葡聚糖(Dextran),又名右旋糖酐。是由葡萄糖組成的一種多糖,分子式為(C6H10O5)n。淀粉、糖原、纖維素、右旋糖苷都是一些來源不同或糖苷鍵不同的葡聚糖。是呈白色至灰白色吸濕性固體,無臭,無味,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,蔗糖中果糖釋放出來,葡萄糖部分相互聚合而形成葡聚糖。在pH為4.5~7,溫度在4~40℃條件下保藏數年不會發生分子降解。
葡聚糖廣泛分布于動物、植物和微生物中。葡聚糖存在于某些微生物在生長過程中分泌的黏液中,隨著微生物種類和生長條件的不同,葡聚糖結構也有差別。其一般可根據分子中葡萄糖單位結合方式和葡萄糖分子的數量不同進行分類,可分為多種,如α-型和β-型或中分子、低分子和小分子量葡聚糖。
葡聚糖在在食品工業中可作濕潤劑、填充劑等;在醫藥領域可作代血漿、藥劑輔料、通便劑,同時還具有抵抗病菌的作用;在高科技生物技術中可用作分離蛋白質、脫氧核糖核酸等;在化妝品工業中可以應用到洗護、美妝等相關產品,起到保濕、修復、抗感染的作用;在漁業養殖中,葡聚糖能增強魚體抗感染能力;在飼料工業中時,葡聚糖可減少抗生素使用,使動物的免疫功能極大提高;在石油工業中,葡聚糖可作為油井鉆泥的添加劑,有利于在井壁上形成薄層,用于二次采油;在精細化工中,葡聚糖可用于生產高黏度膠水、炸藥。
發展歷史
1820年,在甜菜和甘蔗糖廠中存在糖汁自然發酵而產生高黏液的現象,以致增加過濾的困難和影響結晶工序的操作。這是較早期在制糖工業中發現的葡聚糖對制糖作業不良跡象。
1861年,路易斯·巴斯德(Pasteur)首先提到有兩種發酵的黏液,系由不同的酶引起。同時,杜林(Durin)亦認為黏液是由樹膠質和Sc纖維素組成的。直到1869年,才由沙伊布勒(Scheibler)發現制糖過程中所產生的黏液,真正的組分為葡聚糖式的多聚糖,命名為多縮葡萄糖即葡聚糖。詳細研究葡聚糖的結構是從1930年開始,作為代血漿而確立了它的應用地位。
1961年里吉(Riggi)確定了酵母聚糖中這種活性成分是葡聚糖。酵母葡聚糖是第一個被發現具有免疫活性的葡聚糖,該發現開創了葡聚糖作為免疫活性物質研究的新紀元。到了20世紀60年代后期,對鏈球菌所合成的不溶性多糖類的分解進行了進一步研究以防治齲病。特別值得一提的是β-(1,3) -葡聚糖不僅具有免疫功能,而且具有抗腫瘤的活性。早在1957年,本·塞魯夫(Ben- cerruf)和塞貝斯(Sebes)就發現了靜脈注射來自酵母細胞壁的酵母聚糖對吞噬細胞活性有影響。
1969年理查德(Chihard)等人又從香菇中分離得到了香菇多糖,并證明了它的抑瘤作用。從單細胞和多細胞真菌以及植物中制備了各種葡聚糖,并評價它們的免疫活性和抗腫瘤能力。但因葡聚糖種類繁多,結構復雜,已經認識并利用較好的為數不多。1980年以后,它的天然性、性能的優越性、用途的廣泛性以及資源的豐富易得等使得其應用更為廣泛。因此,世界各國特別是美、日等首都開展了從篩選菌種到生產應用的多門類、多學科的研究。
20世紀90年代初,國際上已有Hoe/ Bay 946、云芝蛋白聚糖(PSK)、裂褶菌多糖和香菇多糖等應用于臨床。中國臨床研究結果表明香菇多糖、茯苓多糖在治療慢性乙型肝炎中有一定的療效。2005年,瑞貝爾(Reverber)等報道香菇(Lentinusedodes)中的多糖提取物能夠抑制寄生曲霉(A. parasiticus)產生黃曲霉毒素。研究表明很可能是多糖提取物中的β-葡聚糖激活了與氧化脅迫反應相關的轉錄因子hsf-2,并且延遲了黃曲霉毒素產生相關基因afIR和nor A的轉錄。2006年, 扎利克(Zjalic)等發現白腐菌(Trametes versicolor)產生的β-葡聚糖也能夠抑制黃曲霉毒素的合成,再次展現了β-葡聚糖在黃曲霉毒素控制中的應用前景。
分布
在動物中,葡聚糖存在于動物組織中。
