谷物β-葡聚糖流變學(xué)特性研究進(jìn)展

李 磊,謝 晶,甘建紅,薛 斌,邵則淮,孫 濤

(上海海洋大學(xué)食品學(xué)院,上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心,上海 201306)

?

谷物β-葡聚糖流變學(xué)特性研究進(jìn)展

李 磊,謝 晶,甘建紅,薛 斌,邵則淮,孫 濤*

(上海海洋大學(xué)食品學(xué)院,上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心,上海 201306)

流變學(xué)是研究天然多糖理化性質(zhì)的重要手段。β-葡聚糖的功能性質(zhì)如降血糖、降血脂與流變學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)。β-葡聚糖的結(jié)構(gòu)、分子量決定其流變學(xué)性質(zhì),溫度、濃度、pH等外部因素也影響著流變學(xué)特性。β-葡聚糖的加工過(guò)程,化學(xué)改性同樣使其流變學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變,進(jìn)而拓展β-葡聚糖在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用。本文將從以上方面對(duì)谷物β-葡聚糖的流變性質(zhì)的影響進(jìn)行概括總結(jié)。

β-葡聚糖,流變學(xué),研究進(jìn)展

谷物β-葡聚糖(以下簡(jiǎn)稱(chēng)β-葡聚糖)是一種主要存在于大麥、小麥和燕麥的麥粒糊粉層、亞糊粉層和胚乳細(xì)胞壁中的天然非淀粉類(lèi)水溶性植物多糖。其基本結(jié)構(gòu)是β-D-吡喃型葡萄糖基單元,通過(guò)β-(1→4)糖苷鍵重復(fù)連接并被單一β-(1→3)糖苷鍵分離而形成的一種線(xiàn)性無(wú)分支多糖[1]。β-葡聚糖屬于可溶性膳食纖維的一種,具有清腸、調(diào)節(jié)血糖[2]、降低膽固醇[3]、提高免疫力[4]等四大生理功能,且β-葡聚糖的生理功能與β-葡聚糖的流變學(xué)特性有著顯著的關(guān)聯(lián)性。為此,國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)β-葡聚糖的流變學(xué)特性進(jìn)行研究。

流變學(xué)是研究天然多糖理化性質(zhì)的重要手段,可間接提供多糖分子特征、在溶液中的構(gòu)象及其轉(zhuǎn)變,乃至凝膠-溶膠轉(zhuǎn)變、與其它成分間相互作用等豐富的信息。β-葡聚糖的流變學(xué)的研究可分為兩個(gè)方面,一是主要通過(guò)靜態(tài)檢測(cè)來(lái)研究流體的黏度、觸變性等,二是主要通過(guò)動(dòng)態(tài)檢測(cè)來(lái)研究流體的儲(chǔ)能模量G′和損耗模量G″等。β-葡聚糖流變特性是由β-葡聚糖的結(jié)構(gòu)、分子量決定的,且同時(shí)受到溶液濃度、溫度、pH、鹽類(lèi)濃度等因素的影響。國(guó)內(nèi)外對(duì)β-葡聚糖的流變特性進(jìn)行了大量的研究,但鮮有人對(duì)其流變學(xué)進(jìn)行綜述。本文將從上述因素,加工過(guò)程及化學(xué)改性三個(gè)方面對(duì)β-葡聚糖流變學(xué)特性的研究進(jìn)行總結(jié),以期為相關(guān)研究提供參考。

1 結(jié)構(gòu)和分子量對(duì)β-葡聚糖流變學(xué)性質(zhì)的影響

1.1 結(jié)構(gòu)對(duì)β-葡聚糖流變學(xué)性質(zhì)的影響

β-葡聚糖的流變學(xué)性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。如β-葡聚糖結(jié)構(gòu)中纖維三糖和四糖的比例、聚合度更高的纖維寡聚物的含量以及β-(1→4)鍵和β-(1→3)的比例[5]都會(huì)決定其流變學(xué)性質(zhì)。

