第三章功能性糖類

吉林大學功能性食品教學團隊第一節(jié)多糖多糖：由十個以上單糖通過糖苷鍵連接而成的碳水化合物的統(tǒng)稱。它一般都是天然高分子化合物。多糖包括活性多糖和膳食纖維兩大類?；钚远嗵?指具有某種特殊生物活性的多糖化合物，如真菌多糖、植物多糖和殼聚糖等。膳食纖維簡史史前人25%的纖維，化石分析10000年前人們盡量選擇纖維含量低的食品生產力的發(fā)展，磨制谷物→面團中世紀谷物低產，含量高鋼磨，精制面粉一戰(zhàn)、二戰(zhàn)含量高，原因物資短缺生產力發(fā)展，纖維攝取量少，文明病，認識到纖維的重要性。1972年，Tromell最初的定義，Dietaryfibre：“食物中不被消化吸收的植物成分”1976年，定義：“不被人體消化吸收的多糖類碳水化合物和木質素”在人體的代謝狀況：口腔、胃、小腸不被消化吸收。大腸微生物降解，凈能量不為零。

1839年，美國Graham最早提出1889年，英國Allinson認為：食品中不含膳食纖維，會引起便秘、痔瘡、靜脈血管曲張、迷走神經痛等。1923年，Kellogg博士論述了麩皮的醫(yī)療功能；1936年，英國Dimmock認為小麥麩皮對治療便秘、痔瘡有效。1960年后，才真正認識到膳食纖維的生理功能，現(xiàn)在認為是第七大營養(yǎng)素；一、膳食纖維1、定義：不被人體消化吸收的多糖類和木質素稱為膳食纖維，即膳食中的非淀粉類多糖與木質素。2、種類主要由纖維素、半纖維素、果膠類及木質素組成。膳食纖維按其水中的溶解性能，大致可分為不溶性膳食纖維和可溶性膳食纖維兩大類。不溶性膳食纖維主要指纖維素、半纖維素和木質素，它們是植物細胞壁的組成成分，存在于禾谷類和豆類種子的外表及植物的莖和葉中?？扇苄陨攀忱w維主要是果膠、樹膠、種子膠、瓊脂、海帶多糖、羧甲基纖維素等。纖維素（細胞壁的初級成分）半纖維素、果膠及糖蛋白等（細胞壁的初級成分）木質素←死組織，目前認為無生理活性。來源不同，差異大：組分的相對含量3、化學組成（1）纖維素是由β-吡喃葡萄糖通過β—1、4糖苷鍵連接起來的聚合物，聚合度約為數(shù)千。一般微生物難以破壞：抵御病蟲害，利用困難膳食纖維一、膳食纖維鏈內、鏈間氫鍵的作用→結晶狀結構一、膳食纖維—化學組成（2）半纖維素主要有阿拉伯木聚糖(簡稱“阿木聚糖”)、木糖葡聚糖、半乳糖甘露聚糖和β—1，3或β—1，4葡聚糖四種。（3）果膠的基本結構是半乳糖醛酸，以α—1，4糖苷鍵連接而成的聚半乳糖醛酸，半乳糖醛酸中部分羧基被甲酯化。果膠類物質主要由阿拉伯聚糖、半乳聚糖或阿拉伯半乳聚糖組成。（4）木質素是由松伯醇、芥子醇和對羥基肉桂醇三種單體組成的大分子化合物，是使植物木質化的物質，在木本植物中起支架支撐作用。一、膳食纖維(二)理化特性1.較強的持水性2.對陽離子有結合和交換能力3.對有機化合物的吸附整合作用4.類似填充劑的作用5.改變腸道系統(tǒng)中的微生物群系組成一、膳食纖維(三)生理功能1.調節(jié)胃腸功能2.降血脂和預防心血管病3.降血糖及預防糖尿病4.控制肥胖生理作用 不溶性膳食纖維 可溶性膳食纖維 咀嚼時間 延長 縮短 胃內滯留時間 略有延長 延長 對腸內pH值的變化無 降低 與膽汁酸的結合 結合 不結合 可發(fā)酵性 極弱 較高 腸粘性物質 偶有增加 增加 大便量 增加 關系不大 血清膽固醇 不變 下降 食后血糖值 不變 抑制上升 對大癌 有預防作用 不明顯 一、膳食纖維(四)膳食纖維的來源、主要品種及制備1．谷物纖維2．豆類種子與種皮纖維3．水果、蔬菜纖維4．其他天然纖維5．合成、半合成纖維1利用蘋果皮渣制備膳食纖維的工藝研究貴州農業(yè)科學2008/02