在植物中,葡聚糖存在于稞麥、大麥、葡萄等多種植物中。也是植物的細胞壁組分(纖維素)。
在微生物中,葡聚糖存在于某些微生物在生長過程中分泌的黏液,是牙菌斑的主要成分。同時,葡聚糖還廣泛存在于真菌細胞壁中,不存在于細菌、病毒和人類細胞中,在人的體液、血液和組織中能被檢測,是一種真菌廣譜循環標志物。
理化性質
物理性質
葡聚糖為白色至灰白色吸濕性固體,無臭,無味,熔點為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。與蔗糖一樣,葡聚糖水溶液是典型的牛頓液體。在相同條件下,葡聚糖水溶液的黏度比蔗糖稍高。葡聚糖無定形粉末在溫度高于130℃時融化,冷卻后形成一種透明的玻璃狀物質,有著與硬糖相似的脆性結構,但與糖不同的是葡聚糖不會形成晶體。對葡聚糖和N型、K型葡聚糖在25 ℃、45 ℃和60 ℃下觀察,它們可以穩定地保存90天以上。只有N型葡聚糖在更高的溫度下色澤加深,溫度越高加深速率越快。
化學性質
水解
葡聚糖水解能產生葡萄糖的有機高分子化合物性多糖類。高分子葡聚糖能被水解成幾種不同相對分子質量的水解產物。由于相對分子質量大小的不同,在濃度不同的乙醇溶液中溶解度也不一樣,相對分子質量愈大,溶解度愈小。劃分工藝就是根據這個特性,劃分出中、低、小等不同相對分子質量的葡聚糖。
與金屬鹽反應
葡聚糖在水溶液中與金屬鹽反應,用乙醇沉淀可制備葡聚糖重金屬配位化合物,如右旋糖酐鐵和銻的衍生物,葡聚糖還可以與三氯化鐵反應形成絡合物右旋糖酐鐵[C6H10O5·Fe(OH)3]n。
酯化反應
右旋糖酐硫酸酯鈉是葡聚糖與鹽酸、吡啶、氯磺酸、氫氧化鈉發生化學反應形成的。化學方程式如下:
分類
按分子中葡萄糖單位結合方式不同分類
按分子中葡萄糖單位結合方式不同,可分為多種,如α-型和β-型。α-葡聚糖主要由α-葡萄糖以α-1,6糖苷連接,支鏈以α-1,3-糖苷鍵連接。通常所說葡聚糖是β-型。β-型葡聚糖常見的有β-1,3D,β-1,4D,β-1,6D三種類型。β-葡聚糖的結構中含有β-1,3和β-1,4兩種糖苷鍵,其中大多數是通過β-1,3結合,這是葡萄糖鏈連接方式。β葡聚糖中β-1,3和β-1,4-糖苷鍵的排布無一定的規則,但通常是由β-1,4-糖苷鍵連接葡萄糖形成纖維三糖和纖維四糖,它們再通過β-1,3-糖苷鍵相互連接成直鏈多聚體形式的β-葡聚糖。β-型葡聚糖有較強的持水能力和增強黏度。
按葡萄糖分子的數量不同分類
按葡萄糖分子的數量不同分類,可分為中分子(平均分子量7萬)、低分子量(平均分子量2~4萬)和小分子量葡聚糖(平均分子量1萬)。
應用領域
醫藥領域
葡聚糖可用作血漿替代物,提高血漿膠體滲透壓,補充血容量,有助于微循環的改善和利尿。百分之六的葡聚糖溶液,是一個比較理想的血漿代用品,其效果和真血漿相近。商品血漿代用品是部分水解后的葡聚糖,溶于生理鹽水。葡聚糖在藥劑中常用作穩定劑、保護劑、水溶性藥物直接壓片時的輔料、掩蓋劑、粘合劑、緩釋材料、前體藥物制劑專業的載體材料等。葡聚糖也可作為通便劑。
β-葡聚糖能夠抑制黃曲霉菌產毒,在動物體內能夠吸附毒素減少機體對AFB1的吸收,同時β-葡聚糖能夠增強水產新型冠狀病毒疫苗功效、抵御傳染性細菌進攻、增強對寄生蟲抵抗力等效用。
食品工業領域
葡聚糖可作為一種濕潤劑,防止或減緩含濕食品的不良變化,能使食品既不脫水也不吸水。在糖果和焙烤食品中,葡聚糖可調節貯存過程中水分吸收或喪失的速率。葡聚糖通常用作填充劑,但由于它的濕潤特性和組織結構特性,因此也可作為模擬脂肪。它可部分或全部地替代糖和脂肪,在降低食品能量的同時,能保持食品原有的風味和質感。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熱值食物。
化妝品領域
酵母葡聚糖可以應用到洗護、美妝等相關產品中,起到保濕、修復、抗感染的作用。
養殖領域
在漁業養殖中,葡聚糖能激發補體、溶菌酶及巨噬細胞的活性,增強魚體抗感染能力。同時葡聚糖有改善機體微循環的功能。
