Research Progress on Preparation, Structure Identification and Bioactivity of β-Glucooligosaccharides
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摘要: 低聚糖是一种新型功能性糖原，在食品领域应用广泛。β-葡寡糖是一类由2~20个葡萄糖通过β-糖苷键连接而成的低聚糖，主要由葡聚糖经不同方法降解制备得到，因其分子量低、水溶性好、结构独特、吸收效率高等特点，在调节肠道菌群、增强免疫、抗肿瘤等方面表现出较好的生物活性，在食品、保健品和药品等领域具有广阔的应用前景。为促进β-葡寡糖的研究与开发，本文就近年有关β-葡寡糖的降解制备、分离纯化、结构表征方法及其生物活性方面的研究进行系统综述，以期为β-葡寡糖的深度研究与利用提供一定的参考。Abstract: Oligosaccharide is a new type of functional glycogen and widely used in the food field. β-glucooligosaccharides are kinds of oligosaccharides composed of 2~20 glucoses connected by β-glycosidic bonds, which are mainly prepared by the degradation from β-glucans with different methods. β-glucooligosaccharides possess characteristics of low molecular weight, good water solubility, unique structure and high absorption efficiency, resulting in many biological activities such as regulating intestinal flora, enhancing immunity and anti-tumor, etc. Therefore, they have a broad application prospect in food, health products, medicine and other fields. In order to promote the research and development of β-glucooligosaccharides, this paper reviews the recent studies on the degradation preparation, separation and purification, structural characterization and biological activity of β-glucooligosaccharides, which is expected to provide references for the further research and utilization of β-glucooligosaccharides.
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随着糖科学的发展 ，越来越多的学者认识到多糖是生命过程中不可或缺的信息和功能分子，在细胞的生长、分化、发育过程中担任着关键角色。葡聚糖是由葡萄糖单体聚合而成的一类高分子多糖，可分为α型和β型。常见的α-葡聚糖主要有淀粉、糊精、糖原等，常作为能量物质用于食品工业。β-葡聚糖作为高效的生物反应调节因子（biological response modifiers，BRM），广泛存在于植物、真菌、细菌、藻类和酵母等生物中，具有重要的研究和开发前景。研究表明，β-葡聚糖有多种生物学活性，如免疫调节、抗肿瘤[1]、抗氧化、抗衰老、防辐射[2-4]、抗炎、降血糖和降血脂[5-9]等，但是因其来源不同会导致其结构和生物活性存在差异，几种不同来源β-葡聚糖的结构信息见表1。但由于自然界中提取到的β-葡聚糖相对分子质量较大、水溶性差，不利于人体吸收发挥其生物活性，因此极大地限制了β-葡聚糖的应用。
