葡聚糖

以葡萄糖为单糖组成的同型多糖

葡聚糖(Dextran),又名右旋糖酐。 是由葡萄糖组成的一种多糖, 分子式 为(C 6 H 10 O 5 ) n。 淀粉、糖原、纤维素、右旋糖苷都是一些来源不同或糖苷键不同的葡聚糖。 是呈白色至灰白色吸湿性固体,无臭,无味,易溶于水,不溶于乙醇。 葡聚糖是由葡聚糖 蔗糖 酶催化蔗糖而合成的。在酶催化下,蔗糖中果糖释放出来,葡萄糖部分相互聚合而形成葡聚糖。 在pH为4.5~7,温度在4~40℃条件下保藏数年不会发生分子降解。

葡聚糖广泛分布于动物、植物和微生物中。 葡聚糖存在于某些微生物在生长过程中分泌的黏液中,随着微生物种类和生长条件的不同,葡聚糖结构也有差别。 其一般可根据分子中葡萄糖单位结合方式和葡萄糖分子的数量不同进行分类,可分为多种,如α-型和β-型或中分子、低分子和小分子量葡聚糖。

葡聚糖在在食品工业中可作湿润剂、填充剂等; 在医药领域可作代 血浆 、药剂辅料 、通便剂 ,同时还具有抵抗病菌的作用 ;在 高科技 生物技术 中可用作分离 蛋白质 、 脱氧核糖核酸 等; 在化妆品工业中可以应用到洗护、美妆等相关产品,起到保湿、修复、抗感染的作用; 在 渔业 养殖中,葡聚糖能增强鱼体抗感染能力; 在饲料工业中时,葡聚糖可减少抗生素使用,使动物的免疫功能极大提高; 在石油工业中,葡聚糖可作为 油井 钻泥的添加剂,有利于在井壁上形成薄层,用于二次采油; 在精细化工中,葡聚糖可用于生产高黏度胶水、炸药。

发展历史

1820年,在 甜菜 和 甘蔗 糖厂中存在糖汁自然发酵而产生高黏液的现象,以致增加过滤的困难和影响结晶工序的操作。这是较早期在 制糖 工业中发现的葡聚糖对制糖作业不良迹象。

1861年, 路易斯·巴斯德 (Pasteur)首先提到有两种发酵的黏液,系由不同的酶引起。同时,杜林(Durin)亦认为黏液是由树胶质和Sc 纤维素 组成的。直到1869年,才由沙伊布勒(Scheibler)发现制糖过程中所产生的黏液,真正的组分为葡聚糖式的 多聚糖 ,命名为多缩葡萄糖即葡聚糖。详细研究葡聚糖的结构是从1930年开始,作为代 血浆 而确立了它的应用地位。

1961年里吉(Riggi)确定了酵母聚糖中这种活性成分是葡聚糖。酵母葡聚糖是第一个被发现具有免疫活性的葡聚糖,该发现开创了葡聚糖作为免疫活性物质研究的新纪元。到了20世纪60年代后期,对 链球菌 所合成的不溶性多糖类的分解进行了进一步研究以防治 龋病 。特别值得一提的是β-(1,3) -葡聚糖不仅具有免疫功能,而且具有抗肿瘤的活性。早在1957年,本·塞鲁夫(Ben- cerruf)和塞贝斯(Sebes)就发现了 静脉注射 来自 酵母细胞壁 的酵母聚糖对吞噬细胞活性有影响。

1969年理查德(Chihard)等人又从香菇中分离得到了 香菇多糖 ,并证明了它的抑瘤作用。从单 细胞 和多细胞真菌以及植物中制备了各种葡聚糖,并评价它们的免疫活性和抗肿瘤能力。但因葡聚糖种类繁多,结构复杂,已经认识并利用较好的为数不多。1980年以后,它的天然性、性能的优越性、用途的广泛性以及资源的丰富易得等使得其应用更为广泛。因此,世界各国特别是美、日等 首都 开展了从筛选菌种到生产应用的多门类、多学科的研究。

20世纪90年代初,国际上已有Hoe/ Bay 946、 云芝 蛋白聚糖 (PSK)、 裂褶菌 多糖和 香菇多糖 等应用于临床。中国临床研究结果表明香菇多糖、茯苓多糖在治疗 慢性乙型肝炎 中有一定的疗效。 2005年,瑞贝尔(Reverber)等报道香菇(Lentinusedodes)中的 多糖 提取物能够抑制 寄生曲霉 (A. parasiticus)产生 黄曲霉毒素 。研究表明很可能是多糖提取物中的β-葡聚糖激活了与氧化胁迫反应相关的 转录因子 hsf-2,并且延迟了黄曲霉毒素产生相关基因afIR和 nor A 的转录。2006年, 扎利克(Zjalic)等发现 白腐菌 (Trametes versicolor)产生的β-葡聚糖也能够抑制黄曲霉毒素的合成,再次展现了β-葡聚糖在黄曲霉毒素控制中的应用前景。

