大麦beta;-葡聚糖和beta;-葡聚糖酶的研究进展
摘要：大麦beta;-葡聚糖是一种大麦胚乳细胞上的多糖，与大麦饲料，制麦芽和啤酒产业有着紧密的联系。而大麦beta;-葡聚糖酶作为降解beta;-葡聚糖的酶，已与生产生活紧密相连，为现代工业做出巨大的贡献。本文就影响大麦beta;-葡聚糖含量以及beta;-葡聚糖酶活的因素，大麦beta;-葡聚糖含量以及beta;-葡聚糖酶活的测量方法和赤霉素对大麦beta;-葡聚糖和beta;-葡聚糖酶的影响方面存在的问题进行探讨，为制麦工艺的改进提供理论依据。
关键词：beta;-葡聚糖；啤酒；beta;-葡聚糖酶；饲料；大麦芽
根据市场监测，截止至2016年，大麦在中国的种植面积达5134万亩，总产量135万吨[1]。大麦发展前景良好，是世界主要粮食之一，也是我国的主要种植粮食。在大麦种子中含有8%~12%的半纤维素，它主要由戊聚糖、beta;-葡聚糖以及少量的蛋白质组成，存在于大麦籽粒的胚乳淀粉细胞壁物质中[2]。未发芽的大麦中不含beta;-葡聚糖酶，之后在大麦发芽时，大麦胚乳糊粉层细胞受到赤霉酸的刺激，会分泌出一系列的内切和外切beta;-葡聚糖酶，并随水分渗透到胚乳中，分解大麦胚乳细胞壁的beta;-葡聚糖，使beta;-葡聚糖变成可溶性的物质[]。beta;-葡聚糖具有降低胆固醇、降血脂、调节血糖和提高免疫力等功能，可提取加工成保健品。市面上有各种类型的beta;-葡聚糖保健品进行销售。当大麦应用于在制麦芽和酿造啤酒时，beta;-葡聚糖如果不能完全降解，就会使麦芽汁黏度增加，难以过滤；在成品啤酒中，beta;-葡聚糖的存在会导致冰冻后的啤酒形成雪花状浑浊物。对啤酒品质而言这是一种不良性状[3]。需要在大麦制麦和啤酒酿造过程中，提高beta;-葡聚糖酶酶活和含量或加入beta;-葡聚糖酶。大麦作常作为饲料，对于牲畜有较高的营养价值，但是大麦富含beta;-葡聚糖和木聚糖等抗营养因子，从而限制其在饲料中的广泛应用[4]。需要用beta;-葡聚糖酶水解beta;-葡聚糖提高大麦饲料利用价值。在制麦、啤酒酿造和制作饲料时，如何降低大麦中的beta;-葡聚糖含量和提高beta;-葡聚糖含量和酶活是研究人员需要解决的重要问题。
- 影响大麦芽beta;-葡聚糖含量和大麦beta;-葡聚糖酶活的因素
大麦beta;-葡聚糖的含量是衡量大麦是否适合酿造啤酒和生产饲料的一个重要因素，都需要大麦有较低beta;-葡聚糖含量。国内外研究表明，基因型和环境条件都不同程度地影响着beta;-葡聚糖含量[5-7]。钟正升对在不同的制麦条件下的大麦芽进行研究，结果表明低温发芽有利于beta;-葡聚糖的水解的降解；浸麦水的pH中性和偏碱性条件下有利于beta;-葡聚糖的降解；镁离子，锌离子，钾离子和钠离子有助于beta;-葡聚糖的分解；铜离子会抑制beta;-葡聚糖的降解[8]。
在大麦发芽过程中，大麦beta;-葡聚糖的含量变化主要是受beta;-葡聚糖酶含量的变化。李旺军等对2种不同的大麦品种的beta;-葡聚糖酶活研究表明，浸麦温度为15℃时，大麦芽中的beta;-葡聚糖酶活显著增加，低温浸麦发芽时间为72h时,高湿度比低湿度的酶活要高，而在高温浸麦时结果相反[9]。大麦beta;-葡聚糖酶活是受三因素(浸麦温度、湿度、发芽温度)共同影响的。
- beta;-葡聚糖含量测量方法和beta;-葡聚糖酶活测量方法