β-葡聚糖組成的基礎(chǔ)是由β-D-吡喃型葡萄糖基單元通過(guò)β-(1→4)糖苷鍵重復(fù)連接形成纖維三糖或四糖為主的纖維寡聚物,再通過(guò)單一的β-(1→3)糖苷鍵連接組合形成的一種線(xiàn)性同聚多糖。大多數(shù)的纖維鏈段為三聚體和四聚體,但聚合度更高的的纖維單元也同樣存在于β-葡聚糖鏈中[6]。具有相同分子質(zhì)量和回旋半徑的兩種大麥和一種燕麥β-葡聚糖,其中大麥β-葡聚糖含有更多的3-O-纖維素二糖-D-葡萄糖(DP3),而燕麥β-葡聚糖含有較多的3-O-纖維素三糖-D-葡萄糖(DP4)。燕麥β-葡聚糖有最小的DP3/DP4(1.51)的摩爾比。三種β-葡聚糖均具有很強(qiáng)的剪切稀化行為,DP4含量最高的燕麥β-葡聚糖具有最大的黏度。并且對(duì)其熱性質(zhì)研究表明,DP3/DP4(2.53)的比值最大的大麥β-葡聚糖形成凝膠時(shí)有更低的起始溫度和峰值溫度(分別為28.3 ℃和36.7 ℃),熱掃描曲線(xiàn)是可逆的。起始溫度和峰值溫度隨著β-葡聚糖的DP3/DP4比例的增加而降低。這表明纖維四糖單元和β-(1→4)連接的片段是提高谷物β-葡聚糖溶液黏度和凝膠形成的主導(dǎo)因素[7]。B?hm等[8]首次提出,凝膠化的速率可以用一個(gè)新的參數(shù)-彈性增量IE(IE=(dlogG′/dt)max)來(lái)表示,IE越高表示凝膠化的速率越快。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),三種β-葡聚糖都能夠形成固溶膠。濁度、脫水收縮作用、凝膠的熔化溫度、凝膠化的速率按照燕麥<大麥<地衣β-葡聚糖的順序增加,暗示著它們交聯(lián)區(qū)范圍的不斷擴(kuò)大。地衣β-葡聚糖有最規(guī)則的鏈結(jié)構(gòu),纖維三糖單元是它的主要結(jié)構(gòu)特征。

1.2 分子量對(duì)β-葡聚糖流變學(xué)性質(zhì)的影響

β-葡聚糖分子量是它的一個(gè)重要特性。葡聚糖分子量取決于谷物的品種、產(chǎn)地、β-葡聚糖的提取方法和測(cè)定方法等因素。分子量直接影響β-葡聚糖的溶解性、在水溶液中的存在狀態(tài),黏度等流變學(xué)性質(zhì),進(jìn)而影響到β-葡聚糖生理功能的發(fā)揮。

Mikkelsen等[9]的研究發(fā)現(xiàn),在相同的濃度下,燕麥β-葡聚糖比大麥β-葡聚糖的黏度高100倍。燕麥β-葡聚糖具有剪切稀化行為,而大麥β-葡聚糖則表現(xiàn)為牛頓流體行為,這可能是因?yàn)樗鼈兊姆肿恿坎煌隆Ｔ从诓煌贩N燕麥的β-葡聚糖流變學(xué)性質(zhì)存在顯著的差異。在濃度為1%(w/v)時(shí),較傳統(tǒng)的燕麥品種相比,高含量β-葡聚糖燕麥品種分離的β-葡聚糖具有更高的黏性。且隨著濃度的增加,它們的黏度的增加速率也不相同。這些行為都與它們分子量的分布不同有關(guān)[10]。Agbenorhevi等[11]研究表明,燕麥β-葡聚糖的分子量決定著它的特性黏度、流動(dòng)性和黏彈性質(zhì)。β-葡聚糖溶液的假塑性和牛頓流動(dòng)性行為取決于它的濃度和分子量。汪海波等[12]的研究表明,燕麥β-葡聚糖溶液黏度與其分子量成正比,分子量越大,黏度也越大,在相同濃度下,燕麥β-葡聚糖分子量增大則其流體牛頓冪律方程的流動(dòng)指數(shù)n減小。隨著燕麥β-葡聚糖分子量的增大,其流體的黏性行為特征減少而彈性行為特征增強(qiáng)。

