陳婷，葉發(fā)銀，趙國(guó)華,2*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶，400715)2(重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心，重慶，400715)

開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)營(yíng)養(yǎng)、健康、安全且味美的食品一直是食品科技和產(chǎn)業(yè)努力的目標(biāo)。當(dāng)前，功能性食品正從片劑、丸劑、沖劑、膠囊、口服液等仿藥劑形態(tài)向普通食品形態(tài)過(guò)渡。如何賦予生物活性物質(zhì)在普通食品中的可添加性以及如何有效提升其生物利用度，已成為功能性食品配料生產(chǎn)中面臨的重大挑戰(zhàn)。其核心是要求被添加的生物活性物質(zhì)與食品基質(zhì)之間有良好的相容性，否則容易導(dǎo)致食品品質(zhì)劣化并影響活性物質(zhì)的穩(wěn)定性和生理效能。但是，很多食品活性物質(zhì)如β-胡蘿卜素、姜黃素、功能性油脂等不僅水溶性差且對(duì)環(huán)境敏感(暴露在氧氣、熱、高價(jià)金屬離子中易發(fā)生降解)使其添加遭遇瓶頸[1]，又如功能性蛋白質(zhì)、益生菌等往往在未到達(dá)有效生理部位前就已經(jīng)失去活性，使其無(wú)法發(fā)揮相應(yīng)功能[2]。近年來(lái)，對(duì)食品活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)化處理為解決上述問(wèn)題提供了切實(shí)可行的方案，即利用活性物質(zhì)與食品成分之間(載體材料)的相互作用，將前者裝配于后者形成納/微米顆粒、納/微米級(jí)水凝膠或油凝膠、微膠囊、納米纖維等結(jié)構(gòu)體[3]。這些結(jié)構(gòu)化功能性配料一方面具有與食品基質(zhì)良好的相容性，不會(huì)影響食品的外觀和質(zhì)地等品質(zhì)，另一方面還能有效保護(hù)活性物質(zhì)并實(shí)現(xiàn)靶向遞送，提升其生物利用度。

多糖、蛋白質(zhì)等食品生物聚合物是結(jié)構(gòu)化功能性配料加工制造過(guò)程中廣泛采用的載體材料。β-葡聚糖(β-glucan,β-G)被認(rèn)為是最具潛力的結(jié)構(gòu)化功能性配料制造的載體材料之一。首先它是一類(lèi)安全的食品配料，并已證實(shí)具有多種生理活性[2]；其次，β-G分子結(jié)構(gòu)上不存在人體消化酶的作用位點(diǎn)，作為載體在胃及小腸環(huán)境中具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[2]；第三，β-G已證實(shí)具有穩(wěn)定化、膠凝作用以及結(jié)合(或復(fù)合)食品成分(茶多酚、姜黃素)等特性，甚至可作為壁材使用[2]；第四，β-G具有可供結(jié)構(gòu)修飾的基團(tuán)位點(diǎn)，經(jīng)疏水化改性的β-G展示出色的荷載“增溶”疏水性活性成分的能力[4]；最后，由于其糖苷鍵位置及連接方式的獨(dú)特性，β-G的三螺旋構(gòu)象在溶液中具有“變性-復(fù)性”的特征，這為功能性配料的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)[5]。為推動(dòng)β-G在結(jié)構(gòu)化功能性配料制造中深入研究于應(yīng)用，本文在充分調(diào)研文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上對(duì)此領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀進(jìn)行全面總結(jié)，對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行了深入剖析，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

1 β-G的來(lái)源和結(jié)構(gòu)

β-G是葡萄糖結(jié)構(gòu)單元以β-糖苷鍵連接而成的一類(lèi)非淀粉類(lèi)多糖，廣泛存在于高等植物、大型真菌、藻類(lèi)、酵母和細(xì)菌等生物體中。不同來(lái)源β-G均有β-1,3糖苷鍵以及數(shù)量各異的β-1,4和β-1,6糖苷鍵，如表1及圖1所示。纖維素的葡萄糖結(jié)構(gòu)單元全部以β-1,4鍵連接，不屬于β-G。