表 1 不同来源β-葡聚糖主要结构特征和分子量Table 1. Main structural characteristics and molecular weights of β-glucans from different sources种类 来源 结构 分子量（Da） 参考文献 植物 青稞 线性的以β-（1→4）-葡萄糖和β-（1→3）-葡萄糖连接 9×103~12×103 [10] 燕麦 线性的以β-（1→4）-葡萄糖和β-（1→3）-葡萄糖连接，两种糖苷键比列7:3 0.35×105~29.6×105 [11] 真菌 灵芝子实体 以β-（1→3）-葡萄糖连接为主链、β-（1→6）-葡萄糖连接为支链，主链与支链的比例为3:1 3.75×106 [12] 裂褶菌 以β-（1→3）-葡萄糖连接为主链、β-（1→6）-葡萄糖连接为支链 1×106 [13] 猴头菇 以β-（1→6）-葡萄糖连接为主链，β-（1→3）-葡萄糖连接为支链，主链与支链的比例为6:1 3.5×104 [14] 香菇 以β-（1→3）-葡萄糖连接为主链，β-（1→6）-葡萄糖或β-（1→3）-葡萄糖连接为支链，
主链与支链的比例为5:23×105~8×105 [15] 酵母 以β-（1→3）-葡萄糖连接为主链，β-（1→6）-葡萄糖连接为支链 5.45×104~3.7×106 [16] 细菌 可德兰 线性的以β-（1→3）-葡萄糖连接 5.4×104~9×104 [17] 藻类 昆布多糖 以β-（1→3）-葡萄糖连接为主链，O-6位置连接单个β-D-葡萄糖为支链 2×103~1×104 [18] β-葡寡糖是由2~20个葡萄糖通过β-糖苷键连接而成的低聚糖。相关研究表明低聚糖的低分子量和简单结构能增加多糖原有的生物活性[8]，如Kim等[9]用β-（1→6）-葡聚糖酶降解姬松茸β-葡聚糖得到β-葡寡糖（DP2、DP3），其在糖尿病大鼠中降血糖活性约为β-葡聚糖的两倍。低聚木糖、低聚半乳糖、壳寡糖等作为一种新型功能性糖源，现已广泛应用于食品、保健品、畜牧业和医药等领域。近些年，随着对β-葡聚糖研究工作的不断深入，其对应降解组分β-葡寡糖（Glucooligosaccharides，GOS）的研究也逐渐得到重视。现有研究表明，β-葡寡糖具有较好的抗菌、免疫、抗氧化等生物活性，具有多方面开发应用的潜力。本文主要针对β-（1→3）糖苷键为主链连接的葡聚糖降解制备β-葡寡糖的方法及其分离纯化、结构表征和生物活性等方面进行全面综述，以期为β-葡寡糖的进一步研究与开发应用提供科学基础。
1. β-葡寡糖的制备
β-葡寡糖的制备方法主要有两种：人工合成法和多糖降解法。人工合成法可以精确制备得到确切结构的β-葡寡糖，如Sujit等[19]利用自组装膜电化学合成β-（1→3）-β-（1→6）-葡寡糖，虽然可控但条件较为苛刻，每个条件只能合成一种或几种寡糖，效率不高，且自组装膜的结构和特性受多种因素的影响，如基底表面性质、溶液性质、被组装分子性质等，目前仅处于实验室制备研究阶段，无法实现规模化生产。多糖降解法是目前较大批量制备β-葡寡糖的常用方法。目前常用的降解方法主要有化学法、物理法、酶法等。
1.1 化学降解法
常用的化学降解法有酸法和氧化法。
酸法降解是经典的多糖降解方法，酸法降解的优势在于其成本低、简单易行、通过改变反应条件使多糖的糖苷键断裂从而得到单糖及不同聚合度的寡糖片段[20]。傅赟彬等[21]采用0.05 mol/L的盐酸降解可德兰多糖，结果得到了聚合度（DP）为2~19的GOS产物。也有研究发现酸法降解存在降解效率较低以及产物中寡糖聚合度较小的缺点，如秦秀等[22]对灵芝β-葡聚糖经0.1~1.0 mol/L的硫酸溶液降解8 h，结果表明，随着酸浓度的增加分子量变化不明显，仅从2.42×106降至1.05×106 g/mol，测定其降解率仅为5%~12%，并且产物中主要以单糖和二糖为主。
