燕麥β葡聚糖研究進(jìn)展

1、樊琳娜2013.11,燕麥β-葡聚糖及其特性影響因素研究進(jìn)展調(diào)研,,主要內(nèi)容,β-葡聚糖的特性與應(yīng)用燕麥及燕麥β-葡聚糖簡(jiǎn)介燕麥β-葡聚糖的理化性質(zhì)與生物活性燕麥β-葡聚糖特性的影響因素燕麥β-葡聚糖研究展望,β- 葡聚糖（β-Glucan）作為葡萄糖的高聚物，因其葡萄糖苷鍵為 β-1,3 鍵而得名?！狤 J 旺達(dá)姆，陳代杰等譯. 生物高分子第 5 卷，多糖Ⅰ原核生物多糖 [M] . 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2004.

2、來源： β- 葡聚糖在植物和微生物中廣泛存在，在植物細(xì)胞壁中 β- 葡聚糖 （callose） 是植物組織的重要結(jié)構(gòu)成分，同時(shí)也存在于糧食作物大麥、燕麥中，與 β-1,4葡聚糖共存，在燕麥和大麥中質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 2%~4%和 2%~10%。微生物中 β- 葡聚糖因分子量、分支度等不同而以多種形式存在。 ——《β- 葡聚糖結(jié)構(gòu) 功能與開發(fā)研究進(jìn)展》2011.9,,一、β-葡聚糖,,一、β-葡聚糖,臨床應(yīng)用的 β-葡聚糖種類：—

3、—《新型保健食品添加劑——β- 葡聚糖的研究進(jìn)展》食品研究與開發(fā)2011年4月第32卷第4期,,一、β-葡聚糖,部分β-葡聚糖來源、組成和分子量:,——《β- 葡聚糖結(jié)構(gòu) 功能與開發(fā)研究進(jìn)展》2011.9,化學(xué)結(jié)構(gòu)： 葡聚糖（glucan） 為右旋吡喃葡萄糖聚合體，分子式為(C6H10O5)n，其相鄰葡萄糖殘基的碳 1、2、3、4、6的半縮醛氧之間以葡糖苷鍵連接構(gòu)成骨架，有α和β位兩種結(jié)構(gòu)形式。(β-葡聚糖)主鏈結(jié)構(gòu)主要為 β-

4、 1,3- 糖苷鍵連接，通常還含有不同比例和大小的 β- 1,2、β- 1,4、β- 1,6 連接的支鏈。隨著生物種類和生長(zhǎng)條件的不同，其結(jié)構(gòu)也有差別?！镀暇厶堑难芯窟M(jìn)展》2011.4 β- 葡聚糖具有主鏈與分支的基本結(jié)構(gòu)特征以外，還具有螺旋特性的高級(jí)結(jié)構(gòu)，高分子量的β-1,3- 葡聚糖主要以 1 重和 3 重螺旋等 2 種高級(jí)結(jié)構(gòu)的形式存在，同時(shí)也存在由低分子或者帶電荷的分子構(gòu)成的隨機(jī)鏈圈狀態(tài)。——《β- 葡聚糖

5、結(jié)構(gòu) 功能與開發(fā)研究進(jìn)展》2011.9,,,一、β-葡聚糖,,一、β-葡聚糖,應(yīng)用于化妝品的生物活性：在衰老或長(zhǎng)有皺紋的皮膚上,表皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子的增加可以提高膠原蛋白和彈性蛋白的生成,進(jìn)而使皮膚的外觀得以改善,并使細(xì)小的皺紋消失。巨噬細(xì)胞產(chǎn)生表皮生長(zhǎng)因子(EGF),從而促進(jìn)傷口愈合所必需的膠原蛋白產(chǎn)生,同時(shí)血管生成因子(AF)可促進(jìn)傷口愈合必需的新血管形成。β-Glucan可增加受損皮膚細(xì)胞的再生能力,具有幫助傷口復(fù)原的特性。顆粒

