黃澤華， 朱科學， 周惠明

(江南大學 食品學院， 江蘇 無錫 214122)

大麥β-葡聚糖的凝膠特性及應用研究進展

黃澤華， 朱科學， 周惠明*

(江南大學 食品學院， 江蘇 無錫 214122)

大麥作為全球產(chǎn)量第四大谷物，并富含降低血漿膽固醇、控制血糖、免疫調(diào)節(jié)以及抗氧化等生理功能的大麥β-葡聚糖，具有廣闊的開發(fā)前景。在食品體系中大麥β-葡聚糖可作為親水膠體發(fā)揮作用，前人研究主要集中在添加大麥β-葡聚糖食品的加工工藝優(yōu)化，和其作為功能性食品配料的應用，而大麥β-葡聚糖還可影響食品加工過程中組分間物理和化學反應，進而影響食品質(zhì)構(gòu)、營養(yǎng)和功能。因此文章介紹了大麥β-葡聚糖的分布、提取純化和結(jié)構(gòu)，以及β-葡聚糖精細微觀結(jié)構(gòu)與葡聚糖凝膠特性間的構(gòu)效關(guān)系研究進展，發(fā)現(xiàn)β-葡聚糖的分子質(zhì)量以及纖維三糖單元和纖維四糖單元的比例是影響β-葡聚糖的凝膠過程和凝膠微觀結(jié)構(gòu)的重要因素。還著重討論了大麥β-葡聚糖在食品基質(zhì)中形成凝膠影響食品物性的機制，為避免β-葡聚糖在食品中產(chǎn)生負面影響，擴展大麥β-葡聚糖在食品中的應用提供參考。

大麥β-葡聚糖； 分子結(jié)構(gòu)； 凝膠特性； 流變學； 食品質(zhì)構(gòu)

在全球范圍內(nèi)，隨著慢性代謝疾病如冠心病、2-型糖尿病發(fā)病率的不斷提高，通過飲食控制改善身體代謝機能的方法越來越受到重視。我國亦推出了《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》，作為推進健康中國建設的行動綱領(lǐng)。大麥在世界谷物作物產(chǎn)量中位居第4位，僅次于小麥、水稻和玉米[1]，并且富含大麥β-葡聚糖，具有降低血漿膽固醇[2]、控制血糖[3]、免疫調(diào)節(jié)[4]以及抗氧化[5]等生理功能，關(guān)于大麥降低血漿膽固醇濃度、降低餐后血糖濃度以及維持腸道健康等功效的健康聲明已經(jīng)被美國FDA和歐盟[6]批準。大麥種植廣泛，同時大麥β-葡聚糖具有豐富的生理功能，能夠滿足人們對優(yōu)化膳食結(jié)構(gòu)的要求，具有廣闊的開發(fā)前景。

大麥β-葡聚糖作為功能性食品配料的應用和其加工工藝優(yōu)化已有較多研究，但大麥β-葡聚糖在食品加工過程中還會對產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)、營養(yǎng)和功能產(chǎn)生影響。本文介紹了近年來大麥β-葡聚糖在大麥籽粒中的分布及提取制備技術(shù)等方面的開發(fā)現(xiàn)狀和β-葡聚糖的結(jié)構(gòu)解析，以及其精細微觀結(jié)構(gòu)與葡聚糖凝膠特性間構(gòu)效關(guān)系的最新研究進展；著重討論了大麥β-葡聚糖的凝膠性質(zhì)，及其在食品基質(zhì)中形成凝膠對食品加工流變學特性、感官特性、質(zhì)構(gòu)品質(zhì)等的影響以及對淀粉的抗老化特性和作為脂肪替代物等在食品中的開發(fā)利用現(xiàn)狀，為大麥β-葡聚糖的進一步研究與開發(fā)提供參考。

