，10%水溶液的pH值为2.5-7.0，无特殊气味。

在自然环境中可以找到相当多种类的ß-葡聚糖，通常存在于特殊种类的细菌、酵母菌、真菌（灵芝）的细胞壁中，也可存在于高等植物种子的包被中。

ß-葡聚糖不同于一般常见糖类（如淀粉、肝糖、糊精等），最主要的差别在于键连接方式不同，一般糖类以α-1，4-糖苷键结合而成为线形分子，而ß-葡聚糖以β-1，3-糖苷键为主体，且含有一些β-1，6-糖苷键的支链。

ß-葡聚糖因其特殊的键连接方式和分子内氢键的存在，造成螺旋形的分子结构，这种独特的构形很容易被免疫系统接受。

β-葡聚糖属于植物细胞壁中的结构性非淀粉多糖，是以混合的（1，3），（1，4）-β-糖苷键连接形成的D型葡萄糖聚合物。

β-葡聚糖分水溶性和非水溶性两种，但是水溶性占大多数。

β-葡聚糖的溶解性受结构中β-（1，3）-糖苷键的含量和聚合度的影响。

水溶性β-葡聚糖中（1，3）糖苷键与（1，4）糖苷键含量之比为1：（2.5~2.6），而非水溶性β-葡聚糖中相应糖苷键含量之比为1：4.2。

水溶性β-葡聚糖中约90%由β-（1，3）-糖苷键随机连接起来的纤维三糖和纤维四糖构成，剩余的10%由β-（1，3）-糖苷键连接的10个或10个以上β-（1，4）-糖苷键组成。

在40℃或65℃条件下提取的水溶性
β-葡聚糖分子量和粘度都较高，但二者在精细结构上却存在着差异。

65℃下的提取物分子中由纤维三糖或纤维四糖连接构成的部分较少。

分子量也比40℃条件下的提取物低些。

2、ß-葡聚糖的功能
早在上世纪80年代末，美国科学家发现大麦特别是裸大麦(青稞)中的β-葡聚糖具有降血脂、降胆固醇和预防心血管疾病的作用，后来，β-葡聚糖的调节血糖、提高免疫力、抗肿瘤的作用陆续被发现，引起了全世界的广泛关注。

目前，生物医学界普遍认为β-葡聚糖具有清肠、降低胆固醇、调节血糖、提高免疫力等四大生理作用。

Degret在1963年对燕麦的研究表明，燕麦中特别是在燕麦麸皮中可溶性纤维含量较高，其有效成分除和其他食用纤维一样具有通便作用以外，还能够降低人体胆固醇的合成。

由于β-葡聚糖和水混合后具有粘性，食用后降低了肠胃道吸收脂肪的速率。

据报道，β-葡聚糖能够降低造成心血管疾病的低密度脂蛋白，保持和提高防止动脉粥样硬化的高密度脂蛋白的含量。

一种名为washonupana的蜡质大麦能引起胆固醇含量和低密度脂蛋白的减少。

葡聚糖还具有低热值，抗龋齿功能。

龋齿的形成实际上是口腔食物经唾液酶降解后，其分解物沉积在牙齿上，这些物质大部分为胶质物，由于这些物质营养比较丰富，很容易被口腔中的微生物利用，特别是一些产酸微生物，这些微生物的分泌物会对牙齿产生不同程度的腐蚀，久而久之牙齿会变的脆弱，而小麦麸皮制备的低聚糖属于难消化糖，口腔中的微生物不能利用这种糖源，因此具有抗龋齿功能；
二、ß-葡聚糖的提取方法及含量测定方法
1、β-葡聚糖的提取方法
（1）常规分离法：多糖多具有热水溶性，一般可用热水提取，并减少脂溶性物质溶出，对细胞多糖直接提取率不高，多采用两种处理方法：酶解或弱碱溶解以破坏细胞壁，增加多糖的溶出。

（2）膜分离纯化多糖：膜分离是近年来发展起来的超过滤技术，它不需加热和化学物质处理，不仅节约能源、无环境污染，且保留生物活性成分的高效价，因而得到广泛的应用。

目前所用超滤膜是高分子材料制成，较多为纤维素膜和聚砜膜。

可截留不同分子量的β-葡聚糖。

2、β-葡聚糖含量的测定方法：
（1）粘度法：其原理是大麦抽提液的粘度主要由β-葡聚糖产。

这种方法可靠性较差，因不同来源的β-葡聚糖的分子量不同；而在葡聚糖含量相同时，分子量较大者产生的粘度较大，这样β-葡聚糖粘性的大小并不完全取决于其含量，也取决于分子量大小等，另外，抽提条件对其粘度有明显的影响。

