β-1，3-葡聚糖的应用

【背景及概述】^[1][2][3]

β-1，3-葡聚糖，中文别名热凝胶多糖；卡德兰；可德兰多糖；凝胶多糖；凝结多糖；可得然胶。β-1，3-葡聚糖是一类广泛存在于微生物、植物和动物体内的大分子多糖，主链结构由β- 1，3- 糖苷键连接，通常还含有不同比例和大小的β-1 ，3，β- 1，4，β- 1，6 键连接的支链，主要以细胞结构成分如细胞壁的形式存在，对异体宿主防御系统具有较强的诱导和活化作用。20 世纪40 年代，Pillemer 和Ecker 等发现酵母细胞中存在一种免疫刺激作用的活性物质，直到20 世纪60 年代，这一活性物质才被证实为β-1，3-葡聚糖。酵母β-1，3-葡聚糖能增强哺乳动物的免疫活力、抗细菌、抗病毒、抗真菌、抗寄生虫、降低胆固醇和血脂、促进伤口愈合等，是一种良好的生物效应调节剂。目前，由于β-1，3-葡聚糖具有明显的抗肿瘤功效，展示了它在药学领域的潜在应用价值，受到日益广泛的关注；但大多数 β-1，3-葡聚糖有水不溶性、黏度大的特征，其活性较低。因此研究制备水溶性β-1，3-葡聚糖具有重要意义。

【结构】^[1]

【提取】^[1][2]

目前国内外制备酵母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。

1.酸法提取

酸法提取是最早采用的酵母β- 1，3-葡聚糖提取方法。一般用不同浓度的醋酸在50～90 ℃温度条件下处理3～6 h，然后离心，沉淀用无水乙醇脱水，干燥即得成品。此法虽然产品得率高，但纯度低，产品中蛋白质和甘露聚糖含量高，需要进一步纯化。由于用此方法提取的成品纯度低，其应用受到一定程度的限制，近年来国外对此提取方法的报道很少。但若对成品β- 1，3- 葡聚糖的纯度要求不高，如作为饲料添加剂使用，其不失为一种经济有效的提取方法。

2.碱法提取

有报道碱法提取酵母β- 1，3-葡聚糖的方法：取5 g 啤酒干酵母，加1 mol/L NaOH 溶液100 mL，在90 ℃保温3 h，离心，沉淀物水洗3 次，离心，乙醇洗涤脱水，干燥即得葡聚糖产品。此法进行改进，采用二步碱处理方法进行提取，降低了碱处理时NaOH 溶液浓度，并提高了产品的纯度。方法是：次碱处理作用条件，NaOH 浓度3 % ，料液比6 v/w ，75 ℃保温3 h，离心收集沉淀物； 第二次碱处理作用条件，NaOH 浓度3 %，料液比4 v/w，100 ℃保温2 h，离心，水洗，脱水，干燥。进一步改进提取工艺，在碱处理后离心，沉淀用蒸馏水悬浮，再用盐酸调节pH 至4.5，离心，水洗，脱水，干燥。由于采用了酸性溶液洗涤，除去了部分酸溶性的糖元及β- 1，6- D- 葡聚糖，因而纯度又有所提高。碱法提取所得的产品得率稍低，纯度较高，但产品中还含有少量酸溶性糖元及β- 1，6- D- 葡聚糖。此法较适于对提取物纯度要求较高的产品，如食品和医药用途。

3.酸碱综合法提取

改进二步碱处理工艺为：取80 g 酵母细胞壁悬浮于1000 mL 4 % NaOH 溶液中，95 ℃保温1 h，离心，不溶物悬浮于2000 mL 3 % NaOH 溶液中，于75 ℃保温3 h，离心，不溶物再悬浮于蒸馏水中，加蒸馏水至2000 mL，用盐酸调节pH 至4.5，75 ℃保温1 h，离心，水洗，脱水，干燥。以上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。