1 大麥β-葡聚糖在大麥籽粒中的分布及提取純化

1.1 大麥β-葡聚糖在大麥籽粒中的分布

谷物β-葡聚糖是組成谷物籽粒細胞壁的一種多糖，是籽粒細胞壁的主要成分，其中以大麥和燕麥中含量較高[7]。大麥β-葡聚糖主要分布在大麥胚乳及糊粉層細胞壁中，去殼大麥中β-葡聚糖占非淀粉多糖組分的70%～75%，大麥的胚乳細胞壁中包含約70%的β-葡聚糖，25%的阿拉伯木聚糖，2%～4%左右的纖維素和葡甘露聚糖[8]。根據(jù)大麥品種的不同，大麥β-葡聚糖的含量為0.5%～20%[7-9]。β-葡聚糖含量從大麥籽粒外層到內(nèi)層呈現(xiàn)增加的趨勢[10]，這與Dornez等[11]通過4種不同染色技術(shù)的顯微鏡分析得到的大麥細胞壁結(jié)構(gòu)的熒光顯微照片顯示的結(jié)果一致(見圖1)。

圖1 大麥籽粒的酸性品紅- 卡爾科弗盧爾熒光增白劑染色熒光顯微照片F(xiàn)ig.1 Fluorescence micrograph of barley kernel, stained with acid fuchsin-calcofluor

1.2 大麥β-葡聚糖的提取純化

由于大麥β-葡聚糖含量在籽粒內(nèi)部分布的不同，可以通過不同的制粉工藝對大麥粉路進行分級，得到大麥β-葡聚糖含量最高達19%的富集組分[12]。大麥-β葡聚糖的提取通常是在熱水或者堿性溶液中，也有部分方法在酸性條件下提取[13-17]。熱水浸提法的溫度一般大于65 ℃，但也有在低于淀粉糊化溫度的條件下進行的(45～55 ℃)，以減少淀粉對提取的大麥β-葡聚糖的污染[16]。

超聲輔助提取大麥β-葡聚糖[15]，同時添加淀粉酶水解，相對于傳統(tǒng)的水解過程淀粉去除率達到了90%[18]。糊精和其他低聚糖是酶解的副產(chǎn)物，為了除去β-葡聚糖(293kDa)中低相對分子質(zhì)量的分子，可采用切向流的聚砜膜超濾系統(tǒng)去除低聚糖。超聲波輔助提取、酶法水解和超濾3種方法結(jié)合，能夠得到高純度的β-葡聚糖[15, 17-18]。還有學者研究并優(yōu)化了超高溫水(110～180 ℃)提取大麥β-葡聚糖的方案，發(fā)現(xiàn)提取率和分子質(zhì)量較優(yōu)提取溫度為155 ℃，這種高壓熱水提取的主要優(yōu)點是能夠顯著減少浸提時間[19]。多糖的結(jié)構(gòu)具有多樣性，即使具有相似的分子質(zhì)量，在提取后進行乙醇沉淀時也可能表現(xiàn)出不同的沉淀行為。對于特定的葡聚糖，相對分子質(zhì)量越小，完全沉淀時需要的乙醇濃度越高。Xu等[20]通過對8種多糖樣品的乙醇沉淀方法進行研究，發(fā)現(xiàn)多糖的相對分子質(zhì)量從1 kDa增加到270 kDa時，以80%的乙醇沉淀，葡聚糖的回收率也從10%變化到100%。通過水溶醇沉法得到的大麥β-葡聚糖純度范圍為40%～100%，這樣的分布范圍是由于提取pH值、溫度、時間以及分離純化所采用的處理方式不同造成的。

2 大麥β-葡聚糖的結(jié)構(gòu)

β-葡聚糖是由β-(1-3,1-4)-糖苷鍵連接的多聚葡萄糖，是D-吡喃葡萄糖的線性均聚物，一般為每2～3個連續(xù)β-(1,4)-糖苷鍵被1個β-(1,3)-糖苷鍵隔開，暫無證據(jù)證明有2個及以上連續(xù)的β-(1,3)-糖苷鍵存在于β-葡聚糖結(jié)構(gòu)中[21]。在大麥β-葡聚糖分子中纖維三糖單元(DP3)和纖維四糖單元(DP4)約占總低聚糖的90%～95%，聚合度大于5的低聚糖含量約在5%～10%。大麥β-葡聚糖的特點是連續(xù)的β-(1,4)糖苷鍵被單個的β-(1,3)-糖苷鍵分割成許多單元。Vaikousi等[22]研究了β-(1-3,1-4)-葡聚糖的精細結(jié)構(gòu)，根據(jù)酶解設計， DP3和DP4是主要的酶解產(chǎn)物(占總產(chǎn)物的91.1%～95.5%)，而DP3/DP4值在2.80～3.49。大麥β-葡聚糖的相對分子質(zhì)量范圍在3.1×104～2.7×106Da，這些相對分子質(zhì)量測定結(jié)果表觀上的差別主要是由于大麥品種、生長環(huán)境、溶液中的聚合現(xiàn)象以及分析方法的不同造成的。