2庫爾勒香梨渣制備水溶性膳食纖維的工藝研究保鮮與加工2007/03

3火棘膳食纖維的制備、性質及其應用食品科技2007/05

4白果殼水不溶性膳食纖維的制備及吸附膽酸鈉的研究河南工業(yè)大學學報(自然科學版)2007/03

5從米糠中制備水溶性膳食纖維的比較研究糧食與飼料工業(yè)2007/05

6黑麥草膳食纖維的制備研究中國調味品2007/05

7不同工藝條件制備的馬鈴薯膳食纖維的物化性能比較食品科學2007/08

8大豆膳食纖維的制備與性能檢測中國油脂2007/09

9玉米苞葉膳食纖維的制備研究廣西輕工業(yè)2007/09

10燕麥膳食纖維的制備工藝及物理特性研究糧食加工2007/11麥草膳食纖維的制備研究現(xiàn)代食品科技2007/11

12毛竹葉特種膳食纖維制備及特性的研究食品科學2007/12

13羧甲基大豆膳食纖維的制備及性能東北林業(yè)大學學報2007/12

14燕麥膳食纖維的制備工藝及物理特性研究山東食品發(fā)酵2007/04

15甘薯渣膳食纖維制備工藝的研究食品與發(fā)酵工業(yè)2007/09

16優(yōu)化纖維素酶水解桃渣制備可溶性膳食纖維工藝條件的研究食品與發(fā)酵工業(yè)2007/11

17桑椹籽粕膳食纖維的制備工藝研究農業(yè)與技術2007/05

18大豆皮水不溶性膳食纖維制備工藝的研究食品科技2006/0319甘薯膳食纖維的制備及其物化特性的研究新疆農業(yè)大學2007

20柑橘膳食纖維制備工藝技術及品質分析研究西南大學2007甘蔗纖維甘蔗制糖后的蔗渣①甘蔗纖維原料：甘蔗制糖后的蔗渣工藝：一、膳食纖維(五)膳食纖維在食品中的應用膳食纖維作為食品添加劑添加到面包、餅干、面條、糕點、早餐食品、小吃食品和糖果等產品中制成強化膳食纖維的保健食品，添加量一般控制在3％一30％范圍內。也可以直接以富含纖維的原料制得，如麩皮飲料、帶果皮的高纖維飲料、高纖維豆乳飲料、可直接食用的小麥麩皮、香菇柄桿纖維食品、米糖纖維食品、以豆渣為原料的各種纖維食品等。二、真菌多糖真菌多糖分結構多糖和活性多糖。真菌細胞壁中往往還含有一種叫幾丁質的物質，這是一類聚氨基葡萄糖，屬于結構多糖。另一類多糖是由真菌菌絲體產生的一類次生代謝產物。我們把這一類多糖稱為“活性多糖”。(一)真菌多糖的生理功能1.免疫調節(jié)功能(1)增強宿主細胞免疫作用(2)增強宿主體液免疫作用2.抗腫瘤作用3.延緩衰老作用4.降血脂、抗血栓作用5.降血糖作用6.抗損射和增強骨髓造血功能的作用7.抗感染和抗各種化學因素對臟器損傷的作用（二）物理性質與功效的關系1、溶解度與功效的關系多糖溶于水是其發(fā)揮生物學活性的首要條件; 降低分子質量是提高多糖水溶性，從而增加其活性的重要手段;向多糖引入分支可在一定程度上削弱分子間氫鍵的相互作用，從而增加其水溶性;有些含有疏水分支的多糖不溶于水，經過氧化還原成羥基多糖后才溶于水，從而產生生物學活性。