4.酶- 碱法提取

酶-碱法提取酵母葡聚糖的方法： 取1.3 kg 酵母细胞壁，加蒸馏水8.8 L，用NaOH 调节pH 至7.0，在125 ℃保温搅拌5 h，冷却至室温，离心，水洗2 次，不溶物加蒸馏水至总体积10 L，用NaOH 调节pH 至10.5，加Savinases 酶7.5 mL，在45 ℃保温搅拌5 h，离心，不溶物水洗2 次，乙醇脱水，不溶物喷雾干燥。干燥方法的不同对颗粒型β- 1，3-葡聚糖微观结构的影响从而导致其粒度、形态、溶胀性等物理性质的差异，而这些物理性质的差异会影响β- 1，3-葡聚糖的免疫活性。研究表明，喷雾干燥所得的β-1，3-葡聚糖颗粒的免疫活性是冷冻干燥和溶剂交换干燥法的两倍，所以对提取物作为免疫剂使用采取喷雾干燥。国内学者对此提取方法进行了深入研究，用废酵母前处理后自溶，离心，沉淀物用蛋白酵母酶57 ℃处理24 h，离心，沉淀物再用2 % NaOH 在60 ℃处理3.5 h，离心，水洗，去脂，干燥。对此法进行改进，采用酵母泥前处理后自溶，分离后沉淀溶于水中，再经超声粉碎，然后进行酶、碱处理。由于超声波处理能促进细胞破碎，有利于细胞壁分离，有利于提高成品糖含量及得率，降低蛋白质含量。本实验室对此提取方法也做了较深入的研究，用啤酒酵母泥前处理后自溶，沉淀加碱性蛋白酶处理2 次，然后用低浓度的碱溶液进行长时间处理，得到了纯度较高的成品酵母β- 1，3- 葡聚糖。此法由于酶处理除去了大部分的蛋白质，因而可以降低后续碱处理过程中碱的浓度与用量，所以得到的β- 葡聚糖产品分子链完整，分子量高。而分子量与分子键的分支度会直接影响产品的生物活性，因而酶- 碱法是提取β- 1，3-葡聚糖的理想方法。

【应用】^[2]

1.在食品工业中的应用

β- 1，3-葡聚糖具有很高的粘性、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、粘结剂及乳化稳定剂应用于调味料、甜点等食品。由于β-1，3-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，研究表明，用β- 1，3-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、胶粘性、咀嚼性等质构以及总的可接受性；将β- 1，3-葡聚糖作为脂肪取代剂及乳

化稳定剂应用于蛋黄酱中，不但有效地保持蛋黄酱的乳化稳定性，而且还延长产品的贮存期。另外，β- 1，3-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。

2.在化妆品中的应用

现代科学技术的飞速发展和广泛应用给化妆品行业带来了全新的发展机遇，化妆品已从洁肤、润肤为目的的基础护肤品向延缓衰老、美化肤色为目的的功效型化妆品方向发展。由于β- 1，3-葡聚糖特有的生物学功能和理化特性如抗凝血、抗氧化、促进细胞增生、抑菌和吸水性能，可产生保湿、延缓衰老、促进上皮纤维成细胞增殖和美化肤色等多种功能。研究表明，羧甲基化β- 1，3-葡聚糖可降低皮肤暴露于UVA 区域时对辐射的敏感性，起防止皮脂中角鲨烯氧化的作用，且因其具有成膜性，还可发挥它的第二皮肤作用，有助于提供给皮肤细胞许多生化活性。羧甲基化β- 1，3-葡聚糖能增加皮肤的保湿性并能减弱表面活性剂对皮肤的损伤，并能提高角质层的更新速度和改善皮肤的紧密度。

3.动物养殖与饲料工业中的应用

酵母β- 1，3- 葡聚糖是一种很好的天然免疫增强剂，能提高机体的非特异性和特异性免疫作用，而开发并使用免疫增强剂以提高疫苗免疫效果，是改善动物健康状况的重要途径，在动物养殖与饲料工业中应用相当广泛。研究表明，对鲤鱼进行腹膜内注射可溶性酵母β- 1，3-葡聚糖可显著提高鲤鱼的特异性与非特异性免疫功能。用β- 1，3-葡聚糖作为抗生素替代物添加于猪、鸡等畜禽日食粮中，能显著提高这些畜禽的体液免疫和细胞免疫功能，并促进畜禽生长，提高饲料价值。研究表明近20 年来，国内外各类多糖药物不断进入临床用于多种疾病的治疗，主要集中在抗感染、抗肿瘤、抗风湿、抗消化道溃疡和增进免疫功能等方面。衍生化的可溶性β- 1，3-葡聚糖对禽流感显示出很强的抗病毒性能，可以用来治疗或预防禽流感，β- 1，3-葡聚糖能诱导巨噬细胞产生白细胞介素- 2和一氧化氮，从而提高免疫力，对癌细胞的增殖具有很强的抑制活性，在医学上常用于预防和治疗免疫缺陷、癌症等疾病。β- 1，3- D-葡聚糖对小鼠水浸应激性胃溃疡、乙醇或阿司匹林损伤性胃溃疡、大鼠幽门结扎性胃溃疡和乙酸腐蚀性胃溃疡等有非常显著的预防或治疗作用。

【主要参考资料】

[1] 王英杰, 苏理, 兰文忠, & 赵双枝. (2014). 水溶性 β-1, 3-葡聚糖制备及应用研究的进展. 食品与药品, 16(3), 222-226.

[2] 黄国宏, 李科德, & 曾庆孝. (2006). 酵母 β-1, 3-葡聚糖研究进展. 釀酒科技, 2006(12), 100-103.

[3] β-1，3-葡聚糖的结构和功能