β-葡聚糖具有凝膠特性。通常高分子黏彈性能用Maxwell力學(xué)模型來(lái)表示。G*=G′+G″,其中G*為動(dòng)態(tài)模量或絕對(duì)模量,G′為彈性模量或儲(chǔ)能模量,G″為黏性模量或損耗模量。tanδ=G′/G″(δ為損耗角)表征體系的黏彈特性,tanδ大于1時(shí),表示流體的黏性行為大于其彈性行為,當(dāng)tanδ小于1時(shí),表示流體的彈性行為大于黏性行為。

分子量對(duì)β-葡聚糖的凝膠化能力有較大的影響。這是因?yàn)榉肿恿枯^小的分子更容易移動(dòng)和擴(kuò)散,故而更易于聚集而形成凝膠化[13]。當(dāng)濃度為8%(w/v)時(shí),大麥β-葡聚糖在低頻率范圍G′低于G″,在高頻率范圍G′接近于G″。分子量不同的三種大麥β-葡聚糖(8%,25 ℃)的凝膠動(dòng)力學(xué)表明:隨著多糖的分子量的下降,溶液的凝膠化的速率增加,凝膠時(shí)間減少。大麥β-葡聚糖溶液(10%,w/v)在25 ℃時(shí)形成凝膠的時(shí)間為7 d[14]。大麥品種的不同會(huì)導(dǎo)致β-葡聚糖分子量有較大的差異,進(jìn)而使得它們的黏彈性有很大的差別,這與其分子量及其分布有關(guān)。β-葡聚糖分子量越高,分布范圍越窄,零剪切黏度與模量越高。濃度為2.0%的江蘇啤麥β-葡聚糖溶液具有顯著彈性特征,在5個(gè)品種中表現(xiàn)出最高增稠能力[15]。Lazaridou等[16]的研究發(fā)現(xiàn),分子量對(duì)β-葡聚糖的黏度、黏彈性、剪切稀化行為起著決定性的作用。低分子量β-葡聚糖和高分子量β-葡聚糖都表現(xiàn)出了無(wú)規(guī)則卷曲的流變特性,且低分子量β-葡聚糖有一個(gè)更快的聚集速度,從而形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。凝膠結(jié)構(gòu)形成的速率隨著β-葡聚糖分子量的減小而加快,凝膠的熔融溫度隨分子量的增加而上升,暗示著交聯(lián)區(qū)的范圍的擴(kuò)大,即凝膠化性質(zhì)取決于分子量,濃度和凝膠固化溫度。

根據(jù)《地球化學(xué)普查規(guī)范(1∶5萬(wàn))》(DZ/T 0011-2015)以及東天山類(lèi)似景觀(guān)區(qū)近年來(lái)取得的地球化學(xué)勘查方法技術(shù)研究成果和勘查效果，在東疆地區(qū)中低山—丘陵—干旱荒漠戈壁區(qū)適宜開(kāi)展土壤測(cè)量，采樣截取粒級(jí)-4～+20目，采用正規(guī)網(wǎng)布設(shè)采樣點(diǎn)，基本采樣網(wǎng)度為500m×250m，可以取得最佳地球化學(xué)勘查效果。

2 外界因素對(duì)β-葡聚糖流變學(xué)特性的影響

β-葡聚糖的流變學(xué)性質(zhì)與溶液濃度、溫度、pH和鹽類(lèi)濃度等外界因素有關(guān)。濃度的改變,β-葡聚糖的流變學(xué)行為會(huì)發(fā)生改變。溫度升高，β-葡聚糖分子鏈柔順程度增強(qiáng)而使流動(dòng)能力提高,從而黏度可能會(huì)有所下降。pH、鹽等溶液環(huán)境因素的改變對(duì)葡聚糖分子間的相互作用及由此決定的分子聚集行為和空間構(gòu)象均有較大影響,從而導(dǎo)致流變學(xué)特性發(fā)生改變。