6、葡聚糖給藥能增強(qiáng)血細(xì)胞的生成活性，包括粒細(xì)胞、單核白細(xì)胞和紅細(xì)胞的生成，從而導(dǎo)致從接近致命劑量的輻射中得到恢復(fù)。 β- 葡聚糖可能引起呼吸道炎癥，引發(fā)變態(tài)反應(yīng)并與花粉敏感征候群有關(guān)。,,,二、燕麥及燕麥β-葡聚糖簡(jiǎn)介,燕麥又稱玉麥、雀麥，是一種較耐旱、耐寒、耐瘠、喜陰涼、長(zhǎng)日照的一年生禾本科作物，是世界上主要的農(nóng)作物之一。燕麥一般分為帶稃型和裸粒型兩大類，目前國(guó)外燕麥以帶稃型為主，常稱為皮燕麥；我國(guó)大部分地區(qū)種植的為裸燕

7、麥，是裸燕麥的發(fā)源地，而其它國(guó)家種植的燕麥95% 是皮燕麥。燕麥的高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值不僅表現(xiàn)在其富含蛋白質(zhì)、油脂等營(yíng)養(yǎng)成分，更主要的是因其含有β-葡聚糖。,,二、燕麥及燕麥β-葡聚糖簡(jiǎn)介,燕麥β-葡聚糖是一種水溶性膳食纖維,主要存在于燕麥籽粒的糊粉層和亞糊粉層。燕麥麩皮是燕麥粉加工過程中的副產(chǎn)品,主要由去殼燕麥的最外層和部分胚乳組成。燕麥經(jīng)加工后,β-葡聚糖在麩皮中得到富集。國(guó)內(nèi)燕麥麩中含量為6.6% ~ 11.3%,在去皮的燕麥粉中

8、為3.0%~5.4%,因此常從燕麥麩皮中提取?！堵阊帑滬熎-葡聚糖特性及與食用膠的比較研究》食品與發(fā)酵工業(yè)2006 Vol.32 No.8 (Total 224)——《燕麥 β－葡聚糖對(duì)腸道的保健作用研究進(jìn)展》食品工業(yè)科技2012年第17期——《燕麥B-葡聚糖研究進(jìn)展》草業(yè)科學(xué)2009年11月26卷11期,,三、燕麥β-葡聚糖的理化性質(zhì),化學(xué)結(jié)構(gòu)： 它通過β-(1→3)和β-(1→4)糖苷鍵把β-D 吡喃葡萄糖單

9、位連接起來而形成的一種高分子無分支線性黏多糖，其中約含有70 %的β-(1→4)鍵和30 %的β-(1→3)鍵。 ——燕麥β-葡聚糖的物理特性和生理功能研究進(jìn)展》現(xiàn)代食品科技Vol.23 No.8(總98),燕麥葡聚糖是1-3、1-4鏈結(jié)的葡萄糖多糖,酵母葡聚糖是1-3、1-6鏈結(jié)的葡萄糖多糖?！禕-葡聚糖在化妝品中的應(yīng)用》香料香精化妝品 2007年12月第6期,,三、燕麥β-葡聚糖的理化性質(zhì),溶解性： β-葡聚糖一般

10、分為水溶性(占大多數(shù))和非水溶性兩種,這主要是受其結(jié)構(gòu)中β-(1→3)糖苷鍵的含量和聚合度的影響。水溶性β-葡聚糖中β-(1→3)糖苷鍵與β-(1→4)糖苷鍵含量之比為1∶2.5～1∶2.6,而非水溶性β-葡聚糖中相應(yīng)糖苷鍵含量之比為1∶4.2?！堆帑湨?葡聚糖的流變學(xué)特性研究》農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)2008 年 5 月 Vol.24 No.5 來自不同谷物中的β-葡聚糖化學(xué)結(jié)構(gòu)相似，只是分子中β-(1-4)與β-(1-3)糖苷鍵所

11、占比例存在差異。一般認(rèn)為在燕麥中這一比值為2.1～2.4、大麥為 2.8～3.3、黑麥為 3.0～3.2、小麥為3.0～3.8?！堆帑湨? 葡聚糖研究進(jìn)展》食品科學(xué)2009, Vol. 30, No. 15231,,三、燕麥β-葡聚糖的理化性質(zhì),溶解性： 燕麥葡聚糖無需化學(xué)改性,其水溶性較好;而酵母β-1,3-葡聚糖由于只存在于酵母細(xì)胞壁中,同時(shí)β-(1,3)-(1,6)鍵是按一定比例分布著,這種結(jié)構(gòu)極難溶于水。 剛開