氧化降解主要分为两种，一种是基于·OH自由基对糖苷键的断裂，在降解过程中自由基攻击糖链使糖苷键发生非酶断裂，并引入新的官能团[23]，从而对β-葡聚糖进行降解。这种方法不仅速率快，而且可以通过改变溶液中·OH自由基的浓度得到特定分子量的产物，如采用不同浓度的H2O2与FeSO4溶液降解两种大麦β-葡聚糖，结果表明随着H2O2浓度由0.2%增至1.0%，产物的分子量不断降低，其中分子量为6.06×105 g/mol的大麦β-葡聚糖随着H2O2浓度的变化，其分子量降至5.54×104~5.61×105 g/mol之间；而分子量为6.99×105 g/mol的大麦β-葡聚糖，其降解产物的分子量处于3.73×104~5.73×105 g/mol之间[24]，此外在过程中添加还原剂如抗坏血酸也可以提高降解效率，如Faure等[23]发现β-葡聚糖溶液中单独存在铁（II）能够促进·OH的形成，从而促进β-葡聚糖的降解且在β-葡聚糖溶液中添加抗坏血酸和铁（II）明显加速了多糖的氧化裂解。另一种方法为H2O2降解法，这种方法采用NaOH与H2O2同时作用从而切断多糖链、达到降解效果，过程操作简便、无副产物且降解率较高。Zhu等[25]以2 mol/L的NaOH，2%（v/v）的H2O2，85 ℃下降解40 min可将可德兰多糖由分子量为4.2×105降至5.268×103 g/mol，且降解率高达83%，并采用红外光谱证实了产物的主链未发生变化。
化学降解法能够明显降低多糖的分子量，得到较低聚合度的寡糖，因此所得产物的溶解度显著提高，但是过程中会使用化学试剂，并需要将降解产物中的盐或金属离子除去，过程比较繁琐。
1.2 物理降解法
常见的物理降解包括辐射法、微波法和超声波法[26]。
辐射法是采用γ-射线直接照射样品，以随机断裂的形式切断糖苷键，从而得到分子量较低且溶解度较好的寡糖[27]。Khan等[28]采用了γ-射线对酵母β-葡聚糖进行了降解，未辐照酵母β-葡聚糖的平均相对分子质量为175 kDa，经不同剂量的（0、5、10、20、30、50 kGy）的γ-射线照射发现其分子量随剂量的提高而不断降低，其中经50 kGy辐照后，其平均相对分子质量降至27.9 kDa。且研究发现，当辐射剂量提高至一定值时，产物的分子量逐渐趋于平稳，此时继续加大辐射剂量，产物的分子量并不会发生明显降低。如Byun等[29]对黑酵母β-葡聚糖进行降解时，发现照射剂量由10增至30 kGy时，产物的分子量由6.2×104 g/mol显著降至3.2×104 g/mol，但当继续增加照射剂量至50 kGy时发现，产物的分子量仅降至2.5×104 g/mol，此时继续加大剂量，降解产物的分子量并没有明显的降低，表明产物分子量在达到稳定后便不易再发生变化。
微波降解作为目前常用的提取、降解多糖的方法，是通过能量辐射多糖达到断裂糖苷键的效果。但是，在对多糖进行微波降解时发现，微波的条件对降解效率以及产物的组成有较大的影响。一方面，若降解条件过温和可能使产物得不到充分的降解；另一方面，当降解条件过于剧烈时可能导致多糖过度降解为单糖，甚至可能使多糖变性，因此进行微波法降解时，选择合适的降解条件至关重要。Wang等[30]对可德兰多糖进行降解时发现，在180 ℃下作用60 min时降解效率高达87.4%，并通过薄层色谱法证明了产物中GOS组分较丰富。但当降解温度为170 ℃时，多糖的降解率仅为52.5%，降解率相对于180 ℃时明显降低。
超声法是将多糖置于超声场中，通过超声的空化效应、机械效应以及热效应破坏多糖的糖苷键从而达到降低分子量的效果。其具有操作过程较简便、环境污染较低、反应速率快的特点，因而成为目前降解多糖的主要方法之一。Yan等[31]利用超声降解可德兰多糖，在超声工作频率为20 kHz条件下作用90 min，0.05%的可德然多糖的分子量由9.5×105降至0.92×105 g/mol，同时通过FTIR和13C-NMR对产物进行结构解析，证明了超声处理不影响可德兰的一级化学结构。林勤保等[32]利用超声波对多种食用菌多糖降解，发现经过长时间超声处理后，分子量的值趋于一个极限恒定值，约50000 Da左右。