2.1 濃度對(duì)β-葡聚糖流變學(xué)特性的影響

溶液濃度與β-葡聚糖的流變學(xué)性質(zhì)有重要關(guān)系。燕麥β-葡聚糖溶液黏度隨剪切速率的增高而逐漸降低,表現(xiàn)為典型的剪切稀化型非牛頓流體;當(dāng)溶液濃度從0.1%增加到1.0%時(shí),其對(duì)應(yīng)牛頓冪律方程的流動(dòng)指數(shù)n從0.998降低至0.842,流體的剪切稀化行為增強(qiáng)[12]。管驍?shù)萚17]的研究表明β-葡聚糖溶液是一種非觸變的假塑性流體體系,且假塑性隨著濃度的升高而增強(qiáng)。一定條件下溶液同時(shí)表現(xiàn)出黏彈性質(zhì),但無(wú)屈服應(yīng)力的存在。與其它幾種常用的食品膠體相比,β-葡聚糖能產(chǎn)生更大的黏度及良好的口感。申瑞玲等[18]研究結(jié)果表明,燕麥β-葡聚糖溶液是剪切變稀假塑性流體,其黏度隨濃度增加而逐漸增加。濃度3%(w/w)的燕麥β-葡聚糖溶液具有觸變性。同時(shí)β-葡聚糖溶液具有黏彈性,在低頻率區(qū)域,體系以粘性為主;高頻率區(qū)域體系以彈性為主且隨著濃度增大而增大。濃度為5%(w/w)β-葡聚糖溶液在4 ℃放置12 h,可以形成凝膠。差示掃描量熱法測(cè)定結(jié)果顯示5%(w/w)燕麥β-葡聚糖凝膠的溶解溫度為75 ℃。Xu等[19]的研究表明,濃度低于1%時(shí)候,β-葡聚糖顯示出較好的均質(zhì)特性和黏性流體特性。然而,當(dāng)濃度達(dá)到2%時(shí),β-葡聚糖就會(huì)顯示出一些異質(zhì)和黏彈性,這種變化由于在高濃度情況下β-葡聚糖分子鏈之間的強(qiáng)烈的相互作用及聚合所致。富含β-葡聚糖的分散體系的線(xiàn)性黏彈性質(zhì)與β-葡聚糖濃度有關(guān)。當(dāng)β-葡聚糖的濃度為20%、30%時(shí)，體系的流體行為表現(xiàn)的更顯著,當(dāng)濃度為50%、95%時(shí),體系表現(xiàn)出穩(wěn)定的黏彈性質(zhì)。且該體系是物理性的交聯(lián)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),而不是化學(xué)性的交聯(lián)[20]。

2.2 溫度對(duì)β-葡聚糖流變學(xué)特性的影響

溫度也是影響著β-葡聚糖的流變學(xué)性質(zhì)的重要因素。β-葡聚糖溶液的表觀(guān)黏度,隨著溫度的升高而降低。由于溫度升高,β-葡聚糖分子鏈柔順程度增強(qiáng),流動(dòng)能力提高。故而可以通過(guò)提高溫度,來(lái)降低β-葡聚糖的黏度,使其在工業(yè)加工中更容易泵送和攪拌,從而減少能量的消耗。5%(w/v)的大麥和燕麥β-葡聚糖在0.01～1200 s-1的剪切速率范圍內(nèi),溶液的表觀(guān)黏度隨著溫度的升高(10～50 ℃)而下降,同時(shí)稠度指數(shù)k下降而流動(dòng)指數(shù)n升高,即溶液由假塑性向牛頓流體轉(zhuǎn)化[14]。Burkus等[21]的研究發(fā)現(xiàn)不同溫度(0.1～75 ℃)下的大麥β-葡聚糖的黏度均隨著溫度的升高而降低。而Dawkins等[22]的研究發(fā)現(xiàn)燕麥β-葡聚糖(0.5%)的黏度隨著溫度的增加(25～37 ℃)而增大;而61 ℃時(shí),其黏度稍低于25 ℃的黏度;100 ℃時(shí)的黏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于25 ℃時(shí)的黏度。這可能是因?yàn)槠鸪醯牟煌耆图訜嶂?7 ℃時(shí)β葡聚糖的進(jìn)一步溶脹所致。Gomez[23]發(fā)現(xiàn),70 ℃時(shí)大麥β-葡聚糖的黏度(1.5%)高于其25 ℃時(shí)的黏度,這可能是由于在高溫下,β-葡聚糖溶液的蒸發(fā)會(huì)產(chǎn)生皮狀層,這種皮狀層使得低剪切速率下有較高的黏度,而較高剪切速率下,皮狀層被破壞,黏度讀數(shù)才會(huì)接近預(yù)期值。因此實(shí)驗(yàn)中樣品必須用油脂覆蓋來(lái)防止它的蒸發(fā)。