β-1,3-葡聚糖是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的β-G，沒(méi)有分支鏈，目前發(fā)現(xiàn)的主要包括可得然膠(curdlan)、裸藻多糖(paramylon)和茯苓聚糖(pachyman)?？傻萌荒z(圖1-a)是一種細(xì)菌胞外多糖，不溶于冷水，可溶于堿性溶液?？傻萌荒z具有膠凝特性，將其水懸液加熱到60℃以上即可形成凝膠。土壤桿菌(Agrobacteriumsp.)目前是可得然膠的主要生產(chǎn)菌株，此外糞產(chǎn)堿桿菌(Alcaligenesfaecalis)，三葉草根瘤菌(Rhizobiumtrifolii) 等細(xì)菌也具有產(chǎn)可得然膠的能力。裸藻多糖發(fā)現(xiàn)于裸藻屬生物纖細(xì)裸藻中，為高度結(jié)晶的線性β-1,3-葡聚糖，常以不溶性的顆粒(2～3 μm)存在。

β-1,3-1,4-葡聚糖主要存在于大麥、燕麥、小麥、高粱等谷類(lèi)作物的胚乳細(xì)胞壁中，是線性無(wú)分支的均多糖(圖1-b)。它的結(jié)構(gòu)特征在于，連續(xù)的β-1,4糖苷鍵(以纖維二糖、三糖和四糖常見(jiàn)，也有較長(zhǎng)的纖維寡糖鏈段存在)形成纖維寡糖鏈段，并由單個(gè)的β-1,3糖苷鍵連接。

表1 不同來(lái)源β-G的糖苷鍵類(lèi)型及結(jié)構(gòu)Table 1 Types and structures of glycosidic bonds of β-glucan from different sources

注：SDS-PAGE為十二烷基硫酸鈉聚丙烯酰胺凝膠電泳，SEC為分子排阻凝膠色譜，HPSEC為高效排徑色譜法，HPLC為高效液相色譜法，GFC為凝膠過(guò)濾色譜法，MALLS為多角度激光散射法，RALLS為直角激光散射探測(cè)器，RI為折光率檢測(cè)器，DRI為折射率差，DV為差示黏度計(jì)，VC黏度檢測(cè)器

帶分支的β-1,3-葡聚糖主要存在于大型真菌和酵母菌中，其特點(diǎn)是主鏈為β-1,3糖苷鍵，側(cè)鏈為β-1,6糖苷鍵，分支點(diǎn)位置及側(cè)鏈長(zhǎng)度因來(lái)源而異。硬葡聚糖(scleroglucan)和裂褶多糖(schizophyllan)(圖1-c)是以3個(gè)β-1,3鍵連接的d-吡喃型葡萄糖為重復(fù)結(jié)構(gòu)單元，每個(gè)結(jié)構(gòu)單元上由單個(gè)β-1,6鍵連接一個(gè)葡萄糖側(cè)鏈構(gòu)成的β-G。黑木耳多糖(圖1-d)同樣以3個(gè)β-1,3鍵連接的葡萄糖為重復(fù)結(jié)構(gòu)單元，但每個(gè)結(jié)構(gòu)單元上具有2個(gè)β-1,6鍵連接單個(gè)葡萄糖側(cè)鏈[15]。香菇多糖(lentinan)重復(fù)結(jié)構(gòu)單元為5個(gè)β-1,3鍵連接的葡萄糖殘基(圖1-e)，每個(gè)結(jié)構(gòu)單元上有2個(gè)β-1,6鍵連接一個(gè)葡萄糖側(cè)鏈，形成梳狀分支結(jié)構(gòu)，具有較好的水溶性。在酵母細(xì)胞壁中，β-G(圖1-f)以β-1,3鍵連接的葡萄糖殘基為主鏈，分支點(diǎn)約占總糖苷鍵數(shù)的3%～15%，側(cè)鏈與主鏈以β-1,6鍵連接，側(cè)鏈由33個(gè)葡萄糖殘基組成。

a-可得然膠;b-谷物β-葡聚糖;c-裂褶多糖;d-黑木耳多糖;e-香菇多糖;f-酵母β-葡聚糖
圖1 不同來(lái)源的β-葡聚糖結(jié)構(gòu)圖
Fig.1 Structures of β-glucan from different sources