（2）沉淀法：其原理是利用特定的盐或有机溶剂沉淀抽提液中的β-葡聚糖。

该方法的局限性在于抽提不能完全排除其它物质的干扰。

在高温下抽提时，抽提液中含有其它成分如淀粉等，因而干扰测定的结果。

（3）荧光法：主要是利用荧光物质可与β-葡聚糖特异性结合，而与其它多糖如纤维素、戊聚糖的亲和力很弱这一特性进行测定。

Wood等利用此法测定了燕麦的β-葡聚糖含量。

Sendry等则利用改进的Calcoflour-FIA法测定了啤酒和麦芽汁的β-葡聚糖含量。

由于此法操作简单，可进行大批量的样品测定，因此有较好的实际应用价值。

三、ß-葡聚糖的研究国内外现状
β-吡喃葡萄糖是构成β-葡聚糖的基本结构单位。

这与纤维素相似，所不同的是β-葡聚糖的结构中含有β(1→3)和β(1→4)两种糖苷键。

β-葡聚糖中β(1→3)和β(1→4)键的排布无一定的规则，而对某一种来源的β-葡聚糖来说，其β(1→3)与β(1→4)的比例是较为恒定的。

Parrish等用纤维素酶(Cellulase EC3214)或地衣多糖酶(Lichenase EC3217)对具有混合键β-葡聚糖进行选择性水解，证实β-葡聚糖是由两种主要成分组成：一是含1个β-1,3键和3个β-1,4键的五糖单位；另一种是含1个β-1,3键和2个β-1,4键的四糖单位。

因而推断出β-葡聚糖可能是由纤维三糖和纤维四糖β-1,3键连接而成的高聚物但Wood等(1991)用甲基化分析发现，β-葡聚糖中有少量较长的β(1→4)键存在。

Edney等(1991)则发现不同品种大麦的葡聚糖结构有所不同，但均无连续的β(1→3)键存在。

大麦β-葡聚糖的理化特征与其结构密切相关。

由于β(1→3)和β(1→4)混合键的存在，影响分子内的联系，使其内部结构较为松散，就使大麦β-葡聚糖部分溶于水，产生较高的粘性。

但大麦中有些葡聚糖不溶于水，可能与其含长链β(1→4)键有关。

一般说来，所有的β-葡聚糖均溶于酸和碱，所以要完全地抽提β-葡聚糖多以酸和碱为溶剂。

大麦胚乳中细胞壁主要由β-D-葡聚糖、戊聚糖和蛋白质组成，戊聚糖尽管没有以共价键的形式和β-D-葡聚糖结合，但一些蛋白质却与β-D-葡聚糖化合在一起，β-D-葡聚糖的分子量一般在4×107以上。

大麦胚乳细胞壁中β-葡聚糖是以（1,4）、（1,3）糖苷键存在的寡聚糖，β-（1,3）糖苷键的β-葡聚糖的存在导致了纤维素分子不规则的
排序，使得这些物质在生理、化学特性，包括其水溶性都有一定的差异。

大麦β-葡聚糖结构中1/3或1/4由β-（1,4）糖苷键连接而成的多糖，还结合了单个β-（1,3）糖苷键多糖。

β-葡聚糖的水溶性很高，并且在相应的酸溶液中粘性较大。

大麦胚乳细胞壁中约70%是由β-葡聚糖组成，剩余的物质主要是阿拉伯木糖、纤维素、蛋白质、甘露聚糖等。

多数栽培大麦中β-葡聚糖、厚壁细胞、粘性以及其他物质（如蛋白质）可能结合的总量和溶解的程度变化范围较大。

当大麦籽粒制作的麦芽用于酿造啤酒时，β-葡聚糖不仅影响麦芽汁的过滤速度，降低固形物的浸出量，还会因胶凝沉淀作用而降低啤酒的品质。

当大麦籽粒用作饲料时，β-葡聚糖会增加非反刍畜禽的肠液粘度，从而降低饲用价值。

但是，由于可溶性β-葡聚糖可参于人体内血清中的葡萄糖水平调节，降低胆固醇和低密度脂蛋白的含量，对人类而言，是一种天然的极具发展潜力的保健食品的功能因子。

大麦中β-葡聚糖含量高(4%～10%)，是不利于啤酒酿造的重要原因，也是大麦作为饲料的抗营养因子之一。

四、ß-葡聚糖的市场开发前景
β-葡聚糖在酵母、灵芝、蘑菇、谷物等多种作物生物体中均存在。

国外谷物β-葡聚糖的提取主要以燕麦为主，但大麦β-葡聚糖比燕麦β-葡聚糖在降血脂、调节血糖方面更为理想。

裸大麦(青稞)比燕麦产量高出1倍多，燕麦一公顷产量在1-2吨，而青稞一公顷产量则达到4-5吨。

因此，青稞β-葡聚糖的提取和开发利用价值比燕麦更大。

我国科学家所做的一项研究表明，西藏广泛种植的青稞作物中β－葡聚精平均含量达5.25％，其中“藏青25”的β-葡聚糖含量高达8.62％，是目前世界上含β-葡聚糖最高的麦类作物。

由于β- 葡聚糖具有清肠、调节血糖、降低胆固醇、提高免疫力等四大生理作用，其在医药、食品、护肤等方面有广泛应用，市场开发前景广阔。

据了解，国内唯一一家进行β－葡聚糖原料大麦育种的西藏农牧科学院，与浙江大学生命科学院进行了青稞提取β－葡聚糖的中试，结果证明了西藏青稞提取β－葡聚糖可以进行规模生产。

确立了项目整体开发方案，计划投资上亿元建立专用青稞原料生产基地、产业化技术研究基地和食药品综合示范加工基地，计划完成10项专项技术研发，并已试制开发了“青稞降脂胶囊”、“青稞茶”、“青稞饼干”等新产品。

因此积极开展麦麸产品的深加工利用，进行β-葡聚糖提取和研究，有着重大的现实意义和良好的应用前景。