2.3 pH和鹽類(lèi)濃度對(duì)β-葡聚糖流變學(xué)特性的影響

與中性條件相比,β-葡聚糖在酸性和堿性條件下,其溶液黏度均有所降低,且酸性條件下溶液黏度下降最多。在中性、堿性和酸性條件下,其對(duì)應(yīng)的流動(dòng)指數(shù)n分別為0.806、0.818和0.829,數(shù)值逐漸增大,表明流體行為逐漸向理想流體接近,即pH的改變可能引起β-葡聚糖分子間相互作用的改變[12]。而Dawkins等[22]的研究中指出,β-葡聚糖的黏度在一個(gè)很大的pH(2～10)范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。管驍?shù)萚24]的研究發(fā)現(xiàn),NaCl的存在并不影響β-葡聚糖體系黏度的變化,說(shuō)明了β-葡聚糖分子在溶液中基本保持電中性。而Dawkins等[22]的研究發(fā)現(xiàn)NaCl的濃度大于1.0%時(shí),β-葡聚糖的黏度降低。但在低濃度(0.1%)的NaCl條件下,燕麥β-葡聚糖的黏度上升。

3 加工過(guò)程對(duì)β-葡聚糖流變學(xué)的影響

谷物β-葡聚糖經(jīng)過(guò)不同的加工方法(如擠壓、超微粉碎、磨粉、蒸汽加熱等)往往能引起其分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)以及功能特性等方面的改變,進(jìn)而可以拓展其在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用。

對(duì)燕麥進(jìn)行超細(xì)粉碎和纖維素酶水解處理,考察處理前后提取得到的β-葡聚糖的結(jié)構(gòu)及性能的變化。未處理提取的β-葡聚糖(OBG-1)和超細(xì)粉碎后提取的β-葡聚糖(OBG-2)的平均分子量分別是2.79×105Da和3.26×105Da。纖維素酶水解后得到的β-葡聚糖(OBH-1和OBH-2)的平均分子量下降到1.98×105Da和1.05×105Da。β-葡聚糖顆粒大小、熱穩(wěn)定性、溶解度和持水力與分子量分布顯著相關(guān),OBG-1和OBG-2均呈現(xiàn)出一個(gè)剪切稀化行為,而OBH-1和OBH-2呈現(xiàn)一個(gè)剪切增稠行為。掃描電子顯微鏡觀(guān)察表明,纖維素酶水解的燕麥β-葡聚糖具有纖維結(jié)構(gòu),其中小顆粒團(tuán)聚粘附到纖維素骨架上。與未處理和超細(xì)粉碎的燕麥β-葡聚糖相比,部分水解的燕麥β-葡聚糖顯示出不同的流變性質(zhì),這可能在食品工業(yè)中具有潛在的用途[25]。濕法提取的大麥β-葡聚糖較商業(yè)β-葡聚糖相比,呈現(xiàn)出了一個(gè)更高的表觀(guān)黏度。二者分別表現(xiàn)出了假塑性流體行為和牛頓流體行為。這可能是由于濕法提取樣品中有更高的淀粉(13.83%)所致。濕法提取的β-葡聚糖作為增稠劑和穩(wěn)定劑在食品工業(yè)中有潛在的應(yīng)用[26]。

