新型保健食品添加剂——β-葡聚糖的研究进展

郭永，陈姗姗

（黄河水利职业技术学院，河南 开封 475003）

新型保健食品添加剂
——β-葡聚糖的研究进展

郭永，陈姗姗

（黄河水利职业技术学院，河南 开封 475003）

综述近年来国内外在β-葡聚糖领域的研究内容和成果，包括β-葡聚糖的分子结构和功能性、制备以及含量的测定，并对β-葡聚糖作为新型保健食品添加剂的应用进行展望。

β-葡聚糖；分子结构；保健食品添加剂

多糖是由多个单糖分子通过糖苷键连接而成，是一类分子结构复杂且庞大的高分子化合物，它在高等植物、动物细胞膜及微生物细胞壁中广泛存在，是生命有机体不可缺少的组成部分。自20世纪60年代以来，人们逐渐发现了多糖具有许多生物活性，而且多无毒，在国际上引起了日益广泛的重视，对糖及糖复合物的研究已逐渐成为生物学研究领域中新的热点，一些发达国家尤为重视。其中β-葡聚糖因具有增强免疫活力、抗肿瘤活性、降低胆固醇和血脂等多种生理功能以及在食品的生产中作为脂肪替代物而成为国际食品领域研究与开发的热点[1-2]。

1 β-葡聚糖的结构和功能性研究

在自然界中D-葡聚糖是最为常见的多糖链，是由葡萄糖单体聚合而成的一类高分子多糖，D-葡聚糖分为a-型和β-型，淀粉等是a-型葡聚糖，是机体能量的主要来源，不具备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） 等葡聚糖组成。大量研究结果表明，D-葡聚糖的生物活性与其分子量、溶解度、黏度、支化度、链构象及结晶度有关。其中β-葡聚糖具有多种不同的构象，一重和三重螺旋是其存在的主要高级结构形式，另外β-葡聚糖能依据相对分子质量、分子间氢键的不同而形成不同的高级结构。而多数具有突出生物学活性的葡聚多糖都以β-（1，3）糖苷键连接[3]，其它具有生物学活性的多糖也多是β-构型，但β-构型与多糖生物学活性的具体作用机制仍不详。至今已发现大多数具有抗肿瘤活性的多糖都具有β-（1，3）-D葡聚糖的主链结构[4]。试验结果证明，以单螺旋和三螺旋构象存在的β-（1，3）-D葡聚糖最具有生理活性。葡聚糖到底以何种构象存在，这与当时所处的溶液环境，葡聚糖与溶液间的相互作用以及所采用处理方式有关。但同样具有β-（1，3）-D葡聚糖主链结构的茯苓多糖和海带多糖几乎没有抑瘤活性，这表明主链结构并不是多糖抗肿瘤活性的最基本原因[5]。分子量过大或过小，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条件下可以提高多糖的药理活性，如不溶于水的β-葡聚糖经过部分羧甲基化后，水溶性提高，其抗肿瘤的能力也相应提高，此外，多糖中乙酞基的数量和位置对多糖的活性影响也很大。一般而言，具有少量分支度（小于3%），分子量适中并且在水中溶解度较高的多糖具有较高的抑瘤活性[4]。目前临床应用的β-葡聚糖的种类和结构如表1[6]。

表-1 临床应用的β-葡聚糖种类Table 1 Types of β-glucan for clinical application

医学研究已证实β-葡聚糖具有免疫调节、抗肿瘤、抗炎、抗病毒、抗氧化、抗辐射、降血糖、降血脂、保肝等多种生物活性和功能，成为药理学尤其是免疫药理学研究的热点，国内外对β-葡聚糖的研究发展迅速，相关的研究论文不断见诸报道。其中来自酵母、食用菌、燕麦中的β-葡聚糖提取及制备研究最为深入。

2 β-葡聚糖的制备

2.1 香菇β-葡聚糖的制备

多糖的提取可以采用热水、稀酸、稀碱作为浸提剂。在提取过程中，不仅要考虑到粗多糖的得率，还要保证不破坏多糖的结构。由于酸对多糖的糖苷键有破坏作用，故一般采用热水和稀碱作为浸提剂。香菇多糖的热水浸提温度一般为90℃～100℃，浸提时间1 h～3h，浸提次数为2次～3次，合并浸提液，离心，收集上清液，减压浓缩到适当体积，加入一定量的乙醇静置过夜，离心，收集沉淀物，干燥得粗多糖。碱浸提通常采用NaOH作为浸提液，浓度为0.1 mol/L～1 mol/L。为了提高香菇多糖的提取率，减少能源消耗，缩短提取时间，研究者们尝试了一些其它的提取方法。张海容等以香菇多糖为研究对象，对微波法及热水浸提法进行了比较，发现微波法的提取率高于传统热水法，且提取时间可以缩短100倍[7]。念保义等用超声波辅助热水法从香菇中浸提香菇多糖，不仅可以缩短提取时间，减小料液比，而且提高了提取率，降低了生产成本[8]。董彩霞利用纤维素酶作用于香菇细胞的细胞壁，使之破裂，多糖易从细胞内释放出来，以提高多糖的提取率[9]。也有研究先采用中性蛋白酶处理香菇粗粉，蛋白酶将与多糖结合的蛋白质酶解，使多糖释放出来，此法与传统工艺相比，提取率提高了40%以上，多糖中杂蛋白的含量降低了50%，在提高产率的同时增加了多糖的纯度[10]。

