β-葡聚糖的主要生理學(xué)功能及獲取研究進展

閆驍驤

[摘要]β-葡聚糖是由葡萄糖形成的高聚物，直鏈的鏈接方式是β-1，3鍵，支鏈的鏈接方式是β-1，6鍵。它屬于多糖，且與其它類型的多糖有多重生物活性共性。相比殼聚糖、海藻多糖、脂多糖、硒多糖等，β-葡聚糖廣泛分布在在麥類植物體內(nèi)（如燕麥）、動物血漿內(nèi)、真菌類生物體內(nèi)，且易于化學(xué)合成和提取。本文就國內(nèi)外近年來對β-葡聚糖生理學(xué)功能、提取方法進行綜述。

[關(guān)鍵詞]β-葡聚糖;葡聚糖;生理學(xué)功能

[中圖分類號]T$202.3 [文獻標識碼]A [文章編號]2096-5249（2019）15-0275-03

天然的β-葡聚糖主要存在于麥類作物、蕈菌和真菌中。經(jīng)過提取的β-葡聚糖具有輔助降血糖、參與免疫過程調(diào)節(jié)、促進消化、療傷以及減肥等功效。本文綜述了近年來國內(nèi)外對β-葡聚糖生理學(xué)功能和提取方法的研究進展。

1β-葡聚糖的主要生理學(xué)功能

1.1輔助降血糖

1.1.1控制空腹血糖值和糖耐量值：黃遠英等，對大鼠禁食3～4h后，分別以0.375g/（kg.bw）、0.75g/（kg·bw）和1.5g（kg·bw）三個梯度劑量的燕麥p_葡聚糖溶液灌胃后，進行了空腹血糖、胰島素抵抗和糖耐量的指標指數(shù)測定，結(jié)果表明燕麥β-葡聚糖可以起到輔助降血糖的生理作用。另有研究表明，低分子量青稞β-葡聚糖可以輔助高血糖小鼠降血糖。青稞β-葡聚糖無毒，可作為一種新食品營養(yǎng)強化劑應(yīng)用于功能飲料中。

1.1.2防治Ⅱ型糖尿?。嘿诤Ｓ⒌龋槍λ卺t(yī)院收治的II型糖尿病140例患者，分別設(shè)立了小麥饅頭和青稞饅頭組各70例，并對比測量了他們的空腹、進食后血糖以及血糖反應(yīng)曲線增值面積。通過比對發(fā)現(xiàn)，兩組病例的進食后90min、120min和180min血糖差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。研究結(jié)論表明，高β-葡聚糖的食品能夠有效改善Ⅱ型糖尿病患者們的糖代謝狀況，對預(yù)防和治療Ⅱ型糖尿病有重要意義。

1.2參與免疫過程調(diào)節(jié)

1.2.1促進產(chǎn)生炎癥反應(yīng)：Nobuyuki Hayashi等測定了短梗霉β-葡聚糖（KBG）的免疫學(xué)活性，發(fā)現(xiàn)KBG可以通過抑制CPG（TLR9配體）和PAM3CSK4（TLRl/TLR2配體），降低細胞感染率。經(jīng)過相關(guān)生物酶活化處理后的KBG可以通過幫助免疫細胞產(chǎn)生炎癥反應(yīng)，進而陜速消滅病原體。

1.2.2參與巨噬細胞免疫應(yīng)答：nyunhyuk Tae等在聚乙二醇微凝膠中加入了β-葡聚糖，隨后證實了混合型微凝膠被小鼠巨噬細胞選擇性內(nèi)化是由β-葡聚糖介導(dǎo)的吞噬作用引起的。巨噬細胞是藥物傳遞的重要靶細胞，在免疫應(yīng)答中起著重要作用。

1.2.3改善先天免疫：Carlos Velazquez-Carriles等用鋅層狀氫氧化物納米粒子固定化酵母β-葡聚糖，改善了魚類白細胞的先天免疫反應(yīng)，也印證了酵母β-葡聚糖可以通過提高免疫細胞的清除作用，來減輕副溶血性弧菌和DMSO對魚類機體的不良影響。