与化学降解法相比，物理降解过程中不需要添加或者较少添加化学试剂，减少了对环境的污染，且降解所用时间短，降解效率较高。但对于超声波和辐照降解法而言，在降解过程中随着反应条件的提高，降解产物的分子量不断降低，但在达到某一稳定值之后，即使进一步提高降解条件，产物的分子量也很难进一步降低。而微波法降解的操作条件对产物特征有极大的影响，条件过于剧烈时，微波会将多糖降解为单糖甚至产生副产物，因此在采用物理法降解多糖时需要综合考虑不同方法产物的特点进行选择。
1.3 酶降解法
不同于对糖苷键随机断裂的化学法及物理法降解，酶法是直接作用于多糖中特定的糖苷键，此法因酶的专一性强、降解速度快、产物的分子量易于控制等优点，在多糖降解研究中具有较大的潜力。β-葡聚糖酶按来源可分为植物性β-葡聚糖酶和微生物性β-葡聚糖酶，后者又可再分为细菌性β-葡聚糖酶和真菌性β-葡聚糖酶，现在主要从细菌如枯草芽孢杆菌或真菌如黑曲霉、木霉等微生物中提取β-葡聚糖酶。Sibakov等[33]采用商业酶制剂Depol 740 L降解具有β-（1→3，1→4）糖苷键结构的燕麦多糖时发现该酶制剂主要裂解β-（1→4）糖苷键。尽管专一性酶降解具有降解率高、产物明确的特点，但目前专一性酶不易得到，而非专一性酶降解效率较低，如Li等[34]以内切β-（1→3）-葡聚糖酶降解可德兰多糖时，对结构为β-（1→3）糖苷键结构的可德兰多糖的降解率达70%以上，而Qian等[35]采用非专一性的淀粉酶降解可德兰多糖时，降解率仅为15.6%。因此在采用酶法降解时根据样品的结构特点寻找适合的专一性酶至关重要。
与化学法及物理法相比，酶降解能够断裂特定糖苷键，产物的分子量较易控制，此外过程中化学试剂用量少，对环境污染较低。但是专一性酶不易得到，酶制剂价格昂贵，且酶法降解对环境的要求较高，诸多因素都会影响酶的降解效果。
1.4 联合降解法
结合不同降解方法的特点和多糖自身的结构特征，可将两种或多种降解方法联合应用于多糖的降解。如Zheng等[36]将超声法与酶法降解结合，利用超声处理将酵母β-葡聚糖的粒径从8.80降低到1.77 μm从而增加酶与多糖的接触面积，使酵母多糖的降解率达到32.3%。Kumagai等[37]利用在大肠杆菌中表达的β-（1→3）葡聚糖酶（GH64）对可德兰多糖进行降解，发现GH64酶本身对天然多糖的水解活性较低，而将可德兰多糖经90 ℃热预处理能够明显提高GH64酶对可德兰的降解效率，使其降解率从3%提高至60%。联合降解法将不同降解方法相结合，能够优化产物分布、提高降解率，但同时会使降解过程变得繁琐，实验的操作变得复杂，成本增加。
综上所述，化学法、物理法、酶法以及将两种或多种降解方法联用均是目前制备寡糖常用的方法，然而各种方法的产物组成以及降解率等方面均存在较大的差异，所以，在β-葡寡糖的工业生产中，研究者需根据多糖特性和实验目的选择合适的降解方法进行优化，从而获得有效的降解方案。
2. β-葡寡糖的分离纯化和结构表征
2.1 β-葡寡糖的分离纯化
由β-葡聚糖水解得到的葡寡糖通常是多种聚合度片段组成的混合物，需要将其进行分离纯化，以便进行结构特征、生理功能和物理化学特性的研究。目前研究中，常采用常压或高压凝胶过滤、高效制备液相等多种方法对其进行纯化。
凝胶排阻色谱法是近年来常用的分离纯化β-葡寡糖的方法，此法操作简单并且可实现单一聚合度葡寡糖的分离。目前常用凝胶的种类主要有葡聚糖凝胶（Sephadex）、琼脂糖凝胶（Agarose）、聚丙烯酰胺凝胶（Bio-Gel）等，根据交联度的高低将凝胶分为不同规格，需要根据所分离物质的聚合度大小和性质选择不同规格的凝胶。由于凝胶排阻色谱法是根据样品分子量的差异进行分离[38]，因此很难分离分子量相同的寡糖，经常需要多个凝胶柱联用来达到更好的分离效果。姜瑞芝等[39]使用DEAE-Sephadex A-50分离得到猴头菇寡糖HEP-1组分，进一步通过Sephadex G-25分离得到HEP-1-1、HEP-1-2、HEP-1-3，其中HEP-1-3是由二糖至七糖组成的混合葡寡糖。