葡聚糖

葡聚糖（Dextran），又名右旋糖酐。^[2]是由葡萄糖组成的一种多糖，分子式为(C6H10O5)n。^[5]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。^[6]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。^[1][4]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。^[7]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。^[8]

葡聚糖广泛分布于动物、植物和微生物中。^[9]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。^[10][6]

葡聚糖在在食品工业中可作湿润剂、填充剂等；^[11]在医药领域可作代血浆^[8]、药剂辅料^[12]、通便剂^[11]，同时还具有抵抗病菌的作用^[9]；在高科技生物技术中可用作分离蛋白质、DNA等；^[8]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；^[13]在渔业养殖中，葡聚糖能增强鱼体抗感染能力；^[14]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；^[13]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；^[15]在精细化工中，葡聚糖可用于生产高黏度胶水、炸药。^[15]

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。^[16]

1861年，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。^[16]

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蛀牙。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。^[16]

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、日等国都开展了从筛选菌种到生产应用的多门类、多学科的研究。^[16]

20世纪90年代初，国际上已有Hoe/ Bay 946、云芝蛋白多糖(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。^[16]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^[注1]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。^[9]

在动物中，葡聚糖存在于动物组织中。^[17]

在植物中，葡聚糖存在于青稞、大麦、葡萄等多种植物中。^[18][19]也是植物的细胞壁组分（纤维素）。^[20]

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。^[21][22]

葡聚糖为白色至灰白色吸湿性固体，无臭，无味，熔点为254 ℃。^[1]其易溶于水，不溶于乙醇，^[2]部分地溶于甘油和丙二醇。^[23]具有高的比旋光度。^[22]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。^[23]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。^[23]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。^[23]

葡聚糖水解能产生葡萄糖的高分子性多糖类。^[24]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。^[25]

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络合物，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[C6H10O5·Fe(OH)3]n。^[25]

右旋糖酐硫酸酯钠是葡聚糖与盐酸、吡啶、氯硫酸、氢氧化钠发生化学反应形成的。化学方程式如下：^[25]

^[25]

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糖苷键连接，支链以α-1,3-糖苷键连接。^[22]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。^[10]β-葡聚糖的结构中含有β-1,3和β-1,4两种糖苷键。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。^[26]β-型葡聚糖有较强的持水能力和增强黏度。^[27]

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）。^[28]

葡聚糖可用作血浆替代物^[8]，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。^[6]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、前体药物制剂的载体材料等。^[12]葡聚糖也可作为通便剂。^[11]

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AFB1的吸收，同时β-葡聚糖能够增强水产疫苗功效、抵御传染性细菌进攻、增强对寄生虫抵抗力等效用。^[9]

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。^[11]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。^[11]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。^[29]

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。^[13]

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。^[14]

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。^[13]

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。^[15]

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。^[15]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、DNA等的DEAE-Eephadex^[注2]等。^[8]

葡聚糖为中性多糖，分子式为(C6H10O5)n^[3]，其主要结构是α-D葡萄糖（）链连接起来的主链，在某些C3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%。^[8]

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。^[31][32]

Hehre和Hamilton证明有些醋酸杆菌，如粘稠醋酸杆菌（Acetobacter 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。^[31]

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curdlan（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。^[33]

分子质量大于10000u的多糖经80%乙醇沉淀后，加入碱性铜试剂，选择性地从其他高分子物质中沉淀出葡聚糖，沉淀部分与苯酚-H2SO4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。^[34]

富含葡聚糖的食物有灵芝、青稞、苦荞、大麦、豆类、菌菇、玉米、燕麦等。^[35][36]

成人日均从食物摄入的β-葡聚糖绝对不能低于3g。^[37]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。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。^[38]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。^[36]

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。^[39]

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：^[40]

（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。

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。^[8][23]