β-葡聚糖研究进展

ß-葡聚糖的研究进展
程彦伟李魁赵江
一、ß-葡聚糖的性质
1、ß-葡聚糖的结构
ß-葡聚糖（Glucan）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 o C或65 o C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。

65o C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 o C条件下的提取物低些(Woodward等，1988)。

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。

β-葡聚糖还能控制血糖的水平。

一些糖尿病患者食用高燕麦纤维食物后可减轻依赖于胰岛素的治疗。

尽管在一些研究中也提到燕麦中亚油酸及燕麦、大麦中三甘油脂和大麦中的生育三烯酚也具有降脂作用，但在这些因子中，当今的研究重点仍是燕麦，大麦，小麦和其他谷物中的β-葡聚糖。

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；另外由于人体缺乏水解该聚糖的酶系，其能量值很低，又由于其代谢不受胰岛素调节控制，因此该聚糖产品是糖尿病，肥胖病，高血脂等病人的理想糖源。

β-葡聚糖是食用纤维的组成部分。

食用纤维对人体的作用已为广泛地了解。

一个最主要的功能是预防肠癌。

医学上的解释是食用纤维减少肠道黏膜和致癌物质的接触，从而使肠内物质快速通过内脏。

由于结肠内微生物的作用，β-葡聚糖分解生成挥发性脂肪酸，降低了pH值，从而降低了胆酸的脱羟基作用。

这一结果降低了第一级胆酸转换到第二级胆酸，如肿瘤促进剂的脱氧胆酸，起到了抑制一些肿瘤微生物的作用。

早在20世纪40年代，就有Louis博士发现酵母细胞中存在一种活性物质具有免疫刺激作用，但不知是哪种物质。

一直到20世纪60年代，Nichclas博士才发现这种活性物质正是ß-葡聚糖。

20世纪70年代，ß-葡聚糖
开始用于治疗人的疾病。

ß-葡聚糖可以加强巨噬细胞的活性及吞噬能力，起到抗癌的功效。

ß-葡聚糖可以增强高等哺乳动物血浆内补体系统的溶菌功能，还可以促进细胞毒性D细胞的分化，以及促进由E细胞分化而来的浆细胞产生专一性抗体的功能，从而促使免疫机能的增加，进而提高免疫能力。

ß-葡聚糖能有效提高动物机体免疫能力，形成保护，这在许多动物包括人体在内都得到了实验证明，ß-葡聚糖具有免疫保护的功能。

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
β-葡聚糖含量的测定方法，大致可归纳为如下几类：
（1）、粘度法：其原理是大麦抽提液的粘度主要由β-葡聚糖产生(Burnett，1966；White等，1983)。

这种方法可靠性较差，因为不同来源的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(Sanlinier等，1994)。

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(Wood，1986)。

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）、酶法：Anderson等(1978)采用特定的β-葡聚糖内切酶得到寡糖，经酸解后采用葡萄糖氧化酶/
过氧化酶试剂测定葡萄糖的含量。

此法后经Henry等(1988)修改为测定还原糖的含量，这样虽然精确性和可靠性有所降低，但因测定更为迅速而实用性明显提高。

另外，Martin等(1981)和郑祥建等(1995)用纤维素酶测定谷物中β-葡聚糖的含量。

这主要根据纤维酶不能分解微晶纤维素，而谷物中的纤维素多为微晶状，因而不至于干扰β-葡聚糖的测定结果。

由于酶法不需要抽提，选用的酶为特定的，因而精确性和可靠性较高。

（4）、荧光法：主要是利用荧光物质(Calcoflour)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(1984)利用此法测定了燕麦的β-葡聚糖含量。

Sendry等(1989)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
（5）刚果红法：根据刚果红与β-葡聚糖结合具有高度专一性，将刚果红加入样品溶液中，在一定温度下准确反应一定时间后，测定其吸光度，根据β-葡聚糖标准曲线可知样品中β-葡聚糖的含量。

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以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。