Bio-Gel P系列凝胶色谱柱也是目前常用的寡糖分离柱，例如秦秀[40]利用Bio-Gel P-2将微波处理后的灵芝β-葡寡糖混合物分离得到8个寡糖组分。另外，高效液相色谱法常用于不同寡糖组分的分离分析，常用的色谱柱为：亲水作用色谱柱（HILIC）、反相C18柱、高效离子交换色谱柱、凝胶柱等。分离纯化时根据纯化条件选择相应填料可保证寡糖分离效果。Fu等[41]采用亲水液相色谱（HILIC）体系将酸水解得到的可德兰寡糖进行分离，成功获得聚合度为2~10的9个β-（1→3）-D-葡寡糖单体，并对其进行构效关系研究，结果表明聚合度越高的葡寡糖在植物体内的防御反应越强。宗玉[42]采用半制备液相分离可德兰多糖水解液得到葡萄糖和聚合度2~10的葡寡糖。王仲孚等[43]用PMP衍生化试剂对寡糖链进行标记，通过高效液相色谱分离得到聚合度为1~16的葡寡糖。通过PMP衍生化结合HPLC法分离分析寡糖，可以大大提高检测灵敏度和分离效率，但分离纯化后的衍生物需经过还原处理获得寡糖单体，样品损耗较大。
2.2 β-葡寡糖的结构鉴定
寡糖的结构与其生物活性密不可分。将β-葡寡糖混合物经色谱柱等手段分离纯化后，可获得不同聚合度的寡糖单体，为进一步探究葡寡糖的构效关系，需要对其进行结构解析。近年来，常用于葡寡糖的结构鉴定的方法如下，主要是质谱和核磁共振。
利用质谱法对寡糖样品进行分析具有准确、高效及快捷等优点。根据图谱中的m/z值可以得到产物的分子量信息，对产物的聚合度进行归属[44]。分析寡糖常用的电离方式有电喷雾电离（ESI）、基质辅助激光解析电离源（MALDI）[45]。目前，质谱（MS）分析技术样品用量少，且易于与分离手段联用，实现自动化，已成为寡糖结构分析的重要方法之一。孙玉姣等[46]以可德兰多糖为原料，利用HPLC和ESI-MS技术对酸降解后获得的可德兰的各组分进行了分离分析和结构鉴定，得到分子量及聚合度信息，确定酸降解可获得聚合度为DP1~DP12的葡寡糖。ESI-MS能检测非衍生化的糖，而且灵敏度高，因而无需衍生化就能区分寡糖的连接方式（O-或N-），确定寡糖的结构、聚合度及组成。基质辅助激光解吸飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）尤其适用于高聚合度寡糖和寡糖混合物的结构分析，如傅赟彬等[21]采用MALDI-TOF-MS对可德兰酸降解产物进行分析，结果表明降解产物主要为DP2~19的葡寡糖，其中DP5的含量最高。
普通一级质谱法可以根据分子量信息对未知的产物进行定性，但无法区分具有相同分子量的低聚物，而多级质谱技术可以对糖链碎片进行多级断裂，反映出碎片的不同层次的结构信息，已成为糖链结构鉴定的一项重要技术。目前电喷雾电离多级串联质谱（ESI-MSn）和基质辅助激光解析多级串联质谱（MALDI-MSn）是分析糖类结构的常用方法，该结构分析手段在寡糖结构分析中已有应用。韩瑶等[47]采用电喷雾二级串联质谱（ESI-MS2）与碰撞诱导解离（CID）联用技术在负离子模式下，对未衍生化的人乳寡糖直接进行分析，区分了互为异构体的几种寡糖。Xie等[48]研究中，将一种水溶性猴头菇子实体β-葡聚糖使用内切β-（1→6）-D葡聚糖酶消化后的寡聚糖产物，用HPAEC-PAD-MS/MS平台分析来确定各产物的聚合度和连接方式。首先通过HPAEC-PAD-MS负离子模式下确定了各峰对应的寡糖聚合度，再通过MS/MS二级质谱的片段离子峰信号确定其糖苷键连接方式。以二糖为例，除了能够得到典型的糖苷键解离离子B1（m/z 161）和C1（m/z 179）外，还观察到3个交叉环解离离子0.4A2（m/z 221）、0.3A2（m/z 251）、0.2A2（m/z 281）对应的还原端残基，从而确定其由β-（1→6）糖苷键连接。
