课程论文-新型食品添加剂-β- 葡聚糖  

青岛农业大学课程论文

论文题目新型食品添加剂—β-葡聚糖

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指导教师

完成时间2012年07月07号

2012年07月07日

课程论文任务书学生姓名：指导教师：论文题目：新型食品添加剂—β-葡聚糖论文内容：β-葡聚糖是用独特的工艺开发的一种新的产品，其来源丰富，是一种多糖，主要化学结构β-1，3葡聚糖和β-1，6葡聚糖，其中前者具有抗肿瘤性质，而且能够极大地提高人体自然免疫力。近年来国内外在β-葡聚糖领域的研究取得了显著的成果，包括β-葡聚糖的分子结构和功能性、制备以及含量的测定，并对β-葡聚糖作为新型保健食品添加剂的应用进行展望。本文研究的具体内容包括:一：β-葡聚糖简介；二：ß-葡聚糖的制备方法及含量测定方法；三：β-葡聚糖的应用与展望；资料、数据、技术等方面的要求：通过网络、书籍、报刊杂志等各种渠道广泛搜集资料，充分利用现有文献来借鉴他人的学术成果，同时到现实中获取调查数据等第一手资料，做到资料翔实，数据准确，引用规范，论证充分。要围绕研究主题和内容进行社会调查，详细的把握相关资料，进行整理取证，数据要真实可靠，论点要鲜明正确，论据要充分，言之有理，言之有物，注意论文的逻辑性，语言通顺，选题及论述要具有现实意义，对现实生活有指导和借鉴意义。发出任务书日期：2012年6月完成论文日期：2012年7月7日新型食品添加剂——β-葡聚糖摘要:：综述近年来国内外在β-葡聚糖领域的研究内容和成果，包括β-葡聚糖的分子结构和功能性、制备以及含量的测定，并对β-葡聚糖作为新型保健食品添加剂的应用进行展望。关键词：β-葡聚糖；分子结构；保健食品添加剂Abstract:Therecentresearchprogressonβ-glucansuchasthemoleculerstructure,physiologicalfunctions,preparationanddeterminationofβ-glucanhavebeenreviewed,andasanewhealthfoodadditivetheapplicationtendencyonβ-glucanhasbeenanticipatedaswell.Keywords:β-glucan;moleculerstructure;healthfoodadditive目录摘要……………1Abstract………………1引言（或绪论）………………………11β-葡聚糖简介……………………11.1β-葡聚糖结构…………………11.2β-葡聚糖的功能…………12ß-葡聚糖的制备方法及含量测定方法……………22.1ß-葡聚糖的制备…………………22．1．1酵母β-葡聚糖的制备………………22．1．2燕麦β-葡聚糖的制备………………22．1．3香菇β-葡聚糖的制备…………………22．2ß-葡聚糖的含量测定方法…………………32.2.1沉淀法………32.2.2酶法………32.2.3荧光法……………………32.2.4刚果红法…………32.3β-葡聚糖的应用与展望………4参考文献………………5多糖（polysaccharide）是由糖苷键结合的糖链，至少要超过10个以上的单糖组成的聚合糖高分子碳水化合物，可用通式（c6h10o5）n表示。由相同的单糖组成的多糖称为多糖，如淀粉、纤维素和糖原；以没的单糖组成的多糖称为杂多糖。多糖不是一种纯粹的化学物质，而是聚合程度不同的物质的混合物。