β-葡聚糖是由葡萄糖单体通过β-葡萄糖苷键连接组成的多糖,主要存在于谷物(大麦和燕麦)、酵母和蘑菇中。β-葡聚糖的一些生理功能已得到证实,因此,其在生物医学、制药、食品和化妆品行业的开发和利用受到越来越多的关注。含有β-葡聚糖的食品和膳食补充剂非常受欢迎。


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β-葡聚糖 采用试剂盒测定β葡聚糖含量 干样/鲜样 钟鼎QQ技术支持

β-葡聚糖分类

β-葡聚糖是由d-葡萄糖单体通过β-糖苷键连接而组成的大分子多糖,广泛存在于植物和微生物中。最常见的β-葡聚糖包括谷物β-葡聚糖、酵母多糖(MG)、香菇多糖、裂皱菌多糖(SPG)、云芝孢内多糖 (PSK)和葡聚糖倍他非丁 (PGG)。不同来源的β-葡聚糖会导致不同的结构和理化性质。β-葡聚糖的侧链长度和分布的结构变化主要由来源和提取方法决定。然而,最佳的提取方法取决于β-葡聚糖的结构和来源。


β-葡聚糖的结构

β-葡聚糖通常是谷物、真菌(包括酵母菌和蘑菇)、一些细菌和海藻中细胞壁的主要成分。天然地,谷物中的β-葡聚糖由β-(1→3)和(1→4)键组成。然而,来自真菌和细菌的β-葡聚糖则由β-(1→3)和(1→6)键组成。谷物是β-葡聚糖的主要来源,是β-葡聚糖的生产。小麦中β-葡萄糖含量约为1%,燕麦为3-7%,大麦为5-11%。谷物中的β-葡聚糖是d-葡萄糖残基的线性同多糖,具有β-(1→3)和β-(1→4)键,显示了三聚体与四聚体的比例和(1→3)与(1→4)键的结构变化。谷物β-葡聚糖由于其结构的多样性,在水中仅表现出部分溶解度。例如,含有相邻β-(1→4)键块的β-葡聚糖可以通过链间聚集表现出较低的溶解度。因此,除了可溶性膳食纤维的生理益处外,谷物β-葡聚糖也表现出典型的不溶性纤维的健康影响,如增加粪便量以缓解便秘和改善体重减轻。

(1→3)β-葡聚糖片段与(1→6)分支的结构

(1→3)β-葡聚糖片段与(1→6)分支的结构


在微生物中,β-葡聚糖由通过β-(1→3)链连接的葡萄糖残基的线性中心主链组成,通常包含通过β-(1→6)链连接的不同大小的葡萄糖侧链。平均而言,β-(1→3)主链残基发生β-(1→36)取代。

(1→3)β-葡聚糖片段与(1→6)分支的结构

由(1→4)链由(1→3)链分离的β-葡聚糖片段的结构


一般来说,从不同来源获得的β-葡聚糖有不同的结构,但所有的似乎都是由链间氢键稳定的右手三螺旋结构。对于真菌来说,β-葡聚糖贡献了细胞壁的一半质量。从微生物中提取的β-葡聚糖通常具有多种生物活性。据报道,真菌β-葡聚糖对某些疾病有效,包括癌症、各种微生物感染、高胆固醇血症和糖尿病。

β-葡聚糖的应用

β-葡聚糖通常分为可溶性和不可溶性形式,这与聚合度(DP)有关。DPs高于100的β-葡萄糖通常完全不溶于水。可溶性和不溶性β-葡聚糖的应用涵盖了日常生活的大部分方面。例如,β-葡聚糖由于其增稠作用而被用于饮料中调整溶液的稠度,并作为牛奶、酸奶和面包中的食品添加剂来减少能量摄入和降低胆固醇。更重要的是,β-葡聚糖被用作生产营养和健康产品的功能成分。β-葡萄糖也被添加到一些药物配方中,以探索在制药工业中具有补充功能的新药物。此外,β-葡聚糖因其保湿、抗衰老和伤口愈合作用而被应用于化妆品中。β-葡聚糖发挥着重要的作用,特别是在健康食品和药品中,因为它们具有众所周知的有益作用,包括免疫调节、抗肿瘤活性、降低血清胆固醇和葡萄糖,以及预防肥胖。食品营销研究所(FMI)报告,2014年,含有β-葡聚糖的保健和膳食补充剂产品占全球β-葡聚糖市场份额的33.7%。

物理化学性质

β-葡聚糖的营养和保健功能通常与其理化性质有关。这些性质,如溶解度、粘度和凝胶化,是由它们的分子特征决定的。包括分子量(MW)和结构。不同的温度和浓度也会导致不同的生理功能。例如,超声波从一种药用真菌中降解的β-葡聚糖显示出与壳聚糖和尿素相当的优良的吸湿能力。

β-葡聚糖的结构特征,特别是β-(1→3)与β-(1→4)键或β-(1→3)与β-(1→6)键的比值,是粘度和溶解度的重要决定因素。一般来说,粘度由溶液中的分子量和浓度直接控制。高分子量的燕麦β-葡聚糖具有高粘度,限制了其应用。此外,可溶性β-葡聚糖似乎比不可溶性β-葡聚糖更有利于人体健康,因为后者往往只作为一种膳食纤维对健康产生影响。

同时,通过调整分子量组分的比例,可以控制β-葡聚糖凝胶的结构性质和熔融曲线。流变特性有助于确定β-葡聚糖的颗粒径。从燕麦、小麦和大麦中提取的β-葡聚糖具有不同的MWs,受结构特征和聚合程度的影响,多分散指数和粘度的趋势相反。分子量是导致所观察到的行为的原因。高分子量谷物的β-葡聚糖主要表现出粘性流动行为,而可以观察到凝胶化,特别是在低分子量材料的溶液中。不同来源的相似的β-葡聚糖具有相似的流动粘度行为,但完全不同的凝胶性质,结构中(1→3)连接纤维三糖单位的比例更高,导致谷物β-葡聚糖的凝胶化速度更快。

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