大麥β-葡聚糖的分子大小和精細結(jié)構(gòu)對其溶解性以及分子構(gòu)象等有很大影響。β-葡聚糖的纖維素狀結(jié)構(gòu)可能是導致其分子鏈在溶液中呈剛性的原因[23]，而β-(1,4)-糖苷鍵打斷了纖維素結(jié)構(gòu)的連續(xù)性則可能是β-葡聚糖具有溶解性及分子鏈更柔順的原因[24]。Mikkelsen等[25]研究了阿拉伯木聚糖和β-(1,3,1-4)-葡聚糖的相互作用與纖維素網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的關(guān)系，結(jié)果表明阿拉伯木聚糖和β-(1-3,1-4)-葡聚糖同纖維素網(wǎng)絡相互作用的方式，與木葡聚糖或果膠同纖維素網(wǎng)絡相互作用的方式不功能同源。

3 大麥β-葡聚糖的凝膠性質(zhì)

大麥β-葡聚糖具有高黏稠性、持水性、乳化性和起泡性，在特定條件下其水溶液還能形成凝膠。在大麥β-葡聚糖濃度相對較高時恒溫處理(5～45 ℃)以及濃度相對較低時經(jīng)過反復凍融循環(huán)都可以得到大麥β-葡聚糖凝膠，后面這一過程形成的凝膠稱為冷凍凝膠。通過研究混合不同分子質(zhì)量以及不同濃度的β-葡聚糖對其凝膠性能的影響，發(fā)現(xiàn)高相對分子質(zhì)量:低相對分子質(zhì)量為100:0和50:50時凝膠具有最低的tan δ值，50:50凝膠具有最大的儲能模量(G′)，0:100比例凝膠的熔融峰值溫度最高并隨著高相對分子質(zhì)量β-葡聚糖的添加而降低。由此可見，β-葡聚糖凝膠的不同質(zhì)構(gòu)特性可以通過調(diào)節(jié)不同相對分子質(zhì)量的β-葡聚糖所占的比例實現(xiàn)，最終達到β-葡聚糖凝膠不同的應用目的[26]。

通過對比燕麥、小麥、大麥中提取的不同平均分子質(zhì)量β-葡聚糖的性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)β-葡聚糖的黏度與分子質(zhì)量呈正相關(guān)，小麥和大麥β-葡聚糖相比燕麥β-葡聚糖有更顯著的剪切稀化行為，大麥β-葡聚糖有更高的G′，而燕麥有更高的損耗模量(G″)。觸變環(huán)實驗顯示低分子質(zhì)量樣品趨向迅速凝集，表現(xiàn)出時間依賴性的流變學行為；所有的大麥樣品在儲存過程中都可以發(fā)生凝膠，低分子質(zhì)量樣品的凝膠時間較短[27]。β-葡聚糖的凝膠化速率隨濃度增加，且形成的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)具有熱可逆性。通過對β-葡聚糖凝膠進行壓縮測試直至斷裂以考察β-葡聚糖相對分子質(zhì)量和濃度對凝膠強度、硬度和脆性的影響，發(fā)現(xiàn)高分子質(zhì)量樣品表現(xiàn)出較高的屈服應力和低壓縮模量。另外，動態(tài)儲能模量隨著多糖相對分子質(zhì)量的增大而增加[22]。