1.2.4促進免疫細胞成熟和遷移：徐冬勤等，在應(yīng)用流式細胞術(shù)檢測小鼠骨髓來源的樹突狀細胞（BMDc）表面分子的表達，發(fā)現(xiàn)β-葡聚糖能上調(diào)免疫活性分子的表達，同時加強了免疫應(yīng)答趨化性。實驗證明，β葡聚糖可對體外培養(yǎng)小鼠骨髓來源的樹突狀細胞（BMDC）有促進成熟和遷移的生理活性作用。

1.3促進消化作用和腸道健康

1.3.1提高消化酶的生理活性：Konstantinos Korompokis等用核磁共振（NMR）對燕麥β-葡聚糖的結(jié)構(gòu)特征和膽汁酸結(jié)合能力進行了深入分析后，證實了燕麥β-葡聚糖與消化酶和膽汁酸存在相互作用影響，且會提高二者的生理活性。Ming Zhu等研究了β-1，3-葡聚糖對泥鰍的生長性能及非特異性免疫功能的影響。通過采用四種飲食補充三種不同梯度濃度水平的β-1，3-葡聚糖（0.5g/kg、1.0g/kg和2.0g/kg），并測定了泥鰍的生長指標、腸道消化酶活性、PO、SOD和GPX活性、紅細胞數(shù)、紅細胞吞噬率、溶菌酶活性及對嗜水氣單胞菌的抗性。結(jié)果表明，膳食β-1，3-葡聚糖可以提高上述生長指標和活性指標。

1.3.2參與腸道免疫：Adil Gani等人研究表明，β-葡聚糖可以作為益生菌的腸道輸送載體。他們將酪乳桿菌、嗜酸乳桿菌和雙歧桿菌分別β-葡聚糖基質(zhì)中，且發(fā)現(xiàn)β-葡聚糖基質(zhì)可以隨著腸道PH環(huán)境調(diào)節(jié)，對上述益生菌的活力起到很好的延時作用。燕麥β-葡聚糖主要影響盲腸和結(jié)腸中的促炎性細胞因子MCTl的表達，調(diào)節(jié)仔豬腸道環(huán)境，促進腸道健康。

1.3.3調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)環(huán)境：杜亞軍發(fā)現(xiàn)，燕麥β-葡聚糖對腸道益生菌雙歧桿菌和嗜酸乳桿菌有顯著的選擇性促進生長作用，且對大腸桿菌沒有明顯促生長作用，說明燕麥β-葡聚糖對腸道健康有很大幫助作用。

Silva等，驗證了β-D-葡聚糖和谷氨酰胺對阿糖胞苷/ara-c的有益作用，在評估了白細胞的DNA損傷、白細胞圖和腸隱窩細胞的有絲分裂指數(shù)之后，證實了用β-D-葡聚糖治療可以保護白細胞免受由ara-c誘導(dǎo)的DNA斷裂，且證明了β-D-葡聚糖和谷氨酰胺的聯(lián)合使用有利于腸道微生態(tài)環(huán)境。

1.4抗氧化作用：Yuntao Liu等人利用紫外誘變技術(shù)結(jié)合EMS誘變處理了梭柄松苞菇菌絲體，并從新產(chǎn)生的菌絲多糖中分離得到B一葡聚糖，證實了它對CC14誘導(dǎo)的肝細胞損傷的保護，通過調(diào)節(jié)抗氧化活性、自由基清除作用和減輕脂質(zhì)氧化來實現(xiàn)，其中1，6-β-葡聚糖可能發(fā)揮重要作用。

1.5療傷作用：YunWang等聯(lián)合應(yīng)用了β-葡聚糖與農(nóng)藥隱球菌唑，并改進了對蘋果收割后腐爛和機械性損傷預(yù)防保護的技術(shù)。Jong-Seok Park制備了水凝膠狀態(tài)的β-葡聚糖，并在隨后證實了鹽酸米諾環(huán)素（MH）載β-葡聚糖水凝膠具有良好的預(yù)防細菌入侵和治療傷口的能力。

1.6抗菌作用

1.6.1抗真菌作用：申旺、葉麗燕等，在對侵襲性真菌感染（IFI）患者的診療過程中，采用免疫比濁法檢測各組的血漿（1，3）-β D-葡聚糖水平，并對WI患者的血液和可疑分泌物展開真菌培養(yǎng)實驗;同時采血檢測上述WI患者抗真菌治療后第7天和第14天的血漿（1，3）-βD-葡聚糖水平。結(jié)果表明，血漿（1，3）-β-D葡聚糖對重癥侵襲性真菌感染的診療，具有重要的臨床價值。