多糖在溶液能通過(guò)分子鏈內(nèi)或鏈間相互作用(如氫鍵)而形成諸如無(wú)規(guī)則線團(tuán)、單螺旋、雙螺旋、三螺旋等高級(jí)結(jié)構(gòu)，甚至出現(xiàn)短桿狀、蠕蟲(chóng)狀等自聚集體等結(jié)構(gòu)形態(tài)。X-射線發(fā)現(xiàn)β-G的天然構(gòu)象為右手三螺旋結(jié)構(gòu)。以可得然膠右手三螺旋為例，螺旋直徑為2.3 nm，螺距為1.8 nm，螺旋結(jié)構(gòu)主要靠伸向螺旋中心的C-2位上—OH之間的氫鍵網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定(圖2-a)。有研究發(fā)現(xiàn)香菇多糖三螺旋鏈在0.15 mol/L的NaCl溶液中可平行排列形成棒狀聚集體。當(dāng)環(huán)境條件發(fā)生變化時(shí)(如強(qiáng)堿、強(qiáng)極性溶劑、高溫)，β-G的構(gòu)象可能隨之改變而發(fā)生“變性”。如可得然膠在0.19～0.24 mol/L的NaOH溶液中呈雙螺旋結(jié)構(gòu)，低于此濃度呈三螺旋結(jié)構(gòu)，而高于此濃度呈單鏈隨機(jī)線圈?！白冃浴焙蟮摩?G在環(huán)境條件恢復(fù)后也可發(fā)生“復(fù)性”。裂褶多糖在水中呈三螺旋結(jié)構(gòu)，加入二甲亞砜后轉(zhuǎn)變?yōu)閱捂?；若在水中透析去除二甲亞砜，則又可逐漸恢復(fù)為三螺旋結(jié)構(gòu)[5](圖2-b)。SLETMOEN等[18]發(fā)現(xiàn)用NaCl溶液稀釋硬葡聚糖的二甲亞砜溶液，可導(dǎo)致硬葡聚糖從單鏈隨機(jī)線圈過(guò)渡到“不完美”三螺旋結(jié)構(gòu)，再進(jìn)行退火處理可形成“完美”的三螺旋結(jié)構(gòu)(圖2-c)。

a-可得然膠中可能存在的氫鍵模型[19]；b-裂褶多糖的變性- 復(fù)性過(guò)程圖[5];c-硬葡聚糖復(fù)性和后續(xù)退火后形成的物種示 意圖[18]
圖2 不同條件下β-葡聚糖的構(gòu)像示意圖
Fig.2 Schematic illustration of β-glucan conformation under different conditions

2 β-G在結(jié)構(gòu)化功能配料制備中的應(yīng)用方式及特點(diǎn)

2.1 全葡聚糖顆粒的應(yīng)用

全葡聚糖顆粒(whole glucan particle, WGP)是指將酵母菌(Sacharomycescerevisiae)的細(xì)胞內(nèi)容物取出后，得到中空不溶性顆粒，其大小外形與原酵母菌細(xì)胞基本相同，平均粒徑為2～4 μm(圖3)[20]。WGP保留了細(xì)胞壁骨架，成分上主要是β-1,3-d-葡聚糖。由于制備方法及來(lái)源差異有的還含有葡甘露聚糖、幾丁質(zhì)和脂質(zhì)等成分，因而有文獻(xiàn)將它們統(tǒng)稱(chēng)為酵母細(xì)胞壁顆粒(yeast cell wall particles，YCWP)。制備WGP時(shí)，通常使用熱堿液消化酵母細(xì)胞內(nèi)容物，接著用鹽酸調(diào)節(jié)到酸性(pH 4.5)，75 ℃保溫1 h繼續(xù)消化，最后用水、有機(jī)溶劑交替洗滌，離心、干燥得到灰白色粉末。有些WGP表面存在多個(gè)500～600 nm大小的孔與內(nèi)部空腔連通，這為物質(zhì)經(jīng)由孔道雙向擴(kuò)散提供了便利[20]。有證據(jù)表明，WGP的內(nèi)部空腔對(duì)姜黃素、精油等疏水性食品成分的荷載效果良好(表2)，荷載明顯提升了這些成分的熱穩(wěn)定性和抗氧化穩(wěn)定性。YOUNG等[3]采用真空浸漬技術(shù)將姜黃素封裝在YCWP內(nèi)，經(jīng)熱處理(70 ℃、30 min)后姜黃素保留率仍超過(guò)91%，而傳統(tǒng)乳液包裹的姜黃素在相同處理?xiàng)l件下保留率僅為66%。此外，WGP對(duì)生物大分子(DNA、siRNA及蛋白質(zhì)等[3])具有較好的包埋效果，可用于此類(lèi)活性成分的靶向遞送。對(duì)于不能封裝在空腔的一些活性成分(如口服疫苗等)，可以與WGP表面的結(jié)合位點(diǎn)通過(guò)層層組裝構(gòu)建功能性結(jié)構(gòu)體[21]。

a-掃描電鏡照片[20];b-透射電鏡照片[22]
圖3 全葡聚糖顆粒的電子顯微鏡圖像
Fig.3 Electron microscope images of whole glucan particles