β-葡聚糖的相對分子質(zhì)量和DP3/DP4的值是影響β-葡聚糖凝膠過程和微觀結(jié)構(gòu)的重要因素。β-葡聚糖的相對分子質(zhì)量降低以及DP3/DP4值的增加會導致凝膠時間變短，而凝膠速率變快，儲能模量增加。葡聚糖分子簇大小通常在1～15 μm，并通過相互連接形成具有彈性的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，氣孔尺寸和結(jié)構(gòu)實體在低DP3/DP4值時和高β-葡聚糖相對分子質(zhì)量時增加。這些尺寸和實體或許對網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的增強具有重要作用[28]。

4 大麥β-葡聚糖在食品中的應用

大麥β-葡聚糖作為一種具有生物活性的功能性食品配料，近年來得到了業(yè)界廣泛認可，在食品行業(yè)中的應用范圍也逐步擴展。由大麥制得的面粉或β-葡聚糖的富集組分被添加到食品中，以增加飲食中膳食纖維的來源，如早餐谷物食品、面團和焙烤食品(面包等)。同時，大麥β-葡聚糖還可以作為食品增稠劑、穩(wěn)定劑和脂肪替代物用以改善低熱量、低脂肪等功能性食品的質(zhì)構(gòu)和外觀。大麥β-葡聚糖具有親水膠體的性質(zhì)，它與食品組分的相互作用影響了分子間的物理和化學反應，進而影響食品的最終結(jié)構(gòu)，從而對食物的質(zhì)構(gòu)、營養(yǎng)和功能產(chǎn)生極大影響[29]。

大麥β-葡聚糖在食品中的影響，前人研究主要集中在食品的加工工藝方面，如優(yōu)化大麥葡聚糖的添加量[30]，選擇合適的大麥葡聚糖品種[31-33]，對大麥粉進行預發(fā)酵處理[34]以及添加食品添加劑如羧丙基甲基纖維素[35]等提高面包的品質(zhì)?？扇苄岳w維和不溶性纖維可緊密的結(jié)合大量水，這可能不利于面筋網(wǎng)絡的形成，并進一步在焙烤過程中影響食品質(zhì)構(gòu)[31]，一些纖維可能機械性的[34]干擾面筋蛋白網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的形成[31]，導致面團中“氣室”的破壞[36]，因此向面團中添加大麥β-葡聚糖會影響面團的性質(zhì)。面團作為一種軟物質(zhì)，既具有固體屬性又具有液體屬性。在小麥生面團中添加大麥β-葡聚糖，低濃度添加量時tan δ升高，由于大麥β-葡聚糖弱化了面筋網(wǎng)絡，會使面團具有更好的液體屬性；高濃度添加時tan δ降低，固體屬性更強，則是由于大麥β-葡聚糖的高吸水性使面團的硬度增加。而在熟面團(面團加熱熟制后)中，tan δ則隨著大麥β-葡聚糖添加量的增加而升高，表明大麥β-葡聚糖使熟制后面團內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的剛度下降，G″更大，添加大麥β-葡聚糖弱化了熟化面團的質(zhì)構(gòu)[17](見圖2)。

圖2 大麥β-葡聚糖與面團主要組分間相互作用示意Fig.2 Interaction between barley β-glucan and main components of dough

將大麥β-葡聚糖以不同比例添加到不含小麥面筋蛋白的大米基面粉中，發(fā)現(xiàn)制作的面包的比容與面團的G′呈現(xiàn)負相關(guān)，與損耗因子tan δ呈正相關(guān)。在最佳含水量時，富含大麥β-葡聚糖的面團制成的面包體積與對照相比降低32%[37]。Skendi等[38]添加了2種不同分子質(zhì)量的大麥β-葡聚糖到2種不同面包專用面粉中，發(fā)現(xiàn)面團的粉質(zhì)吸水率、水分含量、水分活度隨大麥β-葡聚糖含量增加而升高，且添加高分子質(zhì)量大麥β-葡聚糖效果更明顯。添加大麥β-葡聚糖增加了低品質(zhì)面包粉的面團形成時間、穩(wěn)定性、耐變形性、延展性以及面包體積；雖然面包色澤加深、結(jié)構(gòu)變得粗糙，但面包屑的硬度隨大麥β-葡聚糖添加水平增加而降低，面包更松軟。高分子質(zhì)量大麥β-葡聚糖在改善面包體積，降低面包屑硬度方面通常更有效，尤其是對低品質(zhì)面包粉的改善。優(yōu)化面團需要考慮大麥β-葡聚糖的添加量和分子質(zhì)量，來最大程度改善體積、質(zhì)構(gòu)和儲藏性[32]。通過研究添加了大麥β-葡聚糖的面團流變性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)高分子質(zhì)量和低分子質(zhì)量均能增加面團的G′，降低面團的tan δ值；然而在大麥β-葡聚糖不同的添加水平下，低品質(zhì)面包粉制成的面團卻能表現(xiàn)出和未經(jīng)過強化的高品質(zhì)面包粉制成的面團相似的流變學特性，這表明大麥β-葡聚糖的相對分子質(zhì)量、添加濃度和小麥粉的性質(zhì)均可對復合面團產(chǎn)生影響[38]。

