田思萌，孔祥菊

(1.哈爾濱醫(yī)科大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，哈爾濱 150081；2.哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院，哈爾濱 150001)

燕麥屬于禾本科燕麥屬一年生草本植物，是一種特殊的糧食、化妝品、飼料、醫(yī)藥和工業(yè)原料等多用途作物，含有豐富的礦物質(zhì)、維生素、良好配比的氨基酸、不飽和脂肪酸以及獨(dú)特的水溶性膳食纖維[1]。其中研究和應(yīng)用最多的是其中的非淀粉類水溶性膳食纖維即燕麥β-葡聚糖，它主要存在于燕麥籽粒的糊粉層和亞糊粉層的細(xì)胞壁，其基本結(jié)構(gòu)是由β(1→3)糖苷鍵和β(1→4)糖苷鍵連接β-D-吡喃葡萄糖單位而形成的一種高分子無分支線性黏多糖，是一種相對分子質(zhì)量較小的短鏈葡聚糖，屬于低聚糖[2]。燕麥中的β-葡聚糖含量在谷類作物中最高。

燕麥β-葡聚糖具有多種有益的生物學(xué)功能，已然成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，并受到廣大消費(fèi)者的關(guān)注。特別是20世紀(jì)90年代，美國食品和藥物管理局FDA指出，每日飲食中含有3 g以上β-葡聚糖或者食用低脂肪的燕麥可以降低血脂含量，并能減少心血管疾病的發(fā)病率[3]，更是推動(dòng)了燕麥β-葡聚糖科學(xué)研究及產(chǎn)品應(yīng)用的快速發(fā)展。大量研究證實(shí)燕麥β-葡聚糖還具有降血糖、改善腸道菌群、抗氧化及提高免疫力的作用，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)高纖維飲料、面食、糕點(diǎn)和熟肉制品等食物中[4]。為此，本文在查閱大量國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對燕麥β-葡聚糖的結(jié)構(gòu)特征、含量、生物學(xué)功能及其在食品中的應(yīng)用等方面進(jìn)行了深入分析及探討，期望能為燕麥β-葡聚糖作為食品功能因子進(jìn)行深度開發(fā)及利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 燕麥β-葡聚糖分子結(jié)構(gòu)特征

燕麥β-葡聚糖各種有益的生物價(jià)值不斷被探索，對燕麥β-葡聚糖基本結(jié)構(gòu)、含量、分布的探究也越來越深入。研究結(jié)果表明，β-葡聚糖的多種有益的功能受其結(jié)構(gòu)特征、分子量、含量、連鎖類型等多個(gè)方面的影響[5]。不同禾谷類作物籽粒中含有β-葡聚糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)類似，只是在分子中β(1→4)糖苷鍵與β(1→3)糖苷鍵組成比例中有一定區(qū)別[6]。燕麥β-葡聚糖基本結(jié)構(gòu)是β(1→3)糖苷鍵和β(1→4)糖苷鍵連接β-D-吡喃葡萄糖單元而成的線性聚合物，其中β(1→3)鍵使β-葡聚糖形成具有一定的靈活性[7]。張娟等的研究結(jié)果顯示，由β(1→4)和β(1→3)組成的燕麥β-葡聚糖結(jié)構(gòu)分布并非完全有序，但也不是完全無序的排列[8]，大約90%的葡萄糖單元排列在β(1→3)連接的纖維三糖和纖維四糖單元中，而其余結(jié)構(gòu)是較長的纖維素節(jié)[9]。

燕麥β-葡聚糖在分子尺度上的物理化學(xué)性質(zhì)，特別是其重量平均分子量很大程度上決定其溶解性、黏度、分散性和膠凝性[10]，而分子量影響的溶解度和黏度被認(rèn)為與燕麥β-葡聚糖產(chǎn)生的生物學(xué)功能有關(guān)[11]。由于燕麥β-葡聚糖的分子量受到加工所采取的不同方式、燕麥的品質(zhì)、農(nóng)藝措施、食品形狀等方面的影響，其生物活性也相應(yīng)地受到不同程度的影響(見表1)。相關(guān)研究表明，不同的加工方式，如過高的粉碎粒度、過高的溫度、壓力以及生產(chǎn)環(huán)境和酶催化等都會(huì)影響其分子量，從而影響燕麥中β-葡聚糖的含量和其生物活性[12]。不同的谷物如黑麥、大麥、燕麥、小麥β-葡聚糖的分子量范圍分別為21×103～1100×103g/mol，31×103～2700×103g/mol,65×103～3100×103g/mol，209×103～487×103g/mol[13]。在谷物中燕麥中β-葡聚糖的分子量相對較大，可能與其多種生物學(xué)效應(yīng)的關(guān)系密切。

表1 不同燕麥制品β-葡萄糖分子質(zhì)量之間的差異[14]Table 1 The difference of molecular weight of β-glucose in different oat products 干基%