2.2 β-G凝膠的應(yīng)用

一些多糖在水相中分散后可從“溶膠”轉(zhuǎn)變?yōu)椤澳z”，是因?yàn)榄h(huán)境條件改變導(dǎo)致多糖分子鏈段間產(chǎn)生了穩(wěn)定的交聯(lián)結(jié)構(gòu)。β-G具有形成凝膠的能力。大麥及燕麥β-G、可得然膠等具有冷致膠凝的特性。相對(duì)濃的β-G溶液(40～120 g/L)在室溫及較低溫度下即形成凝膠；當(dāng)濃度低時(shí)(10～40 g/L)，可通過(guò)凍凝膠作用(cryogelation)形成凍凝膠結(jié)構(gòu)體。LAZARIDOU等[23]報(bào)道大麥β-G水溶液經(jīng)反復(fù)凍融處理，溶液在冷凍時(shí)溶質(zhì)被濃縮，聚合物鏈段彼此靠近并通過(guò)非共價(jià)作用形成弱凝膠結(jié)構(gòu)，這種交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在解凍時(shí)仍在緩慢成長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)多次冷凍-解凍循環(huán)后，隨著溶劑不斷移除和鏈段間作用力增強(qiáng)，可形成海綿樣的具有一定機(jī)械強(qiáng)度的冷凍凝膠(cryogel)。研究表明，β-G的凝膠化與其精細(xì)結(jié)構(gòu)特征密切相關(guān)。對(duì)于具有β-1,3及β-1,4糖苷鍵的β-G，β-1,4結(jié)構(gòu)單元長(zhǎng)鏈段以及重復(fù)的纖維三糖結(jié)構(gòu)有利于凝膠網(wǎng)絡(luò)形成，如大麥β-G因其DP3:DP4比值更高，形成凝膠的速度大于比值較低的燕麥β-G。凝膠形成臨界濃度(crtical aggregation concentration，CAC)、凝膠速度和凝膠強(qiáng)度主要與β-G的分子質(zhì)量相關(guān)。燕麥β-G分子質(zhì)量分別為3.5×104Da及1.1×105Da時(shí)，CAC分別為3.5%和4.4%。大麥β-G的分子質(zhì)量(70→250×103Da)越大，膠凝時(shí)間越長(zhǎng)，凝膠強(qiáng)度越大[24]。

將食品成分分散于β-G“溶膠”中，通過(guò)β-G凝膠作用可實(shí)現(xiàn)對(duì)前者的物理包埋。XIONG等[25]將大麥β-G溶液與黑加侖花青素(black currant anthcyanin，BCA)溶液混勻，在80 ℃保溫條件下用注射器將混合液滴入植物油中，隨即冰浴，液滴硬化形成大約2.5 mm直徑的凝膠珠。凝膠珠在4 ℃保溫4 h后進(jìn)行脫水處理，以BCA回收率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，不同脫水方式的排序?yàn)槔鋬龈稍?真空烘箱干燥>熱風(fēng)干燥>紅外干燥，這表明干燥過(guò)程中紅外輻照降低了BCA的穩(wěn)定性。研究還發(fā)現(xiàn)BCA回收率還受冷卻介質(zhì)植物油的影響，原因在于BAC作為抗氧化劑在清除油中自由基時(shí)受到損失。LAZARIDOU等[23]將蛋白質(zhì)和大麥β-G混合后制作冷凍凝膠，結(jié)果表明，冷凍凝膠的彈性模量和熔化焓隨大麥β-G(55→320 kDa)和蛋白質(zhì)(18→270 kDa)的分子質(zhì)量的增加而減小，而壓縮模量、真實(shí)應(yīng)力和熔化溫度隨之增加。蛋白質(zhì)表觀擴(kuò)散系數(shù)和累計(jì)釋放量(97%→23%)則隨二者分子質(zhì)量增加而降低。VEVERKA等[26]報(bào)道了平菇β-G(Mw=450 kDa)水凝膠的乳化活性。將平菇β-G粉末懸浮在95 ℃水中，攪拌使其“溶解”，接著分2批加入油脂，高速剪切分散，植物油即被乳化，冷卻得到乳液凝膠(emulsion gel)。細(xì)小油滴被凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定下來(lái)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.50% β-G水凝膠可穩(wěn)定共軛亞麻油酸(與前者質(zhì)量比1∶2)油滴達(dá)6個(gè)月之久。研究還發(fā)現(xiàn)在乳化前加入平菇β-G粉末(粒度4.5 μm)能增強(qiáng)水凝膠的乳化能力，前者可能通過(guò)Pickering效應(yīng)發(fā)揮作用。