12、始應(yīng)用于化妝品中的酵母β-葡聚糖是不溶水的固體顆粒,顆粒直徑為0.2Lm,這種形式的葡聚糖適合于在傷口愈合時(shí)使用,山梨醇是不溶的β-葡聚糖的有效懸浮劑。為使酵母β-葡聚糖可應(yīng)用于現(xiàn)代功效性化妝品配方中,近年來對(duì)酵母β-葡聚糖進(jìn)行了羧甲基化改性處理,改進(jìn)了產(chǎn)品的水溶性,然而,值得注意的是,在改進(jìn)產(chǎn)品水溶性的同時(shí)β-葡聚糖的羧甲基化對(duì)分子的3-D-結(jié)構(gòu)和生物功能也具有影響：羧甲基化取代度超過75%時(shí),生物學(xué)功能開始喪失;β-葡聚糖分子完全被

13、取代則會(huì)導(dǎo)致其生物功效的完全喪失?！禕-葡聚糖在化妝品中的應(yīng)用》香料香精化妝品 2007年12月第6期,,三、燕麥β-葡聚糖的理化性質(zhì),溶液性質(zhì)： 即使在相對(duì)比較低的濃度范圍內(nèi)，它的黏度都很高，當(dāng)濃度達(dá)到2 g/L以上時(shí)，具有假塑性流體的特性，其表觀粘度值隨剪切速率的增大而減小，為其在作為增稠劑和穩(wěn)定劑奠定了基礎(chǔ)?！堆帑湨?葡聚糖的物理特性和生理功能研究進(jìn)展》現(xiàn)代食品科技Vol.23 No.8(總98) 燕麥的β-葡

14、聚糖有很多的優(yōu)良特點(diǎn),如對(duì)熱、酸、堿等都比較穩(wěn)定,可以作為乳化劑、增稠劑和穩(wěn)定劑應(yīng)用于食品工業(yè)。此外，燕麥β-葡聚糖具有較好的持水性和持油性,可以添加在肉制品中?！堆帑淏-葡聚糖的研究進(jìn)展及在食品中的應(yīng)用》糧食與飼料工業(yè)，2011，No.3,,三、燕麥β-葡聚糖的生物活性,許多多糖能與蛋白質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)，和多酚通過氫鍵、疏水相互作用等結(jié)合，形成的多糖多酚復(fù)合物能為機(jī)體提供更持久的抗氧化能力。燕麥 β-葡聚糖是以細(xì)胞壁非淀粉多糖的形式存在的

15、可溶性膳食纖維，具有較強(qiáng)的吸附小分子的能力。 加入蛋白酶，由于存在競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合關(guān)系，故使 EGCG 吸附量增大。pH 值的改變，影響燕麥 β-葡聚糖和 EGCG 的結(jié)構(gòu)與構(gòu)象穩(wěn)定，對(duì)燕麥 β-葡聚糖吸附能力產(chǎn)生較大影響: 隨 pH 值升高，吸附能力首先升高然后下降，pH 值在6. 5 時(shí)，其吸附能力最大。EGCG 濃度的升高，會(huì)使得EGCG 作為響應(yīng)因子增多，也使 β-葡聚糖對(duì) EGCG 的吸附能力增強(qiáng)。——《消化道中燕麥 β-

16、葡聚糖對(duì) EGCG 吸附作用的體外研究》食品與發(fā)酵工業(yè)2013 Vol. 39 No. 3 ( Total 303),,三、燕麥β-葡聚糖的生物活性,燕麥在化妝品中的添加,,三、燕麥β-葡聚糖的生物活性,結(jié)構(gòu)與活性的關(guān)系： 盡管目前對(duì) β- 葡聚糖的生理作用機(jī)理尚不是很清楚，但一致認(rèn)為其多種生理功能與其黏度和溶解性有很大的關(guān)系，其黏度除了與分子結(jié)構(gòu)和濃度有關(guān)外，很大程度上取決于分子量的大小和分子形狀，而提取條件對(duì)燕麥β-葡聚糖產(chǎn)品