多糖类一般不溶于水，无甜味，不能形成结晶，无还原性和变旋现象。多糖也是糖苷，所以可以水解，在水解过程中，往往产生一系列的中间产物，最终完全水解得到单糖。人们逐渐发现了多糖具有许多生物活性，而且多无毒，在国际上引起了日益广泛的重视，对糖及糖复合物的研究已逐渐成为生物学研究领域中新的热点，一些发达国家尤为重视。其中β-葡聚糖因具有增强免疫活力、抗肿瘤活性、降低胆固醇和血脂等多种生理功能以及在食品的生产中作为脂肪替代物而成为国际食品领域研究与开发的热点1β-葡聚糖简介1.1β-葡聚糖结构ß-葡聚糖（Glucan）是一种天然提取的多糖，分子量大约在6500以上，大多数为水不溶性或胶质的颗粒，易溶于水，溶解度大于70%，10%水溶液的pH值为2.5-7.0，无特殊气味。β-葡聚糖是白色念珠菌细胞壁含量最高的多糖。根据β-葡聚糖溶解性可以分为不溶性和可溶性β-葡聚糖，其中可溶性β-葡聚糖包括碱溶性和酸溶性的葡聚糖。根据糖链结构差异可分β-(1→3)-葡聚糖和β-(l→6)-葡聚糖。甲基化作用和CNMR分析研究证明，酸溶性葡聚糖来源于酵母，菌丝体和菌丝形成细胞，是一种高度分支的1→4链连接的聚合物。酵母细胞和菌丝细胞壁中的不溶性葡聚糖由30%~40%的β-（1→3）-葡聚糖和43%~53%的β-（1→6）-葡聚糖的混合物组成。通过急性毒性试验发现，白色念珠菌β-葡聚糖对小鼠各脏器除肝脏以外，未见明显的毒性作用，而且急性毒性试验表明，不溶性β-葡聚糖的安全范围大于可溶性β-葡聚糖，值得进一步研究其药效学作用。1.2β-葡聚糖的功能医学研究已证实β-葡聚糖具有免疫调节、抗肿瘤、抗炎、抗病毒、抗氧化、抗辐射、降血糖、降血脂、保肝等多种生物活性和功能，成为药理学尤其是免疫药理学研究的热点，国内外对β-葡聚糖的研究发展迅速，其中来自酵母、食用菌、燕麦中的β-葡聚糖提取及制备研究最为深入。β-葡聚糖还能控制血糖的水平。一些糖尿病患者食用高燕麦纤维食物后可减轻依赖于胰岛素的治疗。尽管在一些研究中也提到燕麦中亚油酸及燕麦、大麦中三甘油脂和大麦中的生育三烯酚也具有降脂作用，但在这些因子中，当今的研究重点仍是燕麦，大麦，小麦和其他谷物中的β-葡聚糖。葡聚糖还具有低热值，抗龋齿功能。龋齿的形成实际上是口腔食物经唾液酶降解后，其分解物沉积在牙齿上，这些物质大部分为胶质物，由于这些物质营养比较丰富，很容易被口腔中的微生物利用，特别是一些产酸微生物，这些微生物的分泌物会对牙齿产生不同程度的腐蚀，久而久之牙齿会变的脆弱，而小麦麸皮制备的低聚糖属于难消化糖，口腔中的微生物不能利用这种糖源，因此具有抗龋齿功能；另外由于人体缺乏水解该聚糖的酶系，其能量值很低，又由于其代谢不受胰岛素调节控制，因此该聚糖产品是糖尿病，肥胖病，高血脂等病人的理想糖源。β-葡聚糖是食用纤维的组成部分。食用纤维对人体的作用已为广泛地了解。一个最主要的功能是预防肠癌。医学上的解释是食用纤维减少肠道黏膜和致癌物质的接触，从而使肠内物质快速通过内脏。由于结肠内微生物的作用，β-葡聚糖分解生成挥发性脂肪酸，降低了pH值，从而降低了胆酸的脱羟基作用。这一结果降低了第一级胆酸转换到第二级胆酸，如肿瘤促进剂的脱氧胆酸，起到了抑制一些肿瘤微生物的作用。20世纪70年代，ß-葡聚糖开始用于治疗人的疾病。ß-葡聚糖可以加强巨噬细胞的活性及吞噬能力，起到抗癌的功效。ß-葡聚糖可以增强高等哺乳动物血浆内补体系统的溶菌功能，还可以促进细胞毒性D细胞的分化，以及促进由E细胞分化而来的浆细胞产生专一性抗体的功能，从而促使免疫机能的增加，进而提高免疫能力。ß-葡聚糖能有效提高动物机体免疫能力，形成保护，这在许多动物包括人体在内都得到了实验证明，ß-葡聚糖具有免疫保护的功能。