1.6.2抑制腸道有害菌：燕麥β-葡聚糖及燕麥β-葡聚糖大豆分離蛋白混合體系，可以明顯抑制金黃色葡萄球菌、酵母菌和大腸菌群。此外，還有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，燕麥B_葡聚糖可以降低腸道和糞便中的大腸菌群數(shù)量。

1.7減肥作用：孫鑫娟等在建立秀麗線蟲肥胖模型的基礎(chǔ)上，分別以不同濃度的經(jīng)發(fā)酵的大麥β-葡聚糖LFBG和未經(jīng)發(fā)酵的大麥β-葡聚糖RBG處理線蟲，通過油紅0染色和熒光定量PCR法分析線蟲體內(nèi)脂肪含量變化及可能機制。研究過程發(fā)現(xiàn)，LFBG和RBG均能顯著提高線蟲的運動行為能力，從而增加線蟲的能量消耗。研究表明，LFBG比RBG更能更能減少秀麗隱桿線蟲的脂肪沉積。

1.8食品防腐作用：邱然等發(fā)現(xiàn)，大麥DPPH、ABTS、還原力、總多酚和LOX等抗氧化指標與總酸、糖化力、總蛋白、可溶性蛋白、AN、脆度和B一葡聚糖含量等七個常規(guī)指標具有非常顯著的相關(guān)性（p<0.01），在制麥過程中適當(dāng)提高這些抗氧化性指標對提高麥芽品質(zhì)是有利的。

1.9臟器保護作用：燕麥β-葡聚糖通過調(diào)控膿毒癥大鼠小腸損傷基因的表達，保護小腸上皮免受膿毒癥的損傷。燕麥β-葡聚糖可有效改善糖尿病腎病大鼠腎功能，降低血清尿素氮和尿酸含量，減緩腎臟組織結(jié)構(gòu)損傷，從而保護腎臟。

2制備方法

2.1美拉德反應(yīng)法：Lei Zhong等采用了共軛物紅外光譜分析法證明了燕麥熟化加工工藝中美拉德反應(yīng)對β葡聚糖的合成促進作用，并在控制干燥加熱條件下，通過美拉德反應(yīng)制備了平菇β-葡聚糖。Tao Sun通過通過燕麥β-葡聚糖與氨基酸/肽的美拉德反應(yīng)制備了燕麥β-葡聚糖-氨基酸/肽結(jié)合物。

2.2堿醇提取法：Noe Medina-Cordova等，從真空下冷凍干燥48h至72h的放線菌中提取出葡聚糖。操作方法為：每2g干燥放線菌生物體，加40ml的3%NaOH，并保持在100°C水浴3小時，室溫（RT）下保存一夜。將懸浮液以8000rpm離心15分鐘以收集不溶性物質(zhì)，重新加40m1的3%NaOH。重復(fù)上述步驟一次，加入當(dāng)量濃度為0.5N溫度為75°C下的冰乙酸放置6小時后，離心分離（8000轉(zhuǎn)份，15分鐘）。將不溶性部分重新懸浮在乙醇中，煮沸后再次離心。此步驟重復(fù)三次。最后，用蒸餾水徹底清洗收集的部分，然后凍干48h制備了β-葡聚糖，并在后續(xù)實驗中證明了此種方法提取的β-葡聚糖可以通過促進白細胞的細胞活力、吞噬活性、抗氧化免疫反應(yīng)和免疫相關(guān)基因表達來調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)。

2.3氯仿甲醇提取法：Liana Inara de Jesus等以白樺剝管菌為原料，采用熱水浸提法從白樺剝管菌子實體中提取了水溶性β-D-葡聚糖。購買市售的新鮮野生白樺剝管菌子實體，展開三組平行實驗。每組分別用氯仿甲醇（2：1v/v）在60°C、3h下，將127g白樺剝管菌子實體從干燥、碾碎后進行第一步的提取，以去除無脂蛋白化合物。之后將殘余物干燥并連續(xù)進行6h的冷熱水萃取，將每種水萃取物蒸發(fā)至小體積，并通過添加乙醇（3：1v/v）沉淀多糖，并在10°C、8000rpm轉(zhuǎn)速下離心20分鐘，將水溶性β-D-葡聚糖與不可溶部分分-離，隨后減壓濃縮，并凍干。然后對提取的β-D-葡聚糖進行凍融和透析。細胞在體外劃痕試驗結(jié)果，表明了β-D-葡聚糖的傷口愈合能力和生物活性。