Sharma等[39]研究了β-葡聚糖的抗老化作用，及大麥面粉對小麥面粉薄餅制作過程的影響。加入大麥粉和β-葡聚糖的面團吸水率均顯著增加75%；加入大麥粉的焙烤損失顯著，加入β-葡聚糖則不顯著；加入大麥粉的黏度峰值和最終黏度分別增加1倍和60%，而加入β-葡聚糖的這二者的值卻降低約20%；加入大麥粉和β-葡聚糖的薄餅糊化焓緩慢增加，老化回生均有不同程度的降低。有人研究了大麥粉與小麥粉混合后對餅干制作的影響，發(fā)現(xiàn)餅干的延展因子隨大麥粉添加比例的增加而減小，而拉斷力和水分活度均顯著增加，同時焙烤后的總酚含量、總黃酮含量顯著減少，抗氧化活性、金屬螯合活性、還原能力增加，并導致餅干中非酶促褐變指數(shù)顯著增加[40]。

大麥β-葡聚糖用作脂肪替代物的研究和專利已有很多。作為良好的膳食纖維的來源，大麥等谷物可以作為香腸和肉丸的低脂添加劑。研究發(fā)現(xiàn)，燕麥在加熱時具有良好的凝膠能力，添加燕麥麩的香腸在加工和煎炸過程中具有較少的損失，勁度和口感較好；而添加大麥纖維的香腸，具有較高可溶性的β-葡聚糖，但加工損失較多，堅固度較差[41]。膳食纖維作為糖和脂肪替代物已經(jīng)在巧克力中替代可可脂，并對相關(guān)產(chǎn)品的物理和感官特性產(chǎn)生影響，菊粉或者β-葡聚糖替代巧克力中的可可脂導致巧克力的硬度降低[42]。

5 結(jié)論與展望

5.1 結(jié)論

1)食品一般為含水體系，大麥β-葡聚糖由于其強吸水性，能在食品中競爭水分形成熱可逆凝膠。面團中添加大麥β-葡聚糖在加熱過程中滲透進面筋蛋白三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中，形成復合網(wǎng)絡。面筋蛋白可賦予面團持水性、黏結(jié)性、黏彈性，加工過程中面筋蛋白交聯(lián)程度直接影響面筋網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的強度和功能；而添加大麥β-葡聚糖使得面團黏彈性不足、面筋質(zhì)量弱化，大麥β-葡聚糖對面筋蛋白交聯(lián)品質(zhì)的影響是其推廣應用的掣肘。

2)將大麥β-葡聚糖作為脂肪替代物已經(jīng)被證明是有效果的，但是依然存在影響產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)和感官評分的因素。大麥β-葡聚糖具有親水膠體的性質(zhì)，在食品加工過程中，大麥β-葡聚糖分子受熱舒展，凝膠融化，參與食品熟化過程的熱化學反應；當溫度下降，在食品基質(zhì)中大麥β-葡聚糖形成凝膠網(wǎng)絡，與食品組分相互穿插，形成微凝膠體系，參與食品結(jié)構(gòu)的形成。這種大麥β-葡聚糖與食品組分分子間的物理和化學反應，改變了食品的最終結(jié)構(gòu)，從而對食物的質(zhì)構(gòu)、營養(yǎng)和功能產(chǎn)生極大影響。