2.3 β-G微膠囊的應(yīng)用

2.4 β-G復(fù)合物顆粒的應(yīng)用

在水相中，一些食品成分可與β-G分子上的結(jié)合位點(diǎn)通過(guò)非共價(jià)鍵作用形成復(fù)合物，復(fù)合物對(duì)環(huán)境敏感，當(dāng)條件合適時(shí)這些復(fù)合物可呈現(xiàn)膠體特征(圖4)。LI等[30]研究了單寧酸(tannic acid，TA)與燕麥β-G在溶液中形成復(fù)合物的規(guī)律，隨著單寧酸比例增加，復(fù)合物粒度呈先降后增趨勢(shì)，TA/β-G=0.4時(shí)粒度最小(380 nm)，TA/β-G≥0.6時(shí)變得渾濁甚至產(chǎn)生沉淀；TA/β-G=0.5的復(fù)合物濁度從20 ℃升至30 ℃過(guò)程中迅速降低，繼續(xù)升溫變化不明顯；增加離子強(qiáng)度(0→0.25 mol/L)或降低pH(9→2)均引起濁度增加。WU等[31]將茶多酚(tea polyphenol，TP)與燕麥β-G混勻后于透析袋(截留分子質(zhì)量1.4 kDa)中透析，對(duì)袋內(nèi)液體冷凍干燥得到淡黃色粉末，粉末中TP含量為19.8 μg/mg；原子力顯微鏡觀測(cè)發(fā)現(xiàn)β-G呈現(xiàn)離散的聚集體，當(dāng)TP與β-G復(fù)合后呈現(xiàn)規(guī)則且連續(xù)的聚集體。GAO等[32]進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)β-G對(duì)不同茶多酚單體化合物的復(fù)合效率具有差異，其中對(duì)EGCG的結(jié)合量(達(dá)到321.5 μg/mg)和復(fù)合效率最高，復(fù)合作用遵循Toth等溫模型。

圖4 β-G與單寧酸在不同pH下形成復(fù)合物 的透射電鏡圖[30]
Fig.4 Transmission electron microscopy of complexes of β-glucan and tannin at different pH[30]

研究表明，β-G復(fù)合作用具有增強(qiáng)敏感成分穩(wěn)定性的作用[33]，槲皮素、姜黃素、輔酶Q10及葉酸等在測(cè)試條件下?lián)p失率可達(dá)40%，各自與β-G形成復(fù)合物后，分別在過(guò)氧化氫熏蒸(25 ℃，5 d)、光照(22 ℃，365 nm單色光源及290～330 nm光源)、熱(40 ℃，55%RH，3個(gè)月)條件下測(cè)試，輔酶Q10及葉酸的保留率達(dá)到100%，槲皮素、姜黃素的保留率超過(guò)95%。此外，對(duì)于姜黃素及槲皮素等難溶性成分，β-G復(fù)合作用可提高它們?cè)谒械娜芙庑?，姜黃素及槲皮素溶解度分別達(dá)到77.1 mg/g和64.5 mg/g[33]。值得指出，β-G復(fù)合作用還可以增加活性成分在體內(nèi)發(fā)揮活性。WU等[31]對(duì)比分析了TP-β-G復(fù)合物及物理共混物經(jīng)小鼠連續(xù)灌胃15 d后TP發(fā)揮體內(nèi)抗氧化活性的效果，結(jié)果表明，灌胃TP-β-G復(fù)合物使小鼠肝臟中超氧化物歧化酶及谷胱甘肽過(guò)氧化物酶水平顯著高于物理物混合組和灌胃TP組，總抗氧化能力3組間無(wú)顯著性差異。