测定beta;-葡聚糖酶活的方法主要有黏度法、色原底物法、凝胶扩散法和还原糖法，这些方法都需纯的beta;-葡聚糖。黏度法：通过底物溶液的黏度降低速率来反映酶的活性高低，但该法操作复杂，耗时，重复性差[10]。色原底物法：用人工合成的有色或荧光底物，使其在beta;-葡聚糖酶催化下释放染料或荧光物质，通过释放染料或荧光物质的多少来反映酶活的大小，不需要高温处理，因此操作简便，但底物需要特殊制备，成本很高，在测定时大麦中的天然底物会影响测量结果。凝胶扩散法：将不溶性底物和琼脂混合制成凝胶板，在凝胶板上打孔，将反应酶液注入到小孔内与底物在一定条件下发生酶水解，通过直接测定反应区的直径来反映酶活力的大小，但其操作耗时，对反应区的分析难度较高[10]。还原糖法：beta;-葡聚糖经酶促水解产生的还原端基被氧化所产生产物的量来计算酶活力，最常用的还原糖法是DNS法，beta;-葡聚糖酶水解1，3（4）-beta;-D-葡聚糖苷键，放出还原糖基团与3，5-二硝基水杨酸(DNS试剂)发生显色反应，其颜色的深浅与还原糖的含量成正比关系，在540nm测其光的吸收值，查标准曲线（以葡萄糖计），可得到还原糖的量，据此计算beta;-葡聚糖酶的活力。DNS法的产物颜色稳定性好，操作简单，蛋白质对测定无干扰。由于其测定精密度较高，对实验技术要求不高，因而是目前最常采用的方法之一。
测定beta;-葡聚糖含量的方法主要有层析法、粘度法、酶法和刚果红法，这些方法主要是基于beta;-葡聚糖被降解成单糖之后，测量单糖的含量。层析法：用特定的水解酶水解beta;-葡聚糖，形成的寡糖在一定条件下分离，然后就利用层析法进行准确的测量，能够准确的测定大麦beta;-葡聚糖的含量，但是价格昂贵。粘度法：利用beta;-葡聚糖的溶液，进行分析；由于beta;-葡聚糖能够给溶液提供粘性，然后又因为不同分子量的beta;-葡聚糖有着不同的粘度，最后利用抽提来分析计算beta;-葡聚糖的含量，但是抽提对粘度会产生影响，可靠性较低，而且不同来源的beta;-葡聚糖的分子量不同，实用性已经不高了。酶法：用特异性的beta;-葡聚糖水解酶对beta;-葡聚糖进行水解，得到产物寡糖，然后再利用beta;-葡聚糖的一般酶，再把寡糖分解为葡萄糖，这样就能够利用葡萄糖的含量，来准确地测定燕麦中beta;-葡聚糖的含量。这种方法的准确性比较高，只是对酶的纯度要求也较高，价格也偏高。刚果红法：beta;-葡聚糖和刚果红染料能够结合，通过吸收强度的变化，来进行beta;-葡聚糖的定量分析，只能测定可溶性beta;-葡聚糖，在大麦中，大多数都是水溶性beta;-葡聚糖，能够有效地测定大麦中beta;-葡聚糖的含量，速度较快。
- 赤霉素对大麦beta;-葡聚糖和beta;-葡聚糖酶的影响
赤霉素作为植物的生长激素，在大麦麦芽的生产过程中被广泛运用。在大麦发芽过程中，胚活化分泌出植物激素赤霉素，胚乳糊粉层细胞受到赤霉酸的刺激能够产生多种酶，包括蛋白酶、淀粉酶和beta;-葡聚糖酶等，酶通过浓度差向胚乳细胞扩散，通过一系列复杂的反应，形成麦芽的溶解。外加赤霉素GA3能被发芽的胚吸收，从而促进酶的活力，有研究表明，外源赤霉素对大麦发芽时alpha;-淀粉酶、beta;-淀粉酶和极限糊精酶活性都有一定的激活作用[11]。赤霉素GA3能激发alpha;-淀粉酶、beta;-淀粉酶和蛋白酶活力，已有很多研究人员研究可以证明。大麦内源的赤霉素刺激产生beta;-葡聚糖酶的产生，是大麦beta;-葡聚糖酶产生的原因。关于外源赤霉素是否能促进beta;-葡聚糖酶活的进一步提高，从而使大麦更广泛的应用于啤酒酿造和饲料制作，这方面的内容有待进一步研究。
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