传统的热水浸提法虽然是提取多糖的经典方法，但时间长、效率低、能耗大，而利用微波辅助法、超声波辅助法、复合酶解法等方法可以提高提取率、减少能源消耗、缩短提取时间，但对香菇多糖的结构及生物活性是否有破坏，仍有待进一步的探讨。因此，探索更为高效、经济、可靠的提取方法对香菇多糖的研究开发具有现实意义。

2.2 灵芝 β-葡聚糖的制备

在灵芝多糖的提取研究中，为提高灵芝多糖的含量，研究者们对最佳工艺进行了探讨。王新等报道了水提法提取灵芝多糖的最佳工艺为液料初始温度80℃，液料比50 mL/g，提取时间为180 r/min，提取率2.6%。在传统的方法中，β-葡聚糖的提取显然有很大的提高，但为了得到更高的提取率他们尝试了脉冲超声辅助提取法。结果显示，脉冲超声辅助法比水提法的最佳工艺的提取率提高了26.02%，提取时间缩短了50%[11]。郑静等比较了超声波法和超声波酶法在提取灵芝多糖中的效果，试验过程显示，超声波酶法具有水解效率高、条件温和等优点，虽然产率相对稍低，却有很大的提高潜力，微波辅助与酶法的结合将是今后的研究方向[12]。徐格非等也报道了微波辅助提取法的最佳工艺，无论是提取率还是多糖含量都是传统方法无法达到的[13]。杜冰等采用超高压技术提取灵芝孢子粉多糖,通用正交试验法，以多糖得率为指标，考察料液比、温度、压力、保压时间等因素对多糖提取的影响，并与水浸提法比较.超高压提取灵芝多糖最优工艺条件为压力为 400 MPa，温度为 50℃,固（g）液（mL）比1:40，保压时间应低于6 min；提取得率为2.762%，高出水浸提提取率37.1%，超高压提取具有得率高,提取温度低,提取时间短、节能等优点,为灵芝多糖的提取提供了一种新技术[14]。这说明，单一方法将可能被两项或多项联合法所取代。对其他食用菌多糖的制备研究有姬松茸、云芝、茯苓等，但多遵循香菇和灵芝的制备方法。

2.3 燕麦 β-葡聚糖的制备

目前，对燕麦β-葡聚糖的制备主要有物理法和化学法。

物理法：β-葡聚糖分布在燕麦子粒的糊粉层和亚糊粉层，因此可以利用现代加工技术使燕麦胚乳与种皮分离，从而使β-葡聚糖在麸皮中得到富集。Knuckles等先将大麦和燕麦在85℃干燥20 h以钝化内源β－葡聚糖酶，然后干磨过筛（325目）数次，再将麦熬反复粉碎过筛（100目），最后得到含28%左右的总β-葡聚糖大麦和含31%左右总β-葡聚糖的燕麦制品，其中可溶性β-葡聚糖占总β-葡聚糖55%左右，这样得到制品中β-葡聚糖含量比原料中高2.4倍～4.9倍[15]。除研磨筛分外，通过挤压膨化技术、空气分级技术等现代加工技术，同样可以富集β-葡聚糖，并且还可以同时改善β-葡聚糖的水溶性[16]。

化学法：β-葡聚糖的提取主要有水提法、碱提法和酸提法3种。一般提取时，首先将原料磨粉过筛，用85℃高温或体积分数为70%～80%的乙醇回流来灭内源酶（以β－葡聚糖酶为目标），其目的是为了除去游离糖、小分子蛋白和一些非极性化合物，然后用水、稀碱或酸在不同条件下提取，提取物浓缩后用乙醇、丙酮和硫酸铵等沉淀多糖，可反复多次离心沉淀，以除去部分水溶性色素等杂质[17]。结合蛋白用Sevage法、三氟三氮乙烷法和三氯乙酸等电点法等去除；色素常用离子交换法、氧化法、金属络合物法、吸附法(纤维素、硅藻土、高岭土、活性炭等)除去;对多糖混合物则根据分子大小和形状分级（如超滤、分子筛、层析等），也可根据分子所带基团的性质用电泳和离子交换层析来分离。

2.4 酵母β-葡聚糖的制备

β-葡聚糖是构成酵母细胞壁的主要成分，由β-（1，3）－葡聚糖和 β－（1，6）－葡聚糖组成，两者比例为85:15。前人制备酵母 β－（1，3）－葡聚糖的方法主要有酸法、碱法、酸碱综合法及酶-碱法提取等。提取方法的特点是快速、高效，但提取条件较剧烈，酸碱试剂易腐蚀设备、污染环境严重，尤其是在提取过程中会造成部分β－（1，3）－葡聚糖的降解，使产品得率与生物活性降低。目前提取技术有新的提高，采用现代酶工程下游技术，通过酵母自溶、酶解、碱提取三步法的工艺流程提取高纯度的葡聚糖，避免了以往方法的局限性同时提高了产品的得率和纯度，得到的β－（1，3）－葡聚糖产品分子链完整，分子量高[18]。