5.2 展望

有必要深入研究大麥β-葡聚糖在食品基質(zhì)中形成凝膠影響食品物性的機制，理解大麥β-葡聚糖與食品基質(zhì)間作用模式，進而指導大麥食品加工，改善大麥食品品質(zhì)，發(fā)揮大麥β-葡聚糖的生理功能，提高食品工業(yè)中大麥的應用比重，為民眾膳食結(jié)構(gòu)升級和雜糧產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考。

大麥β-葡聚糖具有來源廣、提取方便、生物活性高等優(yōu)點，將大麥β-葡聚糖作為一種天然功能性成分用于食品、保健品和醫(yī)藥等領(lǐng)域具有廣闊的開發(fā)應用前景。

[1] 李真. 大麥粉對面團特性與面包焙烤品質(zhì)的影響及其改良劑研究[D]. 鎮(zhèn)江：江蘇大學, 2014.

[2] WOOD P J. Cereal β-glucans in diet and health[J]. Journal of Cereal Science, 2007, 46(3):230-238.

[3] FDA. Health claims: soluble dietary flber from certain food and coronary heart disease[R/OL]. (2003-7-21)[2017-5-29]. http:∥www.accessdata.fda.gov/scripts/cdrh/cfdocs/cfcfr/CFRSearch.cfm?fr= 101.81.

[4] MIKKELSEN M S, JESPERSEN B M, MEHLSEN A, et al. Cereal beta-glucan immune modulating activity depends on the polymer fine structure[J]. Food Research International, 2014, 62:829-836.

[5] AGOSTINI S, CHIAVACCI E, MATTEUCCI M, et al. Barley beta-glucan promotes MnSOD expression and enhances angiogenesis under oxidative microenvironment[J]. Journal of Cellular and Molecular Medicine, 2015, 19(1):227-238.

[6] EFSA. Scientiflc opinion on the substantiation of health claims related to beta-glucans from oats and barley and maintenance of normal blood LDL-cholesterol concentrations (ID 1236, 1299), increase in satiety leading to a reduction in energy intake (ID 851, 852), reduction of post-prandial glycaemic responses (ID 821, 824), and “digestive function” (ID 850) pursuant to Article 13(1) of Regulation (EC) No.1924/2006[J]. EFSA Journal, 2011, 9(6): 2207.

[7] COLLINS H M, BURTON R A, TOPPING D L, et al. Review: variability in fine structures of noncellulosic cell wall polysaccharides from cereal grains: potential importance in human health and nutrition[J]. Cereal Chemi-stry Journal, 2010, 87(4):272-282.

[8] BALLANCE G M, HALL R S, MANNERS D J. Studies of some arabinoxylans from barley endosperm walls[J]. Carbohydrate Research, 1986,150(1):290-294.

[9] ANDERSSON A A M, LAMPI A M, NYSTR?M L, et al. Phytochemical and dietary fiber components in barley varieties in the health grain diversity screen[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2008, 56(21):9767-9776.

[10] BLANDINO M, LOCATELLI M， SOVRANI V, et al. Progressive pearling of barley kernel: chemical characterization of pearling fractions and effect of their inclusion on the nutritional and technological properties of wheat bread[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2015, 63(25):5875-5884.

[11] DORNEZ E, HOLOPAINEN U， CUYVERS S, et al. Study of grain cell wall structures by microscopic analysis with four different staining techniques[J]. Journal of Cereal Science, 2011, 54(3):363-373.

[12] KNUCKLES B E,CHIU M C M. Beta-glucan enrichment of barley fractions by air classification and sieving[J]. Journal of Food Science, 1995, 60(5):1070-1074.

[13] PAPAGEORGIOU M, LAKHDARA N， LAZARIDOU A, et al. Water extractable (1→3,1→4)-beta-D-glucans from barley and oats: an intervarietal study on their structural features and rheological behaviour[J]. Journal of Cereal Science, 2005, 42(2):213-224.

[14] LIU X Y, WANG Q， CUI S W, et al. A new isolation method of beta-D-glucans from spent yeastSaccharomycescerevisiae[J]. Food Hydrocolloids, 2008, 22(2):239-247.

[15] BENITO-ROMAN O, ALONSO E, COCERO M J. Ultrasound-assisted extraction of beta-glucans from barley[J]. LWT-Food Science and Technology, 2013, 50(1):57-63.