分布

在动物中,葡聚糖存在于动物组织中。

在植物中,葡聚糖存在于 稞麦 、 大麦 、 葡萄 等多种植物中。 也是植物的 细胞壁 组分( 纤维素 )。

在微生物中,葡聚糖存在于某些微生物在生长过程中分泌的黏液,是 牙菌斑 的主要成分。同时,葡聚糖还广泛存在于真菌 细胞壁 中,不存在于细菌、病毒和人类细胞中,在人的 体液 、血液和组织中能被检测,是一种真菌广谱循环标志物。

理化性质

物理性质

葡聚糖为白色至灰白色吸湿性固体,无臭,无味, 熔点 为254 ℃。 其易溶于水,不溶于 乙醇 , 部分地溶于 丙三醇 和 丙二醇 。 具有高的比旋光度 。 与 蔗糖 一样,葡聚糖 水溶液 是典型的牛顿液体。在相同条件下,葡聚糖水溶液的黏度比蔗糖稍高。 葡聚糖无定形粉末在温度高于130℃时融化,冷却后形成一种透明的 玻璃 状物质,有着与硬糖相似的 脆性 结构,但与糖不同的是葡聚糖不会形成 晶体 。 对葡聚糖和N型、K型葡聚糖在25 ℃、45 ℃和60 ℃下观察,它们可以稳定地保存90天以上。只有N型葡聚糖在更高的温度下色泽加深,温度越高加深 速率 越快。

化学性质

水解

葡聚糖 水解 能产生葡萄糖的 有机高分子化合物 性多糖类。 高分子葡聚糖能被水解成几种不同相对分子质量的水解产物。由于相对分子质量大小的不同,在浓度不同的 乙醇 溶液中 溶解度 也不一样,相对分子质量愈大,溶解度愈小。划分工艺就是根据这个特性,划分出中、低、小等不同相对分子质量的葡聚糖。

与金属盐反应

葡聚糖在 水溶液 中与金属盐反应,用乙醇沉淀可制备葡聚糖重金属 配位化合物 ,如 右旋糖酐铁 和锑的 衍生物 ,葡聚糖还可以与 三氯化铁 反应形成络合物右旋糖酐铁[C 6 H 10 O 5 ·Fe(OH) 3 ] n 。

酯化反应

右旋糖酐 硫酸酯 钠是葡聚糖与 盐酸 、 吡啶 、 氯磺酸 、 氢氧化钠 发生化学反应形成的。 化学方程式 如下:

分类

按分子中葡萄糖单位结合方式不同分类

按分子中葡萄糖单位结合方式不同,可分为多种,如α-型和β-型。α-葡聚糖主要由α-葡萄糖以α-1,6 糖苷 连接,支链以α-1,3-糖苷键连接。 通常所说葡聚糖是β-型。β-型葡聚糖常见的有β-1,3D,β-1,4D,β-1,6D三种类型。 β-葡聚糖的结构中含有β-1,3和β-1,4两种糖苷键,其中大多数是通过β-1,3结合,这是葡萄糖链连接方式。β葡聚糖中β-1,3和β-1,4-糖苷键的排布无一定的规则,但通常是由β-1,4-糖苷键连接葡萄糖形成纤维 三糖 和纤维四糖,它们再通过β-1,3-糖苷键相互连接成直链多聚体形式的β-葡聚糖。 β-型葡聚糖有较强的持水能力和增强黏度。

按葡萄糖分子的数量不同分类

按葡萄糖分子的数量不同分类,可分为中分子(平均分子量7万)、低分子量(平均分子量2~4万)和小分子量葡聚糖(平均分子量1万)。

应用领域

医药领域

葡聚糖可用作血浆替代物 ,提高血浆 胶体渗透压 ,补充血容量,有助于 微循环 的改善和利尿。百分之六的葡聚糖溶液,是一个比较理想的血浆代用品,其效果和真血浆相近。商品血浆代用品是部分 水解 后的葡聚糖,溶于 生理盐水 。 葡聚糖在药剂中常用作 稳定剂 、保护剂、水溶性药物直接压片时的辅料、掩盖剂、粘合剂、缓释材料、 前体 药物制剂专业 的载体材料等。 葡聚糖也可作为通便剂。

β-葡聚糖能够抑制黄曲霉菌产毒,在动物体内能够 吸附 毒素减少机体对AFB 1 的吸收,同时β-葡聚糖能够增强水产 新型冠状病毒疫苗 功效、抵御传染性细菌进攻、增强对寄生虫抵抗力等效用。

食品工业领域

葡聚糖可作为一种湿润剂,防止或减缓含湿食品的不良变化,能使食品既不脱水也不吸水。在糖果和焙烤食品中,葡聚糖可调节贮存过程中水分吸收或丧失的 速率 。 葡聚糖通常用作填充剂,但由于它的湿润特性和组织结构特性,因此也可作为模拟脂肪。它可部分或全部地替代糖和脂肪,在降低食品能量的同时,能保持食品原有的风味和质感。 面包酵母 葡聚糖有脂肪和油的口感,可代替脂肪或油用于低热值食物。