2、分子量與功效的關系研究結果表明，真菌多糖的抗腫瘤活性與分子量大小有關，分子量大于16kD時才有抗腫瘤活性。大分子多糖免疫活性較強，但水溶性較差，分子量介于10～50kD的高分子組分的真菌多糖屬于大分子多糖，呈現(xiàn)較強的免疫活性。分子量越大其結構功能單位越多，抗癌活性越強。3、粘度與功效的關系 多糖的粘度主要是由于多糖分子間的氫鍵相互作用產生，還受多糖分子質量大小的影響，它不僅在一定程度上與其溶解度呈正相關，還是臨床上藥效發(fā)揮的關鍵控制因素之一，如果粘度過高，則不利于多糖藥物的擴散與吸收。通過引入支鏈破壞氫鍵和對主鏈進行降解的方法可降低多糖粘度，提高其活性。如向纖維素引入羧甲基后，分子間的氫鍵發(fā)生斷裂，產物粘度從0.15Pa·s降至0.05Pa·s。(三)具有較明顯抗腫瘤活性的大型食用或藥用真菌多糖1．香菇多糖從香菇中分離出一種多糖，這種香菇多糖的主鏈是由β—1，3糖苷鍵連接的葡聚糖，主鏈上約有23％的葡萄糖殘基通過C6分支點連有側鏈。大量試驗表明，它是作為調節(jié)機體免疫反應的T細胞促進劑，通過刺激抗體的產生提高機體的免疫功能，從而達到抗腫瘤的作用。香菇多糖還有溶解膽固醇、抗菌、抗疾病作用等。2．銀耳多糖銀耳俗稱白木耳，屬于有隔擔子菌亞綱銀耳科。存在于子實體中的銀耳多糖是一種酸性雜多糖，其主鏈結構是由α—1，3糖苷鍵連接的甘露糖，支鏈由葡萄糖醛酸和木糖組成。3．金針菇多糖金針菇屬于傘菌目口蘑科金錢菌屬。水溶性金針菇多糖有4種純組分：分別為EA3、EA5、EA6和KA7。EA3含有92．5％葡萄糖，是一種比較純凈的β—l，3糖苷鍵連接的葡聚糖，化學結構與香菇多糖相似。4．云芝多糖云芝多糖，含有20％一30％的蛋白質，多糖主鏈以β—l，3糖苷鍵為主，可能還兼有少量β—l，4糖苷鍵連接的葡聚糖，帶有β—l，6糖苷鍵連接的短鏈葡聚糖側鏈。5．靈芝多糖靈芝屬真菌類，品種繁多，靈芝和紫芝是其中兩種最著名的品種。1981年日本人從靈芝子實體中分離出一種水溶性多糖，經鑒定為阿木葡聚糖。1982年報道存在于靈芝子實體中的水溶性多糖，是由巖藻糖、木糖和甘露糖組成的。1983年薄井報道從樹舌中提取出兩種β—葡聚糖。6．冬蟲夏草多糖冬蟲夏草多糖，為高度分支的半乳糖甘露聚糖，非還原性末端為D—呋喃半乳糖和D—吡喃甘露糖。1984年宮琦從大團囊蟲草培養(yǎng)液分離出一種水溶性多糖，確認是β—葡聚糖，平均分子量為6320000，由β—1，3搪苷鍵連接的β—D吡喃葡聚糖組成骨架，每2個葡萄糖殘基通過C6分支點連接有一個單糖殘基分支。（四）其他植物多糖從某些植物體中提取的具有特殊生理功能的活性多糖也備受關注。1、茶多糖2、藥用植物多糖包括從人參中提取的人參多糖，從刺五加中提取的刺五加多糖，從黃氏、紅氏和黃精等中提取的多糖等。（五）海洋生物多糖