核磁共振法（NMR）虽然与质谱相比需要的样品量多，但其提供的结构信息较多。核磁共振技术发展至今已经较为成熟，是糖类结构解析的重要方法之一，可判断糖类化合物的种类、糖与糖的连接位置、糖苷键构型、糖与糖的连接顺序等。比如：氢谱中，α型吡喃糖H-1质子化学位移大于4.95 ppm，β型吡喃糖H-1质子化学位移小于4.95 ppm，借此可以判断糖环的构型。碳谱中，异头碳和非异头碳的信号主要分别出现在90~110和60~85 ppm处，C-1的出峰位置基于α-构型和β-构型的化学位移范围分别是δ 90~102和δ 102~112。在贺海涛等[49]研究中，通过昆布二糖磷酸化酶粗酶液和蔗糖磷酸化酶耦合催化合成葡寡糖，经1H-NMR分析，寡糖的异头氢的化学位移出现在δ 4.5~5.0之间，确定双酶催化合成寡糖为β-葡寡糖。此外，核磁共振也可以应用于寡糖的构象分析，Hamagami等[50]通过分析双同位素（13C和2H）标记的1H NMR图谱，比较了线性β-（1→3）-葡寡糖和带有β-（1→6）-支链的β-（1→3）-葡寡糖的远程耦合常数（3JCH），发现通过β-（1→6）-糖苷键链接的侧链对β-（1→3）糖苷键的构象几乎没有影响。NMR技术在寡糖得到了广泛的应用，成为解析其结构不可缺少的工具。
相较于传统结构解析方法，更新的离子化质谱技术，如基质辅助激光解吸质谱和电喷雾质谱以及MS/MS联用技术，可以更直接的检测混合物并提供清晰的分子离子与碎片离子信息，已经成为结构解析技术的重要组成部分。相信随着质谱技术的进一步发展，并与NMR及各种化学分析方法相结合，可以更深入地阐明糖的结构及其构效关系，对糖生物学的发展起到重要的推动作用。
3. β-葡寡糖的生物活性研究
β-葡寡糖具有低热值的特点，可作为膳食纤维在改善肠道微生物菌群、降低血清胆固醇等方面发挥重要功能。β-葡寡糖亦能够激发人和动物体产生细胞因子，介导多种先天免疫和获得性免疫反应，增强机体抵抗力。此外，β-葡寡糖还有抗氧化、抗肿瘤等多种生理功能。
3.1 调节肠道菌群
人体实验表明，摄入低聚糖可以促进大肠中双歧杆菌、乳酸菌等有益菌代谢生长，抑制肠道有害细菌的生长增殖[51]，使肠道菌群的代谢产生变化，进而改善肠道环境。Kumar等[52]对昆布多糖进行酶解得到聚合度为DP2~DP7的昆布寡糖，通过体外分析评估了其益生元特性，发现昆布寡糖可以促进益生菌如植物乳杆菌DM5和嗜酸乳杆菌的生长。Shi等[53]制备获得了主要由DP为2~5的β-（1→3）-D葡寡糖组成可德兰降解产物（GOS），并检测了其益生元效应，发现GOS可显著提高乳杆菌的菌落总数，且聚合度为2和3的GOS更容易被消耗，表明GOS（DP2、3）可以发挥较好的益生元作用，可用于改善人类肠道健康。在Sims等[54]研究表明鼠李糖乳杆菌在β-葡寡糖上生长并优先消耗三糖。以上研究表明，葡寡糖的聚合度在一定程度上会影响其益生元功能，且不同种益生菌菌株会对不同聚合度寡糖有差异性利用，进而调节肠道菌群。
3.2 免疫调节活性
葡寡糖在生物大分子与细胞的相互作用中起着信号和桥梁的作用。研究发现，葡寡糖可以作为免疫刺激剂诱发免疫反应。Miyanishi等[55]以酶法降解海带多糖制备得到β-葡寡糖（DP24），通过共培养诱导人外周血单核细胞释放细胞因子，可达到抑制肿瘤细胞增殖的效果。Gissibl等[56]使用葡聚糖酶处理微波预降解的裸藻β-（1→3）-葡聚糖得到DP2-7和DP2-59的葡寡糖，并证明低聚葡寡糖（DP2-7）相比于高聚葡寡糖（DP2-59）促进巨噬细胞释放TNF-α的水平更高，有显著的增强免疫活性。Tang等[57]研究发现口服给药可德兰降解所得的葡寡糖（GOS），可以通过与受体CR3和TLR2相关的NF-κB和MAPK途径提升CTX诱导的免疫抑制小鼠的免疫水平，且与可德兰多糖相比，GOS能更好地增强免疫活性。上述研究表明，β-葡寡糖相比于其对应的β-葡聚糖表现出更强的增强免疫功能，因此GOS在调节免疫领域的开发利用很有价值。
3.3 抗肿瘤活性