2 燕麥中β-葡聚糖含量

燕麥β-葡聚糖的含量是燕麥?zhǔn)称窢I養(yǎng)評價(jià)的一個(gè)出發(fā)點(diǎn)，對其含量的要求已經(jīng)成為燕麥產(chǎn)品不可缺少的部分和取向[15]。燕麥β-葡聚糖的含量受到種植地區(qū)、品種、年份等幾個(gè)方面的影響，其中品種影響的程度較大，其次是種植區(qū)，年份的影響較小[16]。此外，通過一定的農(nóng)藝措施也可以使燕麥β-葡聚糖的含量發(fā)生改變，從目前已知的幾個(gè)可以影響燕麥β-葡聚糖含量的因素來看，通過培育新品種提高燕麥β-葡聚糖的含量非常具有指導(dǎo)意義。田志芳等的研究發(fā)現(xiàn)，燕麥培育的新品種中β-葡聚糖的含量較高，較多燕麥品種β-葡聚糖的含量在3.0%～5.0%之間[17]。目前國內(nèi)外現(xiàn)有研究表明，燕麥資源間β-葡聚糖含量存在明顯差異，并且在不同生態(tài)區(qū)種植區(qū)域和年份(見表2)的燕麥資源β-葡聚糖含量也存在差異。張海芳等對不同燕麥品種和地區(qū)效應(yīng)研究發(fā)現(xiàn)，品種對燕麥β-葡聚糖含量有著顯著的影響，其幅度在4.75%～7.12%之間，而在同一地區(qū)燕麥β-葡聚糖的含量差異不大[18]。因此，開發(fā)高含量β-葡聚糖的燕麥品種也是未來發(fā)展的方向。

表2 不同種植地區(qū)、年份在燕麥β-葡萄糖含量之間的差異[19]Table 2 The difference of oat β-glucose content in different planting areas and years

3 燕麥β-葡聚糖生物學(xué)功能

3.1 降低膽固醇

Ho等發(fā)現(xiàn)膳食中燕麥β-葡聚糖的平均劑量達(dá)到3.5 g/d時(shí)，可明顯降低LDL-C、非HDL膽固醇和載脂蛋白B水平，并且發(fā)現(xiàn)燕麥β-葡聚糖對LDL-C的影響與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和干預(yù)時(shí)間有關(guān)[20]。大量數(shù)據(jù)分析證實(shí)燕麥β-葡聚糖對LDL-C的調(diào)節(jié)與基礎(chǔ)LDL-C水平呈相反關(guān)系，但對非HDL膽固醇和載脂蛋白B沒有這種現(xiàn)象。燕麥β-葡聚糖降低膽固醇的原理可能是通過在小腸中形成黏性物質(zhì)來限制小腸對膳食中膽固醇的吸收以及對膽汁的重吸收從而使血清中TC和LDL-C濃度降低[21]。研究還發(fā)現(xiàn)燕麥β-葡聚糖降血脂的原理還包括上調(diào)膽固醇7-α-羥化酶活性從而加速膽固醇的降解。同時(shí)，對比燕麥片和燕麥β-葡聚糖的降脂效果發(fā)現(xiàn)，降脂效果最好的燕麥片和提取物不是同一個(gè)品種，這表明燕麥中可能還含有其他物質(zhì)具有降脂功能[22]。對于無心血管事件史且10年冠心病風(fēng)險(xiǎn)≥5%的中年男性來說，β-葡聚糖對于預(yù)防冠心病事件可能具有成本效益。維持每日3 g燕麥β-葡聚糖攝入量可以減少心肌梗死和冠心病死亡首次事件的發(fā)生[23]。

3.2 抗氧化

Du B等提出，燕麥β-葡聚糖具有清除自由基和減少炎癥產(chǎn)生的能力，并對血液或血漿中嚴(yán)重的氧化劑誘導(dǎo)的脂質(zhì)過氧化有顯著保護(hù)作用[24]。Suchecka等發(fā)現(xiàn)在LPS誘導(dǎo)的腸炎大鼠中，補(bǔ)充燕麥β-葡聚糖的大鼠在肝臟和胃組織中顯示抗氧化活性，導(dǎo)致ROS產(chǎn)物的減少[25]。燕麥β-葡聚糖對2，4，6-三硝基苯磺酸誘導(dǎo)的結(jié)腸炎大鼠具有間接的抗氧化作用[26]。在對高脂喂養(yǎng)的大鼠研究中發(fā)現(xiàn)，燕麥β-葡聚糖可使血清的丙二醛含量顯著降低,說明燕麥β-葡聚糖具有一定的脂質(zhì)抗氧化作用；并且高脂組大鼠血清超氧化物歧化酶(SOD)酶活性顯著低于對照組，實(shí)驗(yàn)證明燕麥β-葡聚糖可以顯著提高大鼠的SOD活力,從而使機(jī)體氧化及抗氧化系統(tǒng)保持動(dòng)態(tài)平衡,減少自由基的毒副作用,使組織及細(xì)胞免受自由基造成的損害[27]。