[16] LIMBERGER-BAYER V M, FRANCISCO A D， CHAN A, et al. Barley beta-glucans extraction and partial characterization[J]. Food Chemistry, 2014, 154(154):84-89.

[17] HUANG Z H, ZHAO Y， ZHU K X, et al. Effect of barley beta-glucan on the gluten polymerization process in dough during heat treatment[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2017, 65(29):6063-6069.

[18] BENITO-ROMN， ALONSO E， PALACIO L, et al. Purification and isolation of beta-glucans from barley: downstream process intensification[J]. Chemical Engineering and Processing Intensification, 2014,84:90-97.

[19] BENITO-ROMN， ALONSO E， COCERO M J. Pressurized hot water extraction of beta-glucans from waxy barley[J]. Journal of Supercritical Fluids, 2013, 73:120-125.

[20] XU J, YUE R Q， LIU J, et al. Structural diversity requires individual optimization of ethanol concentration in polysaccharide precipitation[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2014, 67(6):205-209.

[21] CUI W, WOOD P J， BLACKWELL B, et al. Physicochemical properties and structural characterization by two-dimensional NMR spectroscopy of wheat β-D-glucan—comparison with other cereal β-D-glucans[J]. Carbohydrate Polymers, 2000, 41(3):249-258.

[22] VAIKOUSI H, BILIADERIS C G, IZYDORCZYK M S. Solution flow behavior and gelling properties of water-soluble barley (1→3,1→4)-beta-glucans varying in molecular size[J]. Journal of Cereal Science, 2004, 39(1):119-137.

[23] V?RUM K M， SMIDSR?D O. Partial chemical and physical characterisation of (1→3),(1→4)-β-D-glucans from oat (AvenasativaL.) aleurone[J]. Carbohydrate Polymers, 1988, 9(2): 103-117.

[24] BULIGA G S, BRANT D A, FINCHER G B. The sequence statistics and solution conformation of a barley (1→3, 1→)-β-D-glucan[J]. Carbohydrate Research, 1986, 157:139-156.

[25] MIKKELSEN D, FLANAGAN B M, WILSON S M, et al. Interactions of arabinoxylan and (1,3)(1,4)-beta-glucan with cellulose networks[J]. Biomacromolecules, 2015, 16(4):1232-1239.

[26] BRUMMER Y, DEFELICE C， WU Y, et al. Textural and rheological properties of oat beta-glucan gels with varying molecular weight composition[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2014, 62(14):3160-3167.

[27] ZHAO Q, HU X， GUO Q, et al. Physicochemical properties and regulatory effects on db/db diabetic mice of beta-glucans extracted from oat, wheat and barley[J]. Food Hydrocolloids, 2014, 37(37):60-68.

[28] MOSCHAKIS T,LAZARIDOU A, BILIADERIS C G. A micro-and macro-scale approach to probe the dynamics of sol-gel transition in cereal beta-glucan solutions varying in molecular characteristics[J]. Food Hydrocolloids, 2014, 42(8):81-91.

[29] GAO Z, FANG Y， CAO Y, et al. Hydrocolloid-food component interactions[J]. Food Hydrocolloids, 2016,68:149-156.

[30] KNUCKLES B E, HUDSON C A， CHIU M M, et al. Effect of beta-glucan barley fractions in high-fiber bread and pasta[J]. Cereal Foods World, 1997, 42(2):94-99.

[31] GILL S, VASANTHAN T， OORAIKUL B, et al. Wheat bread quality as influenced by the substitution of waxy and regular barley flours in their native and cooked forms[J]. Journal of Cereal Science, 2002, 36(2):239-251.

[32] SKENDI A, BILIADERIS C G， PAPAGEORGIOU M, et al. Effects of two barley beta-glucan isolates on wheat flour dough and bread properties[J]. Food Chemistry, 2010, 119(3):1159-1167.

[33] CAVALLERO A, EMPILLI S， BRIGHENTI F, et al. High (1→3,1→4)-beta-glucan barley fractions in bread making and their effects on human glycemic response[J]. Journal of Cereal Science, 2002, 36(1):59-66.