從擠壓的燕麥粉、高壓蒸汽處理的燕麥粉以及燕麥麩中分離制得三種β-葡聚糖,對(duì)其流變學(xué)性能進(jìn)行研究[27],當(dāng)溶液濃度為2%和4%時(shí),擠壓燕麥粉和燕麥麩制得的β-葡聚糖,二者的G′和G″均隨著頻率的上升而不斷的增加,主要表現(xiàn)出黏性行為。而經(jīng)高壓蒸汽處理燕麥粉制得的β-葡聚糖主要表現(xiàn)為彈性行為。三種β-葡聚糖的復(fù)合黏度都隨頻率增加而下降。當(dāng)溶液濃度為2%時(shí),燕麥麩制得的β-葡聚糖具有最高的黏度,而高壓蒸汽處理的燕麥粉制得的β-葡聚糖具有最低的黏度。這表明,加工過(guò)程影響著燕麥β-葡聚糖復(fù)雜的流變學(xué)行為,進(jìn)而影響β-葡聚糖在腸道中的生理功能。

4 化學(xué)改性對(duì)β-葡聚糖流變學(xué)特性的影響

多糖的化學(xué)改性是一種重要的多糖結(jié)構(gòu)修飾方法,是增強(qiáng)多糖生物活性、降低其副作用的有效途徑。谷物β-葡聚糖作為一種膳食纖維,有降血糖、降血脂等功效,但β-葡聚糖獨(dú)特的物理性質(zhì)如高黏度,低溶解性限制其在食品上的應(yīng)用。谷物β-葡聚糖的化學(xué)改性方法通常有酶降解、氧化降解、酸降解、乙酰化等作用。改性后β-葡聚糖的功能性質(zhì),流變學(xué)性質(zhì)通常會(huì)發(fā)生變化。

經(jīng)過(guò)不同濃度(0.3%,0.6%,0.9%)和反應(yīng)時(shí)間(30,60 min)的過(guò)氧化氫氧化處理后,燕麥β-葡聚糖中的羰基和羧基增加,且其溶脹能力發(fā)生改變。其膽酸結(jié)合能力增加,但脂肪結(jié)合能力未發(fā)生變化。過(guò)氧化氫降低了β-葡聚糖膠體的黏度、硬度、黏合性和膠黏度,β-葡聚糖黏度的降低可能是因?yàn)槠浞肿拥慕饩鬯耓28]。乙酰化前后燕麥β-葡聚糖的結(jié)構(gòu)、形態(tài)學(xué)以及流變學(xué)性能研究表明,乙酰化取代度的變化范圍是0.03～0.12。乙酰化增加了分子降解的異質(zhì)性并且促進(jìn)了一個(gè)更加緊密的無(wú)孔微觀(guān)結(jié)構(gòu),增加了其溶脹能力和膽汁酸的結(jié)合能力,降低了β-葡聚糖膠體的硬度。β-葡聚糖的黏度隨著乙酰化程度的增加而降低,并且具有黏性行為[29]。用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)氧化處理燕麥β-葡聚糖,研究衍生物的物化性質(zhì)和降膽固醇性質(zhì)[30]。結(jié)果發(fā)現(xiàn),C6位上的伯醇羥基被選擇性的氧化成了羧基。衍生物的水溶性和體外膽汁酸結(jié)合能力增強(qiáng)。當(dāng)高膽固醇血癥大鼠進(jìn)食含有該衍生物的食物時(shí),大鼠中甘油三酯、總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇、極低密度脂蛋白膽固醇水平顯著降低,血清血脂水平得以改善。用酸、纖維素酶、地衣聚糖酶三種方法對(duì)β-葡聚糖進(jìn)行水解,研究產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和流變學(xué)特性[31],產(chǎn)物分子量的變化范圍為31000～237000 g/mol,6%的小分子量的β-葡聚糖溶液在4 ℃情況下,需要4 d時(shí)間才能形成彈性凝膠,而大分子量的β-葡聚糖溶液在7 d后仍保持著黏性液體。這是由于β-(1→3)糖苷鍵連接的纖維三糖單元部分形成凝膠網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)區(qū)所致。

5 結(jié)語(yǔ)