3.3 降血糖

1977年美國食品和藥物管理局(FDA)發(fā)表聲明，食用燕麥?zhǔn)称愤_(dá)到一定時(shí)間，并達(dá)到燕麥β-葡聚糖的閾值，即會(huì)產(chǎn)生降血糖功效[28]。一項(xiàng)meta分析發(fā)現(xiàn)T2DM患者每日攝入燕麥 2.5～3.5 g，持續(xù)3～8周，可明顯降低空腹血糖(FPG)、糖化血紅蛋白的水平，但對空腹血漿胰島素(FPI)水平無顯著影響[29]。連續(xù)3周食用富含3 g/d的燕麥β-葡聚糖的面包可以降低T2DM患者的胰島素抵抗。服用大約0.6 g/d的劑量，持續(xù)4周以上，能夠改善糖尿病患者的血糖水平，食用低劑量的燕麥β-葡聚糖達(dá)12周也有促進(jìn)新陳代謝的作用[30]。但也有研究發(fā)現(xiàn)連續(xù)8周攝入3.9 g富含燕麥β-葡聚糖的膳食對T2DM患者的FPG、FPI或胰島素抵抗均無飲食相關(guān)影響。產(chǎn)生這一差異的原因可能是T2DM患者餐后血糖和胰島素反應(yīng)的衰減與燕麥β-葡聚糖的高黏度有關(guān)，有研究證實(shí)，燕麥β-葡聚糖通過在腸胃中形成高黏性環(huán)境來發(fā)揮降糖作用,高黏度可以延遲胃排空，減慢腸道蠕動(dòng)，延緩葡萄糖在小腸中的吸收，不同燕麥β-葡聚糖的黏度差異也較大[31]。

3.4 調(diào)節(jié)腸道菌群

燕麥β-葡聚糖已被證明可以調(diào)節(jié)人類、動(dòng)物和體外發(fā)酵系統(tǒng)中的腸道微生物群，典型的是雙歧桿菌和乳酸桿菌相對豐度的增加[32]。目前認(rèn)為腸道菌群的組成是宿主體內(nèi)膽固醇和膽汁酸代謝的重要調(diào)節(jié)器。燕麥β-葡聚糖通對宿主腸道菌群產(chǎn)生影響，從而影響膽汁酸信號、短鏈脂肪酸信號以及其他膽固醇穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)因子，這是其維持體內(nèi)膽固醇穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮著重要作用的機(jī)制之一[33]。張維等也發(fā)現(xiàn)燕麥β-葡聚糖能顯著增加糖尿病腎病大鼠的腸道菌群豐度與多樣性，以及厚壁菌門和擬桿菌門的比值，這可能是其延緩糖尿病腎病的機(jī)制之一[34]。有研究表明，內(nèi)源性1，3(4)-多聚葡聚糖酶處理提高了燕麥β-葡聚糖的發(fā)酵能力，經(jīng)酶處理的燕麥β-葡聚糖有類似母乳低聚糖的作用，作為益生元，刺激免疫系統(tǒng)，增加未成熟的樹突狀細(xì)胞腸球菌的相對豐度，并減弱了促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生[35]。經(jīng)酶處理過的燕麥β-葡聚糖對嬰幼兒的微生物群組成產(chǎn)生有益作用，高度符合嬰兒配方奶粉，雖然尚未用于嬰兒配方奶粉，但有可能用于補(bǔ)充。

4 燕麥β-葡聚糖在食品中的應(yīng)用

Singh Mukti 等[36]以開發(fā)功能性酸奶為主要目標(biāo)，通過將0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%的純燕麥β-葡聚糖摻入酸奶混合物中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)β-葡聚糖的添加量最多可以達(dá)到0.3%，即符合營養(yǎng)準(zhǔn)則，還可以增加營養(yǎng)益處，而又不會(huì)影響酸奶的特性。Rosburg Valerie 等[37]發(fā)現(xiàn)β-葡聚糖在低溫保存時(shí)對酸奶中的雙歧桿菌具有保護(hù)作用，增加了酸奶的口感與穩(wěn)定性。燕麥β-葡聚糖在無麩質(zhì)產(chǎn)品中的應(yīng)用也顯示出積極效應(yīng)，在質(zhì)地、體積和感官方面都有不錯(cuò)的效果[38]。將燕麥β-葡聚糖應(yīng)用在飲料制品中，既能增加飲料的黏稠度，又滿足FDA批準(zhǔn)的降低心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)的健康要求[39]。另外，高分子β-葡聚糖也可以用在化妝品中，具有多種保護(hù)皮膚的功效如抗皺、抗老化、減少外界刺激等[40]。燕麥β-葡聚糖還可添加在香腸中來提高香腸的彈性、咀嚼性，加強(qiáng)香腸的口感和營養(yǎng)[41]。

5 展望

本文從燕麥β-葡聚糖的分子結(jié)構(gòu)、含量以及其降膽固醇、降低血糖、抗氧化、調(diào)節(jié)腸道菌群等多種生物學(xué)功效來闡述燕麥β-葡聚糖的特點(diǎn)及生物活性功能，希望能夠?yàn)槲磥矶喾N新型燕麥?zhǔn)称返拈_發(fā)和探索提供科學(xué)依據(jù)。隨著對燕麥β-葡聚糖的科學(xué)研究的深入，燕麥β-葡聚糖作為一種新型功能性食品配料會(huì)具有更好的食品商業(yè)前景。