化妆品领域

酵母葡聚糖可以应用到洗护、美妆等相关产品中,起到保湿、修复、抗感染的作用。

养殖领域

在渔业养殖中,葡聚糖能激发补体、 溶菌酶 及巨噬细胞的活性,增强鱼体抗感染能力。同时葡聚糖有改善机体 微循环 的功能。

酵母葡聚糖应用于饲料工业中时,可替代抗生素,减少抗生素使用。使动物的免疫功能极大提高,提高饲料转化率,促进动物的生长发育。

其他领域

在石油工业领域,葡聚糖可作为 油井 钻泥的添加剂,加入2%左右的葡聚糖能阻止泥表面水分损失,有利于在井壁上形成薄层,用于二次采油。

葡聚糖可制成交联葡聚糖凝胶,已广泛应用于 分子筛 色谱技术中,还可用于生产高黏度胶水、炸药。 在高科技 生物技术 中,层析用 葡聚糖凝胶 Sephadex及用于分离 蛋白质 、 脱氧核糖核酸 等的DEAE-Eephadex 等。

结构

葡聚糖为中性 多糖 , 分子式 为(C 6 H 10 O 5 ) n , 其主要结构是α-D葡萄糖( )链连接起来的主链,在某些C 3 位上连接有支链,支链长度大多为1~2个葡萄糖单位,主链上带支链的程度约为5%。

制备

由蔗糖合成葡聚糖

正在培养生长的肠膜状 明串珠菌 、 戊糖 明串珠菌(L.dextranicum)和Betabacterium vermifore,能从 蔗糖 合成葡聚糖。Hehre及其同工作者报导明串珠菌的无 细胞 提出物也能用蔗糖合成葡聚糖。

由淀粉糊精合成葡聚糖

Hehre和Hamilton证明有些 醋酸杆菌 ,如粘稠醋酸杆菌( 醋杆菌属 viscosum)能合成葡聚糖。这些细菌不同于肠膜状 明串珠菌 ,它们不能由蔗糖合成 多糖 ,必需以糊精作为特定的 底物 。 催化 这一反应的酶,葡聚糖糊精酶(dextrandextrinase),已从细菌 细胞 获得。

测定

高效液相色谱法

采用高压 水解 -HPLC法测定酵母葡聚糖中葡聚糖含量,确定了最佳的水解方法,并采用 凝结多糖 (直链β-1,3-D-葡聚糖)作为 对照品 ,对测定结果进行校正,方法快速、简单,测定结果准确。

Rober's铜方法

分子质量大于10000u的 多糖 经80% 乙醇 沉淀后,加入碱性铜试剂,选择性地从其他 有机高分子化合物 物质中沉淀出葡聚糖,沉淀部分与 苯酚 H 2 SO 4 反应,生成有色物质,在485nm条件下,有色物质的吸光度值与葡聚糖浓度成正比。

膳食来源

来源

富含葡聚糖的食物有 野生灵芝 、 稞麦 、 苦荞 、 大麦 、 豆类 、 菌菇 、玉米、燕麦等。

膳食建议

成人日均从食物摄入的β-葡聚糖绝对不能低于3g。 一般来说,为了获得降低5% 血清 胆固醇水平的效果,将需要3g的β-葡聚糖,相当于要摄食60g粗燕麦,或者40g 燕麦麸皮 。一种含有β-葡聚糖的食品具有健康效果,至少每次要有1g的β-葡聚糖量。 β-葡聚糖在炖煮时易溶于水,因此可以做成 炖菜 或汤类。连汤带料吃下去,摄取会更加充分。

代谢

葡聚糖40在体内停留时间较短,半衰期约3小时。部分以原型经肾排泄。1、24小时分别排出30%、60%,少量由肠道排泄。

功效作用

目前应用较广泛的主要是酵母β-葡聚糖和燕麦β-葡聚糖。葡聚糖对人体和动物的功效作用如下:

(1)提高机体抵抗病毒、细菌等感染的能力。

(2)有效调整体内 消化道 的微生态,促进体内 有益菌 的增殖及肠道内有害物的排泄。

(3)能降低体内胆固醇含量,可降低体内低密度 脂蛋白 含量,并增加 高密度脂蛋白 的含量。

(4)有效改善末梢组织对 胰岛素 的感受,降低对胰岛素的要求,促进葡萄糖恢复正常,对 糖尿病 有明显的抑制和预防作用。

(5)刺激皮肤 细胞 活性,增强皮肤自身的免疫保护功能,高效修护皮肤,减少皮肤皱纹产生,延缓皮肤衰老。

(6)增强动物对病菌的抵抗能力,促进其生长,提高动物的生产性能及饲料利用率。

注意事项

通常,从食品中可能摄入葡聚糖的数量,都能为人体所耐受,不会引起什么不良反应。与山梨醇及其他 多元醇 ,如应用在很多新产品中的 麦芽糖醇 、 乳糖醇 和异麦芽糖醇等相比,葡聚糖所引起的肠胃问题,可以说是十分微小的。这已在实践中为许多重要的食品公司和 糖尿病 协会所证实。已有许多国家批准葡聚糖作为 食品添加剂 应用在各类食品中。但是,葡聚糖不能应用在婴儿或儿童的专用食品中。

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