17、的得率、純度和黏度大小均有影響?！短崛∫蜃訉?duì)燕麥 β- 葡聚糖相對(duì)分子質(zhì)量的影響》食品科技2009年第34卷第2期 張林生等研究表明β-葡聚糖中(1- 3)糖苷鍵的存在導(dǎo)致了纖維素分子不規(guī)則的排序,使得這些物質(zhì)在生理、化學(xué)特性、水溶性方面都有一定的差異?！獜埩稚?曹讓.大麥籽粒中B-葡聚糖的研究初報(bào)[J].西藏農(nóng)業(yè)科技,1997,19(4):34-36,,四、燕麥β-葡聚糖特性的影響因素,1.基因型差異：不同倍性間燕麥

18、β-葡聚糖含量變化較大,裸燕麥含量高于皮燕麥?；蛐烷g存在顯著差異,不同燕麥品種β-葡聚糖含量變化范圍為3.14% ~7.43%,最大差異為4.29%。β-葡聚糖含量低的品種,其β-葡聚糖主要分布于糊粉層與亞糊粉層,而β-葡聚糖含量高的品種,所有胚乳細(xì)胞內(nèi)均分布較高濃度的β-葡聚糖?？扇苄驭?葡聚糖與總含量的比值表現(xiàn)出明顯的品種差異,皮燕麥品種在各個(gè)時(shí)期該指標(biāo)均高于裸燕麥品種?！堆帑淏-葡聚糖研究進(jìn)展》草業(yè)科學(xué)2009年1

19、1月26卷11期,,四、燕麥β-葡聚糖特性的影響因素,2.環(huán)境因素：不同年度、不同地區(qū)種植的燕麥其B-葡聚糖含量差異較大,這說明降雨、溫度、土質(zhì)等環(huán)境因素對(duì)燕麥B-葡聚糖的形成和積累有重要影響。若籽粒成熟期溫度相對(duì)較高,則籽粒B-葡聚糖含量也較高。雨水少、干旱或水分脅迫同樣會(huì)導(dǎo)致籽粒B-葡聚糖積累量的提高,相反在氣候溫和、降水量高的地區(qū)B-葡聚糖含量往往較低。氮素供應(yīng)與燕麥籽粒B-葡聚糖含量關(guān)系密切,隨著供氮的增加,籽粒B-葡聚

20、糖含量增加?！堆帑湨?葡聚糖的流變學(xué)特性研究》農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)2008年5月Vol.24 No.5——《燕麥B-葡聚糖研究進(jìn)展》草業(yè)科學(xué)2009年11月26卷11期,,四、燕麥β-葡聚糖特性的影響因素,3.加工過程： 研究發(fā)現(xiàn)，不同加工工藝會(huì)引起燕麥β-葡聚糖流體性能和黏彈性能等的改變，而燕麥β-葡聚糖的生理功能與其溶液流變性能又有密切聯(lián)系。燕麥籽粒經(jīng)紅外烘烤后，燕麥粉中β-葡聚糖含量變化不大。經(jīng)炒制和蒸制處理后，β-葡

21、聚糖含量比對(duì)照組平均高出了0.76%。炒制、蒸制和紅外烘烤處理燕麥籽粒均使燕麥粉糊化溫度下降，使燕麥粉的峰值黏度、最終黏度和低谷黏度提高。據(jù)文獻(xiàn)研究報(bào)道，燕麥面包烘焙后，增加了β-葡聚糖的提取率，且提取的β-葡聚糖中三聚體和四聚體的比例增加，但高分子量（MW＞1×10^6）β-葡聚糖的比例降低，低分子量的比例增加，而分子量在1×10^6和2×10^6之間的β-葡聚糖減少了近50%。,,四、燕麥β-葡聚糖特

22、性的影響因素,3.加工過程：③較早的研究表明，擠壓過程中的高溫、高壓、高剪切力作用可能會(huì)促使分子間價(jià)鍵斷裂，分子裂解及分子極性變化，從而導(dǎo)致產(chǎn)品中β-葡聚糖更容易聚集，凝膠化溫度、溶解度、膨脹度、表觀黏度和稠度系數(shù)等都有所增加，流動(dòng)行為指數(shù)降低。同時(shí)含量增加，可溶性與不溶性纖維的比例增加。④均質(zhì)處理，尤其是高壓均質(zhì)處理后，β-葡聚糖的機(jī)械裂解使其結(jié)構(gòu)儲(chǔ)藏穩(wěn)定性增加，又導(dǎo)致其溶解度的增加。經(jīng)過均質(zhì)處理后，溶液的黏度明顯降低，溶液的流變