功能性寡糖已被证明对肿瘤有预防效果[58-59]。宁君等[60]成功合成以β-（1→6）、β-（1→3）糖苷键连接的香菇寡糖片段，发现其可以激活人体的免疫系统产生免疫应答进而杀死肿瘤细胞，具有很好的抗肿瘤作用，配合化疗药物使用具有明显的增效减毒作用。在Mo等[61]用分子生物学方法研究了酿酒酵母β-（1→3）-葡寡糖对S180荷瘤小鼠和荷瘤宿主免疫功能的影响及其分子机制，结果表明，酿酒酵母中β-（1→3）-葡寡糖的抗肿瘤作用可能与其免疫刺激作用和诱导细胞凋亡的特性有关。目前，β-葡寡糖的抗肿瘤活性逐渐被人们所重视，由于β-葡寡糖能够对多种肿瘤细胞产生抑制效果，对正常细胞几乎没有毒副作用，因而具有潜在的抗肿瘤药物开发应用价值，对其性质及其相关机制的进一步研究也有助于开发基于多糖及其降解产物的有效抗肿瘤药物。
3.4 抗氧化活性
氧化是机体利用氧过程中的一个环节，在一些特殊条件下机体内会产生大量自由基，过量自由基会产生氧化应激损伤，破坏细胞内代谢平衡，进而导致神经退行性疾病、癌症、炎症等一系列疾病发生[62]。王冰等[63]在抗氧化实验中发现，土壤杆菌生产的葡寡糖（2800~3600 Da）的DPPH自由基和·OH清除效果可达到抗坏血酸的80%，还原力可达到抗坏血酸的50%，随着质量浓度的增加，呈现出一定的浓度依赖性，表明其具有良好的抗氧化活性。刘云等[64]微波合成的葡寡糖对·OH自由基、DPPH自由基、ABTS+·自由基具有很好的清除作用，且随着平均聚合度、浓度及疏水性的增加，葡寡糖对·OH、DPPH自由基的清除作用逐渐增强。研究表明β-葡寡糖是一种有效清除自由基的抗氧化剂，可通过直接清除自由基以及调节生物酶系等机制来抑制人体内的氧化应激反应，维持人体代谢平衡。
4. 结语
以β-（1→3）-糖苷键连接为主链的葡寡糖是一类具有多种生物活性的低聚糖，在食品和医药领域具有广阔的应用前景。目前已针对β-葡寡糖的制备方法、分离纯化、结构鉴定和生物活性评价等方面开展了深入研究，这为β-葡寡糖的开发应用奠定了基础。为了更好地理解其作用机制和构效关系，还需进一步对其聚合度和糖苷键连接方式等因素对生物活性的影响及其活性作用机制开展研究，从而为β-葡寡糖的应用提供理论指导。另外，目前β-葡寡糖缺乏标准化的制备和检测方法，难以大规模生产高纯度、低成本、聚合度稳定的低聚糖产品，导致其应用还存在一定瓶颈，后续研究需要解决特定聚合度β-葡寡糖的规模化制备，为β-葡寡糖在功能食品和药品领域的应用提供技术保障。
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表 1 不同来源β-葡聚糖主要结构特征和分子量
Table 1 Main structural characteristics and molecular weights of β-glucans from different sources
种类 来源 结构 分子量（Da） 参考文献 植物 青稞 线性的以β-（1→4）-葡萄糖和β-（1→3）-葡萄糖连接 9×103~12×103 [10] 燕麦 线性的以β-（1→4）-葡萄糖和β-（1→3）-葡萄糖连接，两种糖苷键比列7:3 0.35×105~29.6×105 [11] 真菌 灵芝子实体 以β-（1→3）-葡萄糖连接为主链、β-（1→6）-葡萄糖连接为支链，主链与支链的比例为3:1 3.75×106 [12] 裂褶菌 以β-（1→3）-葡萄糖连接为主链、β-（1→6）-葡萄糖连接为支链 1×106 [13] 猴头菇 以β-（1→6）-葡萄糖连接为主链，β-（1→3）-葡萄糖连接为支链，主链与支链的比例为6:1 3.5×104 [14] 香菇 以β-（1→3）-葡萄糖连接为主链，β-（1→6）-葡萄糖或β-（1→3）-葡萄糖连接为支链，
主链与支链的比例为5:23×105~8×105 [15] 酵母 以β-（1→3）-葡萄糖连接为主链，β-（1→6）-葡萄糖连接为支链 5.45×104~3.7×106 [16] 细菌 可德兰 线性的以β-（1→3）-葡萄糖连接 5.4×104~9×104 [17] 藻类 昆布多糖 以β-（1→3）-葡萄糖连接为主链，O-6位置连接单个β-D-葡萄糖为支链 2×103~1×104 [18] 
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