[34] RIEDER A, HOLTEKJ?LEN A K， SAHLSTR?M S, et al. Effect of barley and oat flour types and sourdoughs on dough rheology and bread quality of composite wheat bread[J]. Journal of Cereal Science, 2012, 55(1):44-52.

[35] KIM Y, YOKOYAMA W H. Physical and sensory properties of all-barley and all-oat breads with additional hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) beta-glucan[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2011, 59(2):741-746.

[36] COURTIN C M, DELCOUR J A. Arabinoxylans and endoxylanases in wheat flour bread-making[J]. Journal of Cereal Science, 2002, 35(3):225-243.

[37] RONDA F, PEREZ-QUIRCE S， LAZARIDOU A, et al. Effect of barley and oat beta-glucan concentrates on gluten-free rice-based doughs and bread characteristics[J]. Food Hydrocolloids, 2015, 48:197-207.

[38] SKENDI A, PAPAGEORGIOU M, BILIADERIS C G. Effect of barley β-glucan molecular size and level on wheat dough rheological properties[J]. Journal of Food Engineering, 2009, 91(4):594-601.

[39] SHARMA P, GUJRAL H S. Anti-staling effects of beta-glucan and barley flour in wheat flour chapatti[J]. Food Chemistry, 2014, 145:102-108.

[40] SHARMA P,GUJRAL H S. Cookie making behavior of wheat-barley flour blends and effects on antioxidant properties[J]. LWT-Food Science and Technology, 2014, 55(1):301-307.

[41] PETERSSON K, GODARD O， ELIASSON A C, et al. The effects of cereal additives in low-fat sausages and meatballs. Part 2: rye bran, oat bran and barley fibre[J]. Meat Science, 2014, 96(1):503-508.

[42] REZENDE N V, BENASSI M T， VISSOTTO F Z, et al. Effects of fat replacement and fiber addition on the texture, sensory acceptance and structure of sucrose-free chocolate[J]. International Journal of Food Science and Technology, 2015, 50(6):1413-1420.

ResearchProgressinGelPropertiesandApplicationofBarleyβ-Glucan

HUANG Zehua, ZHU Kexue, ZHOU Huiming*
(SchoolofFoodScienceandTechnology,JiangnanUniversity,Wuxi214122,China)

Barley is the fourth largest cereal crop in the world and rich in barley β-glucan, which has the function of lowering plasma cholesterol, controlling blood glucose, immune regulation and anti-oxidation. In the food system, barley β-glucan can act as a hydrophilic colloid. Previous studies have focused on the optimization of processing technology for adding barley β-glucan food, and its application as a functional food ingredient. The barley β-glucan can also affect the food processing process between the physical and chemical reactions, thereby affecting the food texture, nutrition and function. The distribution and purification of barley β-glucan in barley grains, the progress of analysis of the structure of barley β-glucan, and the structure-activity relationship between the microstructure of β-glucan and the structure of glucan gel were reviewed in this paper. It was found that the molecular weight of β-glucan and the ratio of the cellotriosyl and the cellotetraosyl were important factors affecting the gel formation process and the microstructure of the gel. The mechanism of barley β-glucan gel formation and its properties, as well as its effect on physical properties of food were also discussed. This paper provides reference to avoid negative impact of barley β-glucan on the products and exert its physiological function in food.

barley β-glucan; molecular structure; gel properties; rheology; food texture

10.3969/j.issn.2095-6002.2017.05.005

2095-6002(2017)05-0025-07

黃澤華， 朱科學， 周惠明. 大麥β-葡聚糖的凝膠特性及應用研究進展[J]. 食品科學技術(shù)學報，2017,35(5):25-31.

HUANG Zehua, ZHU Kexue, ZHOU Huiming. Research progress in gel properties and application of barley β-glucan[J]. Journal of Food Science and Technology, 2017,35(5):25-31.

TS213； TS210.1

A

2017-09-01

國家自然科學基金資助項目(31772006)。

黃澤華，男，博士研究生，研究方向為食品科學與工程；

*周惠明，男，教授，博士生導師，主要從事植物源食品貯藏與保鮮、主食及方便食品方面的研究，通信作者。

(責任編輯：張逸群)