不同物种来源的β-葡聚糖的大分子行为和结构特征及其与avenanthramide-C的非共价相互作用

《Food Hydrocolloids》：Macromolecular behavior and structural characteristics of β-glucans from different species on their noncovalent interactions with avenanthramide-C

　　

郭子聪|曹家伟|张金城|任成杰|徐文涛|程永强|姜志刚|周江涛|黄德健|邱菊

中国农业大学营养与健康系精准营养与食品质量重点实验室，北京 100193

摘要

阿魏酰胺-C（AVN）是燕麦中的一种独特成分，具有多种生物活性，但其较低的胃肠道稳定性限制了其应用。本研究通过碱中和（AN）方法，使用凝乳多糖（CD）、燕麦β-葡聚糖（OG）和酵母β-葡聚糖（YG）对AVN进行了包封。根据刚果红实验结果，CD和YG的聚集程度比OG更高，这可能影响了它们与AVN的相互作用。OG-AVN的结合程度（86.57%）高于CD-AVN（71.61%）和YG-AVN（81.44%），表明AVN保留得越多，在体外消化过程中β-葡聚糖-AVN复合物的溶解度和抗氧化能力越高。OG-AVN和YG-AVN的粘弹性低于CD-AVN，这可能是由于OG线性主链中的不同糖苷键或YG三螺旋结构中的分支削弱了它们的紧密缠结，从而为AVN提供了更多的结合位点。β-葡聚糖之间的氢键结构差异也影响了它们与AVN的非共价相互作用，这一结论得到了傅里叶变换红外光谱（FTIR，β-葡聚糖与碱处理后的差异）、X射线衍射（XRD，AVN的相对结晶度较低）和等温滴定量热（ITC，OG-AVN的结合亲和力高于YG-AVN和CD-AVN）的结果支持。原子力显微镜（AFM）结果显示OG的主链从长链变为短链，促进了AVN在OG中的负载。核磁共振（NMR）分析表明，AVN的OH-7位可能与OG的H-3位或YG的H-3位结合，而CD-AVN则没有这种结合。实验表明，OG的短链和YG的分支可能更容易与AVN相互作用，因此OG-AVN的性能更佳。

引言

阿魏酰胺是一种仅存在于燕麦中的酚类化合物，已被广泛用于皮肤过敏药物和化妆品领域（Chen, Chen, & Zhong, 2022; Pridal, Bottger, & Ross, 2018）。迄今为止，已报道了40多种形式的阿魏酰胺，其中阿魏酰胺-C（AVN）是最常见且生物活性最强的（Li et al., 2024; Pridal, Bottger, & Ross, 2018）。AVN是由5-羟基蒽酸和咖啡酸通过酰胺键连接而成的化合物，因其抗氧化、抗炎和抗动脉粥样硬化作用而受到关注（Tang et al., 2022）。由于其邻位羟基结构，AVN的抗氧化活性是阿魏酸、咖啡酸和香草酸的10至30倍（Wu et al., 2018）。AVN在1 ppb浓度下即可抑制IL-8等促炎细胞因子的释放，并能抑制角质形成细胞的NF-κB激活（Damazo-Lima et al., 2020）。先前的研究表明，AVN在碱性溶液中会完全降解，这种降解在热处理后更为明显（Sang & Chu, 2017）。使用仓鼠模型测定，AVN的相对生物利用度仅为燕麦中其他酚类物质的1%至5%（Chen et al., 2019）。因此，由于水溶性低、在碱性条件下易降解以及在体外消化过程中稳定性差，AVN在食品工业中的应用受到限制。

为了提高AVN的生物利用度，人们采用了多种递送系统。Chen等人（2022）通过将槲皮素与AVN共同负载到酪蛋白钠纳米颗粒中，将AVN的体外生物利用度从33.67%提高到73.08%。Jeong、Baek和Lee（2025）将胆盐加入脂质体中作为胆固醇替代物，使AVN的体外生物利用度从55.69%提高到77.31%。然而，单一蛋白质或脂质纳米颗粒递送系统无法在结肠中准确释放活性成分。He等人（2024）评估了酵母细胞壁胶囊作为递送系统的潜力，储存28天后AVN的保留率从38.64%提高到68.62%。不过，酵母细胞壁中的β-葡聚糖与AVN之间的相互作用机制尚不清楚。