β-葡聚糖的流變學(xué)特性與生理功能密切相關(guān)。深入研究β-葡聚糖在溶液狀態(tài)下的流變特性及其外界影響因素對(duì)進(jìn)一步分析其生理功效的作用機(jī)制具有重要意義。谷物中提取出的β-葡聚糖,其流變學(xué)特性比較復(fù)雜,主要受物料來(lái)源、前處理技術(shù)和溶液的濃度、溫度、pH和鹽類(lèi)濃度以及β-葡聚糖的結(jié)構(gòu)和分子量等因素的影響。本文總結(jié)了上述因素對(duì)葡聚糖流變學(xué)特性的影響。β-葡聚糖的流變學(xué)性質(zhì)在其生理功能中所起的作用有待進(jìn)一步研究,這種研究對(duì)最大限度的發(fā)揮β-葡聚糖的生理功能具有極大的指導(dǎo)意義。

[1]Cui W,Wood P J,Blackwell B,et al. Physicochemical properties and structural characterization by two-dimensional NMR spectroscopy of wheatβ-D-glucan comparison with other cerealβ-D-glucans[J]. Carbohydrate Polymers,2000,41(3):249-258.

[2]Wood P J. Evaluation of oat bran as a soluble fibre source. Characterization of oatβ-glucan and its effects on glycaemic response[J]. Carbohydrate Polymers,1994,25(4):331-336.

[3]Zhao Q,Hu X,Guo Q,et al. Physicochemical properties and regulatory effects on db/db diabetic mice ofβ-glucans extracted from oat,wheat and barley[J]. Food Hydrocolloids,2014,37:60-68.

[4]Mikkelsen M S,Jespersen B M,Mehlsen A,et al. Cerealβ-glucan immune modulating activity depends on the polymer fine structure[J]. Food Research International,2014,62:829-836.

[5]Izydorczyk M S,Biliaderis C G,Macri L J,et al. Fractionation of Oat(1→ 3),(1→ 4)-β-D-Glucans and Characterisation of the Fractions[J]. Journal of Cereal Science,1998,27(3):321-325.

[6]Wood P J,Weisz J,Blackwell B A. Molecular characterization of cereal beta-D-glucans. Structural analysis of oat beta-D-glucan and rapid structural evaluation of beta-D-glucans from different sources by high-performance liquid chromatography of oligosaccharides released by lichenase.[J]. Cereal Chemistry,1991,68(1):31-39.

[7]Ryu J H,Lee S,You S G,et al. Effects of barley and oatβ-glucan structures on their rheological and thermal characteristics[J]. Carbohydrate Polymers,2012,89(4):1238-1243.

[8]B?hm N,Kulicke W M. Rheological studies of barley(1→3)(1→4)-β-glucan in concentrated solution:mechanistic and kinetic investigation of the gel formation[J]. Carbohydrate Research,1999,315(3):302-311.

[9]Mikkelsen M S,Jespersen B M,M?ller B L,et al. Comparative spectroscopic and rheological studies on crude and purified soluble barley and oatβ-glucan preparations[J]. Food Research International,2010,43(10):2417-2424.

[10]Colleoni-Sirghie M,Kovalenko I V,Briggs J L,et al. Rheological and molecular properties of water soluble(1,3)(1,4)-β-D-glucans from high-β-glucan and traditional oat lines[J]. Carbohydrate Polymers,2003,52(4):439-447.

[11]Agbenorhevi J K,Kontogiorgos V,Kirby A R,et al. Rheological and microstructural investigation of oatβ-glucan isolates varying in molecular weight[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2011,49(3):369-377.

[12]汪海波,徐群英,劉大川,等. 燕麥β-葡聚糖的流變學(xué)特性研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2008,24(5):31-36.

[13]Skendi A,Biliaderis C G,Lazaridou A,et al. Structure and rheological properties of water solubleβ-glucans from oat cultivars of Avena sativa and Avena bysantina[J]. Journal of Cereal Science,2003,38(1):15-31.

[14]Papageorgiou M,Lakhdara N,Lazaridou A,et al. Water extractable(1→ 3,1→ 4)-β-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.

[15]張靜,周家春,黃龍.不同大麥品種來(lái)源β-葡聚糖流變學(xué)特性[J].糧食與油脂,2010(2):15-19.

[16]Lazaridou A,Biliaderis C G,Izydorczyk M S. Molecular size effects on rheological properties of oatβ-glucans in solution and gels[J]. Food Hydrocolloids,2003,17(5):693-712.