酵母葡聚糖應用于飼料工業中時,可替代抗生素,減少抗生素使用。使動物的免疫功能極大提高,提高飼料轉化率,促進動物的生長發育。
其他領域
在石油工業領域,葡聚糖可作為油井鉆泥的添加劑,加入2%左右的葡聚糖能阻止泥表面水分損失,有利于在井壁上形成薄層,用于二次采油。
葡聚糖可制成交聯葡聚糖凝膠,已廣泛應用于分子篩色譜技術中,還可用于生產高黏度膠水、炸藥。在高科技生物技術中,層析用葡聚糖凝膠Sephadex及用于分離蛋白質、脫氧核糖核酸等的DEAE-Eephadex等。
結構
葡聚糖為中性多糖,分子式為(C6H10O5)n,其主要結構是α-D葡萄糖()鏈連接起來的主鏈,在某些C3位上連接有支鏈,支鏈長度大多為1~2個葡萄糖單位,主鏈上帶支鏈的程度約為5%。
制備
由蔗糖合成葡聚糖
正在培養生長的腸膜狀明串珠菌、戊糖明串珠菌(L.dextranicum)和Betabacterium vermifore,能從蔗糖合成葡聚糖。Hehre及其同工作者報導明串珠菌的無細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證明有些醋酸桿菌,如粘稠醋酸桿菌(醋桿菌屬 viscosum)能合成葡聚糖。這些細菌不同于腸膜狀明串珠菌,它們不能由蔗糖合成多糖,必需以糊精作為特定的底物。催化這一反應的酶,葡聚糖糊精酶(dextrandextrinase),已從細菌細胞獲得。
測定
高效液相色譜法
采用高壓水解-HPLC法測定酵母葡聚糖中葡聚糖含量,確定了最佳的水解方法,并采用凝結多糖(直鏈β-1,3-D-葡聚糖)作為對照品,對測定結果進行校正,方法快速、簡單,測定結果準確。
Rober's銅方法
分子質量大于10000u的多糖經80%乙醇沉淀后,加入堿性銅試劑,選擇性地從其他有機高分子化合物物質中沉淀出葡聚糖,沉淀部分與苯酚H2SO4反應,生成有色物質,在485nm條件下,有色物質的吸光度值與葡聚糖濃度成正比。
膳食來源
來源
富含葡聚糖的食物有野生靈芝、稞麥、苦蕎、大麥、豆類、菌菇、玉米、燕麥等。
膳食建議
成人日均從食物攝入的β-葡聚糖絕對不能低于3g。一般來說,為了獲得降低5%血清膽固醇水平的效果,將需要3g的β-葡聚糖,相當于要攝食60g粗燕麥,或者40g燕麥麩皮。一種含有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-葡聚糖在燉煮時易溶于水,因此可以做成燉菜或湯類。連湯帶料吃下去,攝取會更加充分。
代謝
葡聚糖40在體內停留時間較短,半衰期約3小時。部分以原型經腎排泄。1、24小時分別排出30%、60%,少量由腸道排泄。
功效作用
目前應用較廣泛的主要是酵母β-葡聚糖和燕麥β-葡聚糖。葡聚糖對人體和動物的功效作用如下:
(1)提高機體抵抗病毒、細菌等感染的能力。
(2)有效調整體內消化道的微生態,促進體內有益菌的增殖及腸道內有害物的排泄。
(3)能降低體內膽固醇含量,可降低體內低密度脂蛋白含量,并增加高密度脂蛋白的含量。
(4)有效改善末梢組織對胰島素的感受,降低對胰島素的要求,促進葡萄糖恢復正常,對糖尿病有明顯的抑制和預防作用。
(5)刺激皮膚細胞活性,增強皮膚自身的免疫保護功能,高效修護皮膚,減少皮膚皺紋產生,延緩皮膚衰老。
(6)增強動物對病菌的抵抗能力,促進其生長,提高動物的生產性能及飼料利用率。
注意事項
通常,從食品中可能攝入葡聚糖的數量,都能為人體所耐受,不會引起什么不良反應。與山梨醇及其他多元醇,如應用在很多新產品中的麥芽糖醇、乳糖醇和異麥芽糖醇等相比,葡聚糖所引起的腸胃問題,可以說是十分微小的。這已在實踐中為許多重要的食品公司和糖尿病協會所證實。已有許多國家批準葡聚糖作為食品添加劑應用在各類食品中。但是,葡聚糖不能應用在嬰兒或兒童的專用食品中。
參考資料 >
Dextran.pubchem.2024-06-05
葡聚糖.知網空間.2025-06-01