2.5 β-G納米結(jié)構(gòu)體的應(yīng)用

利用β-G發(fā)生“變性-復(fù)性”的特性，將變性的β-G與客體分子進(jìn)行相互作用，可在前者復(fù)性的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)自組裝，構(gòu)建功能性結(jié)構(gòu)體?，F(xiàn)已證明，金屬納米顆粒、單壁碳納米管、核苷酸、共軛聚合物、染料等均可包裹在β-G三螺旋內(nèi)部[19]。JIA等[34]研究了香菇多糖(lentinan，LNT)對(duì)硒納米顆粒(Selenium nanparticles,SeNPs)的包裹作用。將三螺旋的香菇多糖(t-LNT)溶液在140 ℃加熱30 min得到單鏈香菇多糖(s-LNT)溶液，然后加入Na2O3Se、抗壞血酸混合均勻，透析，冷凍干燥，得到SeNPs/s-LNT復(fù)合物，平均尺寸為28 nm。隨著s-LNT用量增加(5∶1→25∶1)，復(fù)合物的平均尺寸減少(52→33 nm)。SeNPs/s-LNT復(fù)合物在溶液中均勻分散30 d，仍可呈半透明狀。其制備機(jī)制為Na2O3Se經(jīng)抗壞血酸還原成元素Se，原子聚集成SeNPs，并通過(guò)Se與s-LNT上的—OH結(jié)合，s-LNT重組為三螺旋，將SeNPs包裹在三螺旋內(nèi)部。XU等[35]發(fā)現(xiàn)將濃度低于0.02 g/mL黑木耳多糖溶液用注射器滴加到乙醇溶液中后可自組裝成直徑小于100 nm、長(zhǎng)度為數(shù)十微米的空心納米纖維。其制備機(jī)制為黑木耳多糖在稀溶液中以單鏈形式存在，由于其疏水骨架，親水側(cè)鏈，在氫鍵和疏水相互作用的驅(qū)動(dòng)下，黑木耳多糖鏈平行排列成管狀納米球，增加濃度后，納米球融合成具有定向結(jié)構(gòu)的厚層，進(jìn)一步形成納米纖維?；诖?，可將SeNPs、AuNPs包裹在β-G納米纖維中，有學(xué)者采用亞硒酸鈉還原法制備了平均直徑為92 nm AF1/ SeNPs復(fù)合納米纖維，通過(guò)Se—O鍵可穩(wěn)定16個(gè)月。

目前，通過(guò)β-G變性-復(fù)性構(gòu)建的納米結(jié)構(gòu)體在食品工業(yè)中的應(yīng)用尚不多見(jiàn)。基于納米銀的抑菌作用，CHEN等[36]考察了真菌胞外多糖(ESP1)與AgNPs復(fù)合物的抑菌能力，將其與大腸桿菌、金黃色葡萄球菌在37 ℃下孵育12 h，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)ESP1的含量大于5 mg/mL，AgNPs的含量為1.6 mg/mL時(shí)完全抑制大腸桿菌生長(zhǎng)，AgNPs的含量為0.8 mg/mL時(shí)完全抑制金黃色葡萄球菌生長(zhǎng)。JIA等[34]將SeNPs/s-LNT與HeLa細(xì)胞一起培養(yǎng)后，發(fā)現(xiàn)隨著SeNPs的大小和尺寸分布的減小(52→33 nm)，抗腫瘤活性增加(IC50：85→19 μmol/L)，誘導(dǎo)HeLa細(xì)胞凋亡的平均熒光強(qiáng)度也增強(qiáng)(40.0 → 78.8)，遠(yuǎn)高于t-LNT處理組(25.6)。

2.6 β-G自聚集膠束的應(yīng)用

兩親性多糖具有在水溶液中自聚集的特性。多糖的疏水性鏈段或殘基通過(guò)疏水相互作用使其聚集為膠束、囊泡或納米球等結(jié)構(gòu)。早期研究在對(duì)從燕麥麩皮提取的β-G進(jìn)行溶液特性表征時(shí)發(fā)現(xiàn)，約10%的組分具有膠束樣自聚集能力，臨界自聚集濃度為0.2 g/L。這可能是依靠β-1,4長(zhǎng)鏈段(即使數(shù)量不多的)之間的相互作用，抑或是鏈段上連有親脂成分。由于β-G往往親水性較強(qiáng)，為賦予良好自聚集特性通常將其疏水化改性。LIU等[37]發(fā)現(xiàn)辛烯基琥珀?；帑湨?G(取代度0.007 6～0.038 7)在水相中可自聚集為175～600 nm尺寸的膠束。當(dāng)燕麥β-G重均分子質(zhì)量為16.8×104g/mol時(shí)， CAC(0.206 →0.039 mg/mL)和膠束尺寸(600→267 nm)隨著取代度(0.008 0→0.038 7)增加而降低，而重均分子質(zhì)量從16.8×104降至11.9×104g/mol時(shí)，CAC明顯降低(0.206～0.081 mg/mL)。有研究發(fā)現(xiàn)脂肪?；揎椀难帑湨?G在水相中可自聚集為膠束(264.7～530.9 nm)，其CAC值(0.050～0.165 mg/mL)隨著DS(0.030→0.010)、?；滈L(zhǎng)(10→6)的降低或β-G分子質(zhì)量(7.4×104→16.8×104Da)的增加而增加。