多糖的分离纯化是进一步研究多糖的必要步骤，常用的纯化方法有：沉淀法、柱层析法、制备性高效液相法、制备性区域电泳法、超滤法等。

3 β-葡聚糖含量的测定

研究β-葡聚糖的基础是对其定量测定方法的确定。国外很早就开始尝试β-葡聚糖各种定量测定方法，主要有以下4种。

3.1 酶法

Anderson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含量。McCleary等在酶法的基础上使用β-葡聚糖酶和β-葡聚糖苷酶将β-葡聚糖降解为葡萄糖，而后用葡萄糖氧化酶法测定葡萄糖含量，并计算β-葡聚糖含量[19]。由于酶的纯度不高往往会导致测定结果产生较大误差，而高纯度的专一性β-葡聚糖水解酶的价格又极其昂贵，在很大程度上限制了该方法的使用。

3.2 荧光法

荧光物质（calcofluor）可与β－葡聚糖专一性结合形成复合物，引起荧光谱散发强度变化与β-葡聚糖含量呈一定的线性关系。Wood利用此法测定燕麦β-葡聚糖含量[20]；汪海波对FIA法进行了改进，利用荧光光度计测定了燕麦中的β-葡聚糖含量[21]。但由于calcofluor自身荧光强度及其与β-葡聚糖分子结合形成的结合产物的荧光强度在光线照射条件下均不稳定，随光照时间的增加而迅速下降，因此在一定程度上也限制了这种方法的使用。

3.3 层析法

利用高效液相层析法（HPLC）测定β－葡聚糖含量，效果较好。原理是用内（1－3）（1－4）－ β-D-葡萄糖水解酶对葡萄糖专一性水解，生成寡糖，后者在C18柱中分离，以水作为流动相和折射率检测，最后用反相高效液相层析定量检测。

3.4 刚果红法

刚果红与β-葡聚糖的结合具有高度专一性。在一定条件下，刚果红与β-葡聚糖形成有色物质，反应液吸收光度的变化与β-葡聚糖含量呈正比，此法操作简单，使用性很强。

4 结论

近几十年来，国内外相关科技人员对多糖的分离、纯化、结构鉴定及生物活性构效等方面进行了大量的工作，并取得了不少可喜的成果，但同时我们也应当看到一些实验研究成果与临床应用还存在一定的距离。一些提取、分离手段还仅局限在实验室，不能用于工业生产。由于糖分子本身的复杂性和糖链功能和调控的复杂性以及缺少研究糖类分子的有效工具，糖生物学研究还处在初步发展阶段。虽然市场上已出现诸多β-葡聚糖的成品，但对于β-葡聚糖的作用机理、活性大小与结构和构象之间的关系了解还是十分有限。多大分子量、多少分支度、何种空间几何构象的β-葡聚糖才最具有生物活性，对β-葡聚糖进行怎样的化学处理（羧甲级化、磺化、甲基化等），使之具有水溶性而又不失活性，以更加适应于人类吸收系统的吸收。所有的这些都有待科技工作者们进一步的研究和探索。

5 β-葡聚糖在食品工业中的应用与展望

由于β-葡聚糖具有很高的黏性、持水性、乳化稳定性等性能，在食品工业中常作为增稠剂、持水剂、黏结剂及乳化稳定剂应用于调味料、甜点等食品。由于β-葡聚糖在人的消化器官中难以被消化，可以作为非卡路里食品添加剂，提供脂肪样口感，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润、丰厚的口感，又能改善低脂肉制品的脆度、硬度、胶黏性、咀嚼性等质构以及总的可接受性[2]。另外，β-葡聚糖是无热能的，且能强化纤维素阻止脂类吸收的效力，促进胆固醇排除，增加肠道蠕动，在食品中既可以作为膳食纤维来发挥作用，又是一种优质保健食品添加剂。

随着人们的生活水平不断提高，消费者对自身的健康日益关注，对保健品的需求激增。β-葡聚糖因具有增强免疫活力、抗肿瘤活性、降低胆固醇和血脂等多种生理功能且功效明显，国内外以其为主要成分以提高人体免疫力的保健食品开发势头强劲，而且主要以酵母葡聚糖为主，国际上生产葡聚糖的国家主要是在欧洲，在美国口服的酵母葡聚糖胶囊产品，一瓶60粒胶囊约含30 g高纯度酵母葡聚糖，价格约为50美元，国内也有酵母葡聚糖产品销售。其他有灵芝、香菇多糖口服液，深受消费者欢迎。

以上研究显示，β-葡聚糖作为第3代保健食品功能因子的基料之一，随着分离，纯化技术的不断创新，构效关系的不断深入，制备工艺的改进，β-葡聚糖糖在食品工业中的应用领域将越来越广泛。

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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（汉），讲师，硕士，主要从事功能性食品研究和开发工作。

2010-08-30