[17]管驍,姚惠源.麥燕β-葡聚糖流變特性的測(cè)定[J].中國(guó)糧油學(xué)報(bào),2003(2):28-31.

[18]申瑞玲,姚惠源.裸燕麥麩β-葡聚糖的流變學(xué)特性及凝膠形成[J].食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào),2005,24(1):41-44.

[19]Xu J,Chang T,Inglett G E,et al. Micro-heterogeneity and micro-rheological properties of high-viscosity oatβ-glucan solutions[J]. Food Chemistry,2007,103(4):1192-1198.

[20]Xu J,Inglett G E,Chen D,et al. Viscoelastic properties of oatβ-glucan-rich aqueous dispersions[J]. Food Chemistry,2013,138(1):186-191.

[21]Burkus Z,Temelli F. Rheological properties of barleyβ-glucan[J]. Carbohydrate Polymers,2005,59(4):459-465.

[22]Dawkins N L,Nnanna I A. Studies on oat gum[(1→3,1→4)-β-D-glucan]:Composition,molecular weight estimation and rheological properties[J]. Food Hydrocolloids,1995,9(1):1-7.

[23]Gómez C,Navarro A,Gamier C,et al. Physical and structural properties of barley(1→ 3),(1→ 4)-β-d-glucan-III. Formation of aggregates analysed through its viscoelastic and flow behaviour[J]. Carbohydrate Polymers,1997,34(3):141-148.

[24]管驍,姚惠源.麥燕β-葡聚糖流變特性的研究[J].食品工業(yè)科技,2002,23(9):27-29.

[25]Liu R,Li J,Wu T,et al. Effects of ultrafine grinding andcellulase hydrolysis treatment on physicochemical and rheological properties of oat(Avena nuda L.)β-glucans[J]. Journal of Cereal Science,2015,65:125-131.

[26]Limberger-Bayer V M,Francisco A D,Chan A,et al. Barleyβ-glucans extraction and partial characterization[J]. Food Chemistry,2014,154(154):84-89.

[27]Dongowski G,Drzikova B,Senge B,et al. Rheological behaviour ofβ-glucan preparations from oat products[J]. Food Chemistry,2005,93(2):279-291.

[28]De Moura F A,Pereira J M,Da Silva D O,et al. Effects of oxidative treatment on the physicochemical,rheological and functional properties of oatβ-glucan[J]. Food Chemistry,2011,128(4):982-987.

[29]de Souza N L,Bartz J,da Rosa Zavareze E,et al. Functional,thermal and rheological properties of oatβ-glucan modified by acetylation[J]. Food Chemistry,2015,178:243-250.

[30]Park S Y,Bae I Y,Lee S,et al. Physicochemical and hypocholesterolemic characterization of oxidized oatβ-glucan[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2009,57(2):439-443.

[31]Tosh S M,Wood P J,Wang Q,et al. Structural characteristics and rheological properties of partially hydrolyzed oatβ-glucan:the effects of molecular weight and hydrolysis method[J]. Carbohydrate Polymers,2004,55(4):425-436.

Research progress in rheological properties of cerealβ-glucan

LI Lei,XIE Jing,GAN Jian-hong,XUE Bin,SHAO Ze-huai,SUN Tao*

(College of Food Science and Technology,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China)

Rheology is an important method to study the physicochemical properties of polysaccharides. The functional properties ofβ-glucan such as hypoglycemic and hypolipidemic were closely related to rheological properties. The rheological properties ofβ-glucan were determined by its structure and molecular weight,and influenced by external factors such as temperature,concentration and pH,as well as affected by processing and chemical modification. In this paper,the effects of the above mentioned factors on the rheological properties of cerealβ-glucan are summarized.

β-glucan;rheology;research progress

2016-11-21

李磊(1990-),男,在讀碩士研究生,研究方向:多糖的改性及應(yīng)用,E-mail:hekedaqingfeng@163.com。

*通訊作者:孫濤(1970-),女,理學(xué)博士,副教授,研究方向:多糖的改性及生物功能的開(kāi)發(fā),E-mail:taosun@shou.edu.cn。

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(31571914);上海市科委(14dz1205101)。

TS201.7

A

1002-0306(2017)13-0335-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.13.063