23、學(xué)行為也發(fā)生了改變；隨著黏度的減少，流體的性質(zhì)從剪切稀釋變成了牛頓流體。,,四、燕麥β-葡聚糖特性的影響因素,3.加工過程：⑤磨粉對(duì)β-葡聚糖的結(jié)構(gòu)沒有影響，但會(huì)影響燕麥中β-葡聚糖的分子量，燕麥粉的組成成分不同會(huì)導(dǎo)致其固有黏度的差異。⑥β-葡聚糖在氧化過程中發(fā)生降解，黏度降低，且氧化后的β-葡聚糖羰基和羧基增加，分子的膨脹能力改變，與膽汁酸的結(jié)合能力也增強(qiáng)。⑦燕麥β-葡聚糖含量在發(fā)芽過程中總體呈下降趨勢(shì)，且降低趨勢(shì)很大，這會(huì)使利

24、用β-葡聚糖相關(guān)功能特性方面受到一定的限制。⑧靈芝菌、真姬菇菌等食用真菌對(duì)燕麥β-葡聚糖具有較強(qiáng)的降解作用。——《加工對(duì)燕麥β- 葡聚糖的影響研究進(jìn)展》食品工業(yè)科技2012年第20期,,四、燕麥β-葡聚糖特性的影響因素,4.提取工藝條件：,——《正交優(yōu)化燕麥B-葡聚糖提取及其分子特性研究》北京工商大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2009年9月第27卷第5期,水浴提取,,四、燕麥β-葡聚糖特性的影響因素,4.提取工藝條件：,——《提取因子對(duì)燕麥

25、 β- 葡聚糖相對(duì)分子質(zhì)量的影響》食品科技2009年第34卷第2期,,四、燕麥β-葡聚糖特性的影響因素,4.提取工藝條件：,對(duì)燕麥β-葡聚糖相對(duì)分子質(zhì)量的報(bào)道結(jié)果不盡相同，這可能是由于提取分離條件的不同及測(cè)定系統(tǒng)的不一致造成的，同時(shí)原料的滅酶預(yù)處理與否對(duì)測(cè)定結(jié)果也存在著很大影響?！堆帑湨? 葡聚糖研究進(jìn)展》食品科學(xué)2009, Vol. 30, No. 15231,,四、燕麥β-葡聚糖特性的影響因素,A.燕麥β-葡聚糖溶液黏度隨剪

26、切速率的增高而逐漸降低，燕麥β-葡聚糖溶液黏度與其分子量成正比，與溶液溫度成反比；與中性溶液相比，弱酸性或弱堿性環(huán)境均可導(dǎo)致β-葡聚糖溶液黏度的下降；隨著燕麥β-葡聚糖濃度的增加和分子量的增大，其流體的黏性行為特征減少而彈性行為特征增強(qiáng)；隨著流體溫度升高，燕麥β-葡聚糖流體的黏性和彈性行為均逐漸減弱?！堆帑湨?葡聚糖的流變學(xué)特性研究》農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)2008年5月Vol.24 No.5B.對(duì)水提法，酶提法，發(fā)酵法這3種方法提取的燕麥

27、β-葡聚糖的分子量做了測(cè)定比較，并對(duì)其各自透皮吸收率做了初步研究。結(jié)果表明：3種方法提取的β-葡聚糖分子量大小為：水提法>酶提法>發(fā)酵法 ；3種方法提取的β-葡聚糖都可以透過皮膚，其皮膚透過率大小為：發(fā)酵法>酶提法>水提法。——《不同方法提取的燕麥β-葡聚糖分子量及其透皮吸收研究》食品科技2011年第36卷第12期,,五、燕麥β-葡聚糖研究展望,目前國(guó)內(nèi)外對(duì)β-葡聚糖的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備方法的研究已較為深入，但對(duì)