疏水化改性β-G因其較低的CAC值，其自聚集膠束具有良好的稀釋穩(wěn)定性，且不被人體消化酶降解，因而具有“增溶”和遞送親脂性活性成分的潛力。β-G自聚集膠束能將水相中以極低濃度存在的活性成分“吸收”到膠束內(nèi)部，從而不斷促進(jìn)難溶成分的溶解，顯著增加姜黃素(從11 ng/mL升至9.68 μg/mL[37]，膠束尺寸404→308 nm)、楊梅素(9.93 μg/mL升至83.79 μg/mL，膠束尺寸486→217 nm)及β-胡蘿卜素(12.84 μg/mL, 膠束尺寸140→598 nm[38])在水溶液中的表觀溶解度。研究認(rèn)為，姜黃素或楊梅素包埋后膠束尺寸減少是由于氫鍵和疏水相互作用使分子間堆積形成更緊湊的膠束；而β-胡蘿卜素包埋后膠束尺寸增加是因?yàn)槟z束中未定位的?；鶊F(tuán)與β-胡蘿卜素之間相互作用并一起進(jìn)入膠束內(nèi)部[38]。膠束化包埋使β-胡蘿卜素在水相環(huán)境中具有良好的分散和著色能力。體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，包埋提升了上述成分對(duì)光、熱等因子的穩(wěn)定性。姜黃素在25 ℃光照下儲(chǔ)藏20 d僅剩7.7%，包封在自聚集膠束中的保留率為54.7%[39]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，荷載膠束對(duì)姜黃素[39]、楊梅素[40]具有結(jié)腸遞送效應(yīng)，提高了生物利用率[39]。

2.7 β-G靜電紡絲的應(yīng)用

靜電紡絲是一種由靜電驅(qū)動(dòng)高分子流體(或熔體) 噴射流來(lái)制備納/微米纖維的過(guò)程，一個(gè)電極與高分子流體流經(jīng)的毛細(xì)管相連，另一個(gè)電極與接受裝置連接，高分子流體帶上高壓靜電后，液體表面聚集電荷，電荷的相互排斥引發(fā)與表面張力相反的力。隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增大，毛細(xì)管尖端流體的半球形表面伸長(zhǎng)，形成泰勒錐，進(jìn)一步增大電場(chǎng)，電荷斥力克服表面張力，帶電射流從泰勒錐尖端噴出，經(jīng)過(guò)一個(gè)不穩(wěn)定和延伸的過(guò)程，射流變得非常長(zhǎng)且薄。同時(shí)由于溶劑蒸發(fā)(或熔體凝固)，最終形成帶電的聚合物纖維被收集在接受裝置上。多糖溶液靜電紡絲時(shí)需要適宜濃度既能使分子鏈因彼此作用發(fā)生纏結(jié)，但不至于濃度過(guò)高會(huì)增加黏度妨礙流體噴出。溶液還應(yīng)具有足夠低的表面張力，以防止在溶劑蒸發(fā)時(shí)射流塌陷成液滴。研究表明，β-G溶液具有可紡性。KAWAHARA等[41]將β-1,3-葡聚糖溶解于甲酸制得電紡溶液，靜電紡絲得到直徑為0.05～1 μm的電紡纖維(圖5-a)。為了提高β-G溶液的可紡性，通常向其中添加醫(yī)藥級(jí)合成聚合物。GRIP等[42]采用含有羥丙基甲基纖維素、聚氧乙烯和β-G的混合流體制備出直徑為180 nm的β-G-納米纖維。SAFAEE-ARDAKANI 等[43]將低濃度(15 g/L)的裂褶多糖(schizophyllan,SPG)溶液與聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)共混后進(jìn)行電紡，電紡纖維的直徑(424→224 nm)隨SPG比例(SPG/PVA：0/100→75/25)的增加而降低。將纖維用戊二醛交聯(lián)并干燥后制得SPG/PVA納米纖維氈，其拉伸強(qiáng)度(6.5 MPa)與皮膚的拉伸強(qiáng)度接近。KIM等[50]將含有聚乳酸-羥基乙酸共聚物和出芽短梗霉β-G的混合溶液進(jìn)行靜電紡絲時(shí)，在收集器上會(huì)有不同尺寸的顆粒沉積，當(dāng)不添加PLGA時(shí)，β-G以微粒沉積在接受裝置上(圖5-b)；隨著β-G質(zhì)量分?jǐn)?shù)(25%→50%)增加，纖維直徑(1.42→0.89 μm)減小(圖5-c～圖5-d)。KIM等[50]將β-G納米纖維氈敷在小鼠的皮膚切口上，4 d后，纖維氈組的未愈合傷口面積為76.8%～82.3%，而對(duì)照治療組的未愈合傷口面積為97.9%。從上述研究可推測(cè)β-G電紡纖維作為生物材料極具潛力。

圖5 不同操作條件下β-G的靜電紡絲效果[41,50]
Fig.5 Electrospinning effect of β-glucan under different operating conditions[41, 50]