多酚和多糖之间会发生多种相互作用，形成复合物，从而显著提高多酚的体外消化稳定性和功能性。作为可溶性膳食纤维，β-葡聚糖具有多种链结构，包括单螺旋、双螺旋、三螺旋、无规卷曲和球形构象，这些结构与其来源（谷物、藻类、真菌和细菌）密切相关（Cui et al., 2023）。在碱性条件下，β-葡聚糖通常会从稳定的三螺旋结构转变为无规卷曲，随后在酸中和作用下重新形成三螺旋结构。这种过程称为碱中和（AN）处理，常用于多种三螺旋β-葡聚糖纳米颗粒中的多酚或药物包封。已有研究表明，不同来源的β-葡聚糖经过AN处理后会发生变化。例如，来自灵芝的三螺旋β-葡聚糖在碱性溶液中会降解为无规卷曲（Hu et al., 2024）。此外，在AN处理过程中，β-葡聚糖可作为还原剂稳定大约10纳米大小的银纳米颗粒。多柔比星被包封在蘑菇来源的β-葡聚糖疏水腔内，通过构象转变和随后的链再生形成载药纳米颗粒（Zhang et al., 2024）。β-葡聚糖的结构差异直接影响其与多酚的复合能力（Huo et al., 2025）。其中，凝乳多糖（CD）、酵母β-葡聚糖（YG）和燕麦β-葡聚糖（OG）最具代表性。CD是一种微生物β-葡聚糖，由β-(1→3)-连接的D-葡吡喃糖单元组成，没有侧链分支（He, Zhu, & Qi, 2024; Huo et al., 2025）。YG的β-葡聚糖主链含有约3-6%的β-(1→6)-连接侧链分支（He, Zhu, & Qi, 2024）。OG是一种线性主链混合连接的β-葡聚糖，包含β-(1→3)和β-(1→4)糖苷键，其中β-(1→3)键通常被两个或多个连续的β-(1→4)键隔开（Cao et al., 2024）。然而，关于这些β-葡聚糖结构对其与多酚复合的影响的研究很少，更不用说它们与AVN的相互作用了。

鉴于用β-葡聚糖包封AVN的潜在优势及其相互作用机制的不确定性，本研究探讨了不同来源的β-葡聚糖通过AN处理后的链构象作为AVN载体的效果。研究认为，通过调节β-葡聚糖的构象可以形成β-葡聚糖-AVN复合物。此外，还分析了不同来源β-葡聚糖的结构特征对其物理化学性质和β-葡聚糖-AVN复合物相互作用机制的影响。

章节摘录

材料

AVN（纯度≥98%）购自上海Synchem科技有限公司（中国上海）。CD、OG和YG为市售的β-葡聚糖材料，分别来自不同来源。CD（纯度≥90%）购自上海ZZBIO有限公司（中国上海）。OG（纯度≥90%）购自广东光业L&P食品配料有限公司（中国广东）。YG（纯度≥90%）购自湖北安琪酵母有限公司（中国湖北）。2,2’-偶氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）（ABTS）

不同来源β-葡聚糖的三螺旋结构

刚果红常用于检测多糖系统的有序聚集情况。λ_max值的变化可以反映聚集状态的变化（Xu et al., 2021）。在碱性条件下，β-葡聚糖的有序聚集可能会解离、再生或进一步转变为无规卷曲，具体取决于多糖的来源和结构特征（Hu et al., 2024）。未经处理的β-葡聚糖-Congo red和经过AN处理的β-葡聚糖-Congo red的λ_max值

结论

本研究利用碱中和（AN）方法明确了不同来源的β-葡聚糖对β-葡聚糖-AVN复合物性质的影响。与CD和YG相比，OG与AVN的结合程度更高，且OG-AVN复合物在体外消化后的抗氧化活性也更强。根据刚果红实验结果，CD和YG的聚集程度高于OG，这可能影响了它们与AVN的相互作用。

CRediT作者贡献声明

黄德健：研究方法。 郭子聪：撰写初稿、软件处理。 曹家伟：研究方法、概念构思。 张金城：研究方法、概念构思。 任成杰：软件处理、数据分析。 徐文涛：验证、研究。 程永强：验证、研究。 姜志刚：验证、研究。 周江涛：研究方法。 邱菊：撰写、审稿与编辑、项目协调。

Cao et al., 2024; He et al., 2020; He et al., 2024; Lazaridou and Biliaderis, 2007; Li et al., 2024; Wang et al., 2025; Wu et al., 2017.

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

本研究得到了中国农业研究系统（隶属于农业农村部）和MARA（CARS-07-E-4）的支持。