1、螺旋藻多糖2、卡拉膠3、褐藻膠 三、加工真菌多糖的加工方法有兩種：一種是從栽培真菌子實體提取，另一種是發(fā)酵法短時間生產大量的真菌菌絲體。提取法：一般粉碎后在真菌子實體中加入多糖5～20倍體積的水、稀酸或稀堿(0.2～lmol/L)，在50～80℃溫度下進行浸提，有時為了加速浸提速度，也可添加些纖維素酶或半纖維素酶。深層發(fā)酵提取多糖：工藝是：菌種活化→種子罐發(fā)酵→發(fā)酵罐發(fā)酵。若是需要供研究用的真菌多糖純品，則可對上法得到的粗制多糖進行分級提純處理，包括使用溶劑的分級提取、凝膠色譜或離子交換色譜的分級提純等。香菇多糖1.提取法（1）工藝流程鮮香菇→搗碎→浸漬→過濾→濃縮→乙醇沉淀→乙醇、乙醚洗滌→干燥→成品。（2）操作要點 ①取香菇新鮮子實體，水洗干凈，搗碎后加5倍量沸水浸漬8～15h，過濾，濾液減壓濃縮。 ②濃縮液加1倍量乙醇得沉淀物，過濾，濾液再加3倍量乙醇，得沉淀物。 ③將沉淀加約20倍的水，攪拌均勻，在猛烈攪拌下，滴加0.2mol／L氫氧化十六烷基三甲基胺水溶液，逐步調至pH值12.8時產生大量沉淀，離心，沉淀用乙醇洗滌，收集沉淀。 ④沉淀用氯仿、正丁醇去蛋白，水層加3倍量乙醇沉淀，收集沉淀。⑤沉淀依次用甲醇、乙醚洗滌，置真空干燥器干燥，即為香菇多糖。 2.深層發(fā)酵法 （1）工藝流程菌種→斜面培養(yǎng)→一級種子培養(yǎng)→二級種子培養(yǎng)→深層發(fā)酵→發(fā)酵液（2）操作要點①斜面培養(yǎng)：在土豆瓊脂培養(yǎng)基接菌種，25℃培養(yǎng)10天左右，至白色菌絲體長滿斜面，0～4℃冰箱保存?zhèn)溆谩＂趽u瓶培養(yǎng)：500mL三角瓶盛培養(yǎng)液150mL左右0.12kPa蒸汽壓力下滅菌45min。當溫度達到30℃時，接斜面菌種，置旋轉搖床(230r／min)，25℃培養(yǎng)5～8天。培養(yǎng)液配方(g/100mL)：蔗糖4，玉米淀粉2，NH4NO30.2，KH2PO40.1，MgSO40.05，維生素B10.001。pH值6.0。③種子罐培養(yǎng)培養(yǎng)液同前，裝量70％(V／V)，接入搖瓶菌種，菌種量10％(V／V)，25℃，通氣比1：0.5～1：0.7V／（V﹒min)培養(yǎng)5～7天。④發(fā)酵罐培養(yǎng)配料與接種。發(fā)酵罐先滅菌。罐內配料，培養(yǎng)液配方同前。配料滅菌，0.12kPa滅菌50～60min。冷卻后，以壓差法將二級菌種注入發(fā)酵罐，接種量10％(V／V)，裝液量70％(V／V)。發(fā)酵控制。發(fā)酵溫度22～28℃，通氣比1：0.4～1：0.6V／(V·min)，罐壓0.05～0.07kPa，攪拌速度70r／min；發(fā)酵周期5～7天。放罐標準。發(fā)酵液pH值降至3.5，鏡檢菌絲體開始老化，即部分菌絲體的原生質出現(xiàn)凝集現(xiàn)象，中有空泡，菌絲體開始自溶，也可發(fā)現(xiàn)有新生、完整的多分枝的菌絲；上清液由混濁狀變?yōu)槌吻逋该鞯牡S色；發(fā)酵液有悅人的清香，無雜菌污染。 (3)發(fā)酵液中多糖的提取 香菇發(fā)酵液由菌絲體和上清液兩部分組成，胞內多糖含于菌絲體，胞外多糖含于上清液。因此多糖提取要分上清液和菌絲體兩部分來完成。 ①上清液胞外多糖的提取 Ⅰ工藝流程：發(fā)酵液→離心→發(fā)酵上清液→濃縮→透析→濃縮→離心→上清液→乙醇沉淀→沉淀物→丙酮、乙醚洗滌→P2O5干燥→胞外粗多糖； Ⅱ操作步驟： 離心沉淀，分離發(fā)酵液中菌絲體和上清液。上清液在不大于90℃條件下濃縮至原體積的五分之一。上清濃縮液置透析袋中，于流水中透析至透析液無還原糖為止。透析液濃縮為原濃縮液體積，離心除去不溶物，將上清液冷卻至室溫。加3倍預冷至5℃的95％乙醇，5～10℃下靜置12h以上，沉淀粗多糖。沉淀物分別用無水乙醇、丙酮、乙醚洗滌后，真空抽干，然后置P2O5干燥器中進一步干燥，得胞外粗多糖干品。②菌絲體胞內多糖的提取Ⅰ工藝流程 發(fā)酵液→離心→菌絲體→干燥→菌絲體干粉→抽提→濃縮→離心→上清液→透析→濃縮→離心→上清液→沉淀物→丙酮、乙醚洗滌→P2O5干燥→胞內粗多糖。Ⅱ操作要點菌絲體在60℃干燥，粉碎，過80目篩。菌絲體干粉水煮抽提三次，總水量與干粉重之比為