2ß-葡聚糖的制备方法及含量测定方法2.1ß-葡聚糖的制备2．1．1酵母β-葡聚糖的制备β-葡聚糖是构成酵母细胞壁的主要成分，由β-（1，3）－葡聚糖和β－（1，6）－葡聚糖组成，两者比例为85∶15。前人制备酵母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。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。目前提取技术有新的提高，采用现代酶工程下游技术，通过酵母自溶、酶解、碱提取三步法的工艺流程提取高纯度的葡聚糖，避免了以往方法的局限性同时提高了产品的得率和纯度，得到的β－（1，3）－葡聚糖产品分子链完整，分子量高。多糖的分离纯化是进一步研究多糖的必要步骤，常用的纯化方法有：沉淀法、柱层析法、制备性高效液相法、制备性区域电泳法、超滤法等2．1．2燕麦β-葡聚糖的制备目前，对燕麦β-葡聚糖的制备主要有物理法和化学法。物理法：β-葡聚糖分布在燕麦子粒的糊粉层和亚糊粉层，因此可以利用现代加工技术使燕麦胚乳与种皮分离，从而使β-葡聚糖在麸皮中得到富集。Knuckles等先将大麦和燕麦在85℃干燥20h以钝化内源β－葡聚糖酶，然后干磨过筛（325目）数次，再将麦熬反复粉碎过筛（100目），最后得到含28%左右的总β-葡聚糖大麦和含31%左右总β-葡聚糖的燕麦制品，其中可溶性β-葡聚糖占总β-葡聚糖55%左右，这样得到制品中β-葡聚糖含量比原料中高2.4倍～4.9倍。除研磨筛分外，通过挤压膨化技术、空气分级技术等现代加工技术，同样可以富集β-葡聚糖，并且还可以同时改善β-葡聚糖的水溶性。化学法：β-葡聚糖的提取主要有水提法、碱提法和酸提法3种。一般提取时，首先将原料磨粉过筛，用85℃高温或体积分数为70%~80%的乙醇回流来灭内源酶（以β－葡聚糖酶为目标），其目的是为了除去游离糖、小分子蛋白和一些非极性化合物，然后用水、稀碱或酸在不同条件下提取，提取物浓缩后用乙醇、丙酮和硫酸铵等沉淀多糖，可反复多次离心沉淀，以除去部分水溶性色素等杂质。结合蛋白用Sevage法、三氟三氮乙烷法和三氯乙酸等电点法等去除；色素常用离子交换法、氧化法、金属络合物法、吸附法(纤维素、硅藻土、高岭土、活性炭等)除去;对多糖混合物则根据分子大小和形状分级（如超滤、分子筛、层析等），也可根据分子所带基团的性质用电泳和离子交换层析来分离。2．1．3香菇β-葡聚糖的制备多糖的提取可以采用热水、稀酸、稀碱作为浸提剂。在提取过程中，不仅要考虑到粗多糖的得率，还要保证不破坏多糖的结构。由于酸对多糖的糖苷键有破坏作用，故一般采用热水和稀碱作为浸提剂。香菇多糖的热水浸提温度一般为90℃～100℃，浸提时间1h～3h，浸提次数为2次～3次，合并浸提液，离心，收集上清液，减压浓缩到适当体积，加入一定量的乙醇静置过夜，离心，收集沉淀物，干燥得粗多糖。碱浸提通常采用NaOH作为浸提液，浓度为0.1mol/L～1mol/L。为了提高香菇多糖的提取率，减少能源消耗，缩短提取时间，研究者们尝试了一些其它的提取方法。张海容等以香菇多糖为研究对象，对微波法及热水浸提法进行了比较，发现微波法的提取率高于传统热水法，且提取时间可以缩短100倍[7]。念保义等用超声波辅助热水法从香菇中浸提香菇多糖，不仅可以缩短提取时间，减小料液比，而且提高了提取率，降低了生产成本[8]。董彩霞利用纤维素酶作用于香菇细胞的细胞壁，使之破裂，多糖易从细胞内释放出来，以提高多糖的提取率[9]。