β-葡聚糖、戊聚糖和纤维素是大麦细胞壁的结构多糖，其中β-葡聚糖是大麦胚乳细胞壁基质多糖的
主要成分。

而水溶性的食用纤维主要由葡聚糖组成。

β-葡聚糖是半纤维素和麦胶物质的主要成分，麦胶物质所含的β-葡聚糖其分子量较半纤维素者小，易溶于水，并呈粘稠性溶液，β-葡聚糖的分子量愈低，其水溶性粘度也相对愈低。

大量研究表明，食用β-葡聚糖有一定的保健和防病作用。

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。

动物和人的实验表明，大麦和燕麦中可溶性纤维相混合糖苷键β-葡聚糖对低胆固醇血有影响，对正常人和低胆固醇血病人试验表明，食用筛选过的燕麦片和大麦片，能降低低密度脂蛋白（LDL）胆固醇。

最新研究认为，食用富含混合糖苷的β-葡聚糖面包，有益于控制老鼠血液中胆固醇水平，并且影响焙烤的时间。

另外有研究认为，混合糖苷β-葡聚糖对血液中葡萄糖水平、激素反应、结肠癌的形成及矿物质的生物效应有一定的作用。

β-葡聚糖是低热量的食品原料，食用后不易被人消化吸收，可减少血液中葡萄糖含量的增加，能预防糖尿病和控制肥胖病、糖尿病，降低体重，防止心血管疾病的发生。

由于葡聚糖有吸水膨胀的性质，人吃后在胃中能吸水膨胀，使人产生饱满感，延缓从胃进入小肠的速度。

进入肠道的葡聚糖仅有25%被消化吸收，其余60%继续向肠下部移动，促进肠道蠕动，加之在结肠处渗透作用，防止便秘，缩短了废弃物通过肠道的时间，减少了肠内致癌物对肠管的污染，达到防癌的作用。

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。

据了解，10年前，β-葡聚糖主要被用于食品添加剂，其市场价格在每吨10万至16万美元。

近年来，β-葡聚糖由于在医药、食品、护肤等方面的广泛应用，不同规格和用途的产品价格上涨了十几倍到万余倍。

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。

大麦是传统的医用食疗作物。

上世纪八十年代末，美国科学家发现大麦特别是裸大麦中富含具有突出地降血脂、胆固醇和预防心血管类疾病、结肠癌、糖尿病作用的β－葡聚糖后，引起了全世界的广泛关注和浓厚开发兴趣，国外尤其是日本等已将其广泛用于食品添加剂。

国内朱睦元等(2001)在集中进行其医药利用研究的同时，完成了β－葡聚糖提取分离小试，其工艺流程经中试完善即可建厂生产。

西藏是世界上裸大麦种植最为集中的区域，种植比例占全自治区农作物60%，由于生产发展，近几年已出现局部消费过剩。

强小林(2000)研究分析证实，西藏青稞β－葡聚糖含量居全球大麦之冠，其最新育成审定的“藏青25”
青稞品种是迄今为止见诸报道的β－葡聚糖含量最高的大麦品种。

所以，通过青稞β－葡聚糖的提取利用和系列青稞保健食品的开发加工来解决逐渐出现的生产过剩已成为区内外有识之士的普遍共识、对促进西藏农牧区产业结构的调整升级和农牧民增收等都具有突出意义。

麦麸多糖主要为β-葡聚糖。

β-葡聚糖是麦麸中主要膳食纤维，具有重要生理功能。

麦麸中β-葡聚糖含量在40%-10%之间，且可溶部分占65%-90%。

由于目前国内对麦麸β-葡聚糖提取研究尚不多。

大量麦麸仅作为饲料之用。

国外已把β-葡聚糖作为一种抗癌药物使用，国内虽然没有将β-葡聚糖列为抗癌物质，但随着大麦作饲料的日益推广，大麦中β-葡聚糖含量过高(4%～10%)成为抗营养因子，作为测定除去抗营养因子的β-葡聚糖酶活力的底物，使用也日益增多。

而国内尚无提取或生产此种多糖的报道，进口价格昂贵(1440元/100ｍｇ1996年价)。

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。