2.4酶醇提取法：Huan Guo等，將青稞面粉與水50g：500mL制成混合液，加入80%（v/v）乙醇，在80°C下保持2h，使酶失活，去除大部分小分子。隨后，水溶性用1000mL蒸餾水提取β-葡聚糖2h，提取溫度設(shè)為50°c，以防止淀粉糊化，重復(fù)提取兩次。離心后（4000xg的離心力下離心15分鐘），混合濃縮上清液，經(jīng)真空下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器處理至原體積的1/3后，將熱穩(wěn)定的a-淀粉酶（20U/m1）加入上清液中，在90°c下去除淀粉5h，再添加淀粉酶（10U/m1），40°C下去除淀粉3h?；虿捎眉尤胍让福?U/m1）、在40°C下去除蛋白質(zhì)8h的方式，6000xg離心力離心15min后，取上清液與三倍體積的95%乙醇（v/v）在4°c下過夜，沉淀用80%L醇（v/v）洗滌三次，然后在60°C下將沉淀重新溶解在蒸餾水中。離心后，上清液轉(zhuǎn)移到Amicon超離心過濾裝置，3500xg離心力下離心25min以去除分子量小于3kDa的化合物。重復(fù)超離心過濾操作三次。最后制成了冷凍干燥的可溶性B一葡聚糖。

2.5酶解法：陳子賢等研究了泡盛曲霉（Aspergillusawamori）一種β-1，3-1，4-葡聚糖酶（AaBglu29）的純化、性質(zhì)及其水解燕麥麩皮制備β-葡聚糖。粗酶液采用硫酸銨沉淀、QSFF強陰離子柱和DEAE-52弱陰離子柱層析3步純化后得到電泳級純酶，最適催化條件為pH 5.0，55℃。隨后采用該酶水解燕麥麩皮產(chǎn)生葡三糖和葡四糖，經(jīng)優(yōu)化，當(dāng)?shù)孜镔|(zhì)量分數(shù)為5%，加酶量為100U/g時，于50℃、pH 5.0條件下水解4h，β-葡聚糖轉(zhuǎn)化率可達90%。AaBglu29優(yōu)良的酶學(xué)特性使其在食品和飼料工業(yè)具有較大的應(yīng)用潛力。

2.6超高壓酶醇提取法：王謙等，將青稞粉碎到80目的細度，加水充分混合攪拌，采用正交試驗法，分別設(shè)立pH9.5、10.0和10.5，混合均勻，置于雙層塑料袋中真空封口，然后放入超高壓裝置的壓力腔內(nèi)，分別設(shè)置380MPa、400MPa和420MPa的壓力條件下以及4.0min、4.5min和5min的給壓時間對水溶青稞粉進行處理，升溫到50°C后用a-淀粉酶去淀粉，離心取上清液，調(diào)pH至中性，于蒸發(fā)濃縮后加入濃縮液3倍體積的95%的乙醇，在4℃下靜置12h，收集沉淀，冷凍干燥，得到β-葡聚糖粗提物。用上述方法優(yōu)化超高壓提取β-葡聚糖的最佳工藝條件為固液比1：10（g/mE）、pH 10.5、壓力400MPa、給壓時間4.5min。該提取條件下，β-葡聚糖的得率可達3.72%。

3結(jié)語

隨著對β-葡聚糖生理活性及獲得方法研究的不斷深入，人們逐漸發(fā)現(xiàn)，β-葡聚糖能抗氧化、提高免疫力、降低血糖上升速度、參與非特異性免疫過程調(diào)節(jié)、抑制糖尿病并發(fā)癥（如糖尿病腎?。?、促進腸道健康、抗真菌、幫助食品防腐等。這些在對我們研發(fā)β-葡聚糖類食品方面將會有很大啟發(fā)。β-葡聚糖以其多重的有益作用、多樣的制取方法，將會打開更大的市場空間和研究前景。今后，β-葡聚糖將作為一種新型食品營養(yǎng)強化劑，發(fā)揮出它巨大的潛力。