也有研究先采用中性蛋白酶处理香菇粗粉，蛋白酶将与多糖结合的蛋白质酶解，使多糖释放出来，此法与传统工艺相比，提取率提高了40%以上，多糖中杂蛋白的含量降低了50%，在提高产率的同时增加了多糖的纯度[10传统的热水浸提法虽然是提取多糖的经典方法，但时间长、效率低、能耗大，而利用微波辅助法、超声波辅助法、复合酶解法等方法可以提高提取率、减少能源消耗、缩短提取时间，但对香菇多糖的结构及生物活性是否有破坏，仍有待进一步的探讨。因此，探索更为高效、经济、可靠的提取方法对香菇多糖的研究开发具有现实意义2．2ß-葡聚糖的含量测定方法研究β-葡聚糖的基础是对其定量测定方法的确定。国外很早就开始尝试β-葡聚糖各种定量测定方法，主要有以下5种2.2.1沉淀法其原理是利用特定的盐或有机溶剂沉淀抽提液中的β-葡聚糖(Wood，1986)。该方法的局限性在于抽提不能完全排除其它物质的干扰。在高温下抽提时，抽提液中含有其它成分如淀粉等，因而干扰测定的结果。2.2.2酶法Anderson等(1978)采用特定的β-葡聚糖内切酶得到寡糖，经酸解后采用葡萄糖氧化酶/过氧化酶试剂测定葡萄糖的含量。此法后经Henry等(1988)修改为测定还原糖的含量，这样虽然精确性和可靠性有所降低，但因测定更为迅速而实用性明显提高。另外，Martin等(1981)和郑祥建等(1995)用纤维素酶测定谷物中β-葡聚糖的含量。这主要根据纤维酶不能分解微晶纤维素，而谷物中的纤维素多为微晶状，因而不至于干扰β-葡聚糖的测定结果。由于酶法不需要抽提，选用的酶为特定的，因而精确性和可靠性较高。2.2.3荧光法主要是利用荧光物质(Calcoflour)可与β-葡聚糖特异性结合，而与其它多糖如纤维素、戊聚糖的亲和力很弱这一特性进行测定。Wood等(1984)利用此法测定了燕麦的β-葡聚糖含量。Sendry等(1989)则利用改进的Calcoflour-FIA法测定了啤酒和麦芽汁的β-葡聚糖含量。由于此法操作简单，可进行大批量的样品测定，因此有较好的实际应用价值。2.2.4刚果红法根据刚果红与β-葡聚糖结合具有高度专一性，将刚果红加入样品溶液中，在一定温度下准确反应一定时间后，测定其吸光度，根据β-葡聚糖标准曲线可知样品中β-葡聚糖的含量。2.3β-葡聚糖的应用与展望β-葡聚糖在酵母、灵芝、蘑菇、谷物等多种作物生物体中均存在。国外谷物β-葡聚糖的提取主要以燕麦为主，但大麦β-葡聚糖比燕麦β-葡聚糖在降血脂、调节血糖方面更为理想。裸大麦(青稞)比燕麦产量高出1倍多，燕麦一公顷产量在1-2吨，而青稞一公顷产量则达到4-5吨。因此，青稞β-葡聚糖的提取和开发利用价值比燕麦更大。据了解，10年前，β-葡聚糖主要被用于食品添加剂，其市场价格在每吨10万至16万美元。近年来，β-葡聚糖由于在医药、食品、护肤等方面的广泛应用，不同规格和用途的产品价格上涨了十几倍到万余倍。我国科学家所做的一项研究表明，西藏广泛种植的青稞作物中β－葡聚精平均含量达5.25％，其中“藏青25”的β-葡聚糖含量高达8.62％，是目前世界上含β-葡聚糖最高的麦类作物。由于β-葡聚糖具有清肠、调节血糖、降低胆固醇、提高免疫力等四大生理作用，其在医药、食品、护肤等方面有广泛应用，市场开发前景广阔。由于β-葡聚糖具有很高的黏性、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、黏结剂及乳化稳定剂应用于调味料、甜点等食品。由于β-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。另外，β-葡聚糖是无热