表2 不同類(lèi)型β-G結(jié)構(gòu)化配料的制備方法、結(jié)構(gòu)及作為載體的特性Table 2 Preparation method and application of different β-glucan structural ingredients

續(xù)表2

β-G原料制備方法制備過(guò)程結(jié)構(gòu)及作為載體的特性參考文獻(xiàn)β-G納米結(jié)構(gòu)體香菇多糖變性-復(fù)性先制備s-LNT,然后20 mL s-LNT(2 mg/mL)+500 L亞硒酸鹽(0.1 mol/L)混勻,加抗壞血酸 (0.2 mol/L),透析28 nm;硒納米顆粒在水中良好的分散性,抗腫瘤活性提高[34]香菇多糖變性-復(fù)性2.5～5 mLAgNO3 (1 mg/mL)+25 mL LNT (1 mg/mL),避光劇烈攪拌后加入NaBH4,離心、透析6 nm;銀納米顆粒在水中有良好的分散性,穩(wěn)定保持9個(gè)月[49]真菌胞外多糖變性-復(fù)性AgNO3溶液(2 mL,10 mmol/L)+胞外多糖溶液(2 mL,1.0 mg/mL),避光攪拌(100 ℃,60 min)50 nm;銀納米顆粒穩(wěn)定保持2個(gè)月;對(duì)革蘭氏陰性及陽(yáng)性菌均有抑制作用[36]β-G自聚集膠束OSβ-G自組裝40 mg OSβ-G凍干粉+20 mL蒸餾水,攪拌(100 ℃,2 min),加入10 mg姜黃素,均質(zhì)后攪拌離心,回收上清液308 nm;姜黃素荷載量4.21 μg/mg;熱處理穩(wěn)定性提高;結(jié)腸定向給藥[4]OSβ-G自組裝10 mg β-胡蘿卜素+ 20 mL OSβ-G(2 mg/mL),均質(zhì),攪拌離心后冷凍干燥598 nm;β-胡蘿卜素可在胃腸道中控制釋放[ 39]OGE懸浮法7.5 mg OGE+5 mL水,100 ℃,2 min,室溫?cái)嚢?4 h;加入7.5 mg 楊梅素,均質(zhì)、攪拌、除去沉淀物216 nm;提高楊梅素的水溶性及抗氧化活性[40]β-G靜電紡絲β-1,3-1,6葡聚糖電紡法β-G(0.74%)+ 羥丙基甲基纖維素(1.79%)+ 聚氧乙烯(0.3%);電壓80 kV,溶液流速300 mm/s(110±74) nm;促進(jìn)傷口愈合[42]裂褶多糖電紡法聚乙烯醇(10%)+ 裂褶多糖(1.5%);電壓27 kV,溶液流速0.3 mL/h353～915 nm;促進(jìn)創(chuàng)面愈合[43]出芽短梗霉β-G電紡法六氟-2-丙醇為溶劑,PLGA (200 g/L)+β-G(β-G/PLGA:1∶4和1∶2);電壓15 kV,溶液流速2 mL/h 1.96～0.52 μm;促進(jìn)創(chuàng)面愈合[50]

注：β-G為β-葡聚糖，OSβ-G為辛烯基琥珀酰燕麥β-G，OGE為十八烷酸燕麥β-G，s-LNT為單鏈香菇多糖，PLGA為聚乳酸-羥基乙酸共聚物

3 結(jié)語(yǔ)

綜上，有關(guān)β-G作為結(jié)構(gòu)化功能性配料方面的研究近年來(lái)進(jìn)展顯著。β-G由于其結(jié)構(gòu)的多樣性、構(gòu)象的靈活性及其獨(dú)特的加工性能，在食品活性成分的保護(hù)、遞送、活性保持和生物利用度提升等方面的應(yīng)用已嶄露頭角，在封裝、釋放等方面?zhèn)涫荜P(guān)注。就現(xiàn)狀來(lái)看，β-G結(jié)構(gòu)化配料加工制造領(lǐng)域仍面臨β-G分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜、結(jié)構(gòu)化配料“構(gòu)-效”不明、智能設(shè)計(jì)程度不高、研究結(jié)構(gòu)體形成的新方法、新手段缺乏，以及現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用及規(guī)?；写_(kāi)展等方面的瓶頸問(wèn)題。因此，后續(xù)研究應(yīng)充分考慮上述問(wèn)題創(chuàng)新研究手段，深入評(píng)價(jià)β-G結(jié)構(gòu)化配料的特性和食品應(yīng)用。