膳食纤维是从水果、蔬菜和谷物等植物中提取的一种不可消化的碳水化合物,在健康饮食中占据着重要地位[1]。研究表明,摄取足够的膳食纤维对改善肠道健康、降低胆固醇和血糖以及增强抗氧化能力等方面具有多种益处[2]。根据其溶解性,膳食纤维可分为水溶性膳食纤维和水不溶性膳食纤维[3]。葡聚糖是水溶性膳食纤维的一种,广泛存在于燕麦、大麦、蘑菇和酵母[4]。
酵母β-葡聚糖来源于酵母细胞的细胞壁,约占细胞干重的50%～60%[5]。酵母作为一种单细胞真菌,在酿造和烘焙等领域有着悠久的应用历史[6]。随着啤酒工业的快速发展,大量的废弃啤酒酵母作为副产品不断产生,为酵母β-葡聚糖的提取和利用提供了充足的原料[7]。此外,酵母β-葡聚糖的结构与燕麦、大麦和蘑菇中的β-葡聚糖有所不同[8]。酵母β-葡聚糖呈现分支的网状结构,以β-1-3键连接的葡萄糖残基构成主链,分支点约占总糖苷键数的3%～15%,侧链与主链以β-1-6键连接,且侧链由33个葡萄糖残基组成[9-10]。在一级结构基础上,酵母β-葡聚糖又通过分子内和分子间的相互作用形成以三螺旋为主的高级结构[11]。这种独特的结构使其在溶液中易自组装形成大聚集体,进而影响其在生物体内的行为和功能。因此,由于酵母β-葡聚糖的结构(糖苷键的构型、键接方式、分子质量和尺寸、链构象、支化度及取代度)差异,赋予它多种活性,如免疫调节、抗肿瘤、降血脂、抗氧化和抗病毒[12-14]。
尽管酵母中含有大量的葡聚糖,但由于酵母细胞壁结构的致密性和刚性,酵母葡聚糖的分离面临挑战。酵母葡聚糖的提取方法主要包括物理法(超声波法、微波法)、化学法(酸法、碱法)、酶法(自溶法、酶解法)和复合法[15]。目前比较常用的葡聚糖提取方法是物理法,其通过一些物理手段破坏细胞壁使酵母β-葡聚糖得以释放;化学法利用化学试剂分解细胞壁;酶法依靠酶的专一性分解细胞壁成分,实现选择性提取;复合法则是多种方法的结合,能够发挥各自的优势[16-18]。这些方法各有特点,物理法较为温和,但可能对设备要求较高;化学法提取效率高,但可能对活性产生影响;酶法选择性好,然而成本较高;复合法具有综合优势,能够根据不同的原料和提取要求,灵活调整提取方法的组合[19-20]。纯化方法主要有沉淀、透析、超滤和色谱法等,这些方法可以去除提取液中的杂质,提高葡聚糖的纯度。上述方法各自存在优缺点,在实际应用中需要根据具体情况选择合适的方法。值得关注的是,大量研究表明,不同提取方法制备的酵母葡聚糖的理化和功能性质存在差异[15]。例如,不同提取方法得到的酵母葡聚糖在分子质量、分子结构、溶解性、生物活性等方面可能会有所不同,这些差异会直接影响其在食品中的应用效果和功能特性[21-22]。
在食品工业领域,酵母葡聚糖凭借其优良的稳定性、乳化性、凝胶性特性,广泛应用于肉制品、烘焙制品、饮料等各类食品中[5]。此外,酵母葡聚糖作为活性成分,还可以用于功能性食品的开发,例如具有免疫调节、降血脂等功能的食品[23]。酵母葡聚糖已经成为国际上认可的功能性食品原料[24]。在美国,酵母葡聚糖通过了公认安全(Generally Recognized as Safe,GRAS)认证,可以应用于烘焙食品、饮料、谷物及谷物制品、乳制品替代品、乳及乳制品、植物蛋白制品等食品;欧盟于2011年批准酵母β-葡聚糖为新食品原料,可用于谷物棒、早餐麦片、乳制品、饼干等多种产品中;我国于2010年将酵母β-葡聚糖列为新资源原料,随后又批准其为营养强化剂,其应用范围持续拓展。然而,目前有较少的研究综述酵母葡聚糖在食品中的应用研究进展。
本文综述旨在探讨酵母β-葡聚糖的提取、纯化技术,以及其在食品工业中的多样化应用和作为功能性食品成分的潜力。通过对现有研究的总结和分析,以期为进一步研究和开发利用酵母葡聚糖提供参考,进而推动酵母葡聚糖产业的发展。
1 葡聚糖的提取
提取方法对β-葡聚糖的产率、纯度和结构特征有显著影响。这些差异可能主要源于提取及后续纯化条件对β-葡聚糖溶出程度、聚集状态和分子链解聚程度的影响[25]。因此,提取方法应保持β-葡聚糖分子的完整性,同时最大限度地提高产量和纯度,以评估分离的β-葡聚糖的结构和功能特性。目前,已经开发和优化了许多提取方法,以提高β-葡聚糖的提取率和纯度。目前,用于提取β-葡聚糖的方法主要有热水法、碱法、酸法和酶法以及微波和超声波辅助提取(表1)。
表1 酵母β-葡聚糖提取方法比较
Table 1 Comparison of extraction methods for yeast β-glucan
提取方法优点缺点适用范围影响因素热水提取操作简便,绿色环保提取效率低,结构易降解实验室预处理温度、时间碱提取提取率高,效率快易降解结构,化学残留风险工业规模提取碱浓度、时间酸提取操作温和,不易破坏结构提取率较低,酸腐蚀设备酶前处理pH、时间酶法提取高效,结构保持完整成本高,适合小规模高品质产品开发酶种类、温度超声波辅助提取提取率高,时间短超声波功率高,易破坏结构酶法或水提辅助功率、时间微波辅助提取节能高效,提取率高易焦化,成本略高多糖工业化制备微波时间、温度亚临界液体萃取溶解力强,绿色环保设备要求高高纯多糖制备温度、压力低共熔溶剂提取高选择性,温和环保方法新,稳定性待评估特殊功能成分溶剂配比、萃取时间
1.1 热水提取
基于热水的提取是一种被广泛应用的技术,用于从各种植物中获取多糖。该过程涉及将原料研磨成细粉,然后将其与水混合,将混合物加热到50～60 ℃,随后,通过过滤去除不溶性成分,并通过蒸发浓缩β-葡聚糖,因此水提取过程的温度和时间对β-葡聚糖回收率起着关键作用[26]。其基本原理是,升温能够增强水分子的热运动,并促进高极性的水分子渗入植物组织和细胞壁,使组织吸水膨胀,同时提高细胞壁及细胞膜的通透性。因此,水可以渗透到细胞壁并进入细胞质,溶解多糖并促使其扩散到细胞外溶剂中[27]。这种提取方法被认为是一种“绿色技术”,因为它不涉及使用化学品或溶剂。Climova等[28]使用热水提取法从燕麦麸皮中提取β-葡聚糖,发现与酶法、酸法和碱法获得的β-葡聚糖相比,热水提取法的β-葡聚糖得率最高。Jantason等[29]研究了热水提取温度(45～90 ℃)和时间(30～120 min)对β-葡聚糖提取效率的影响,发现在温度和时间分别为60 ℃和90 min时,β-葡聚糖浓度和产量最高。Pérez-Bassart等[30]将原料置于沸腾温度下7 h,每小时在涡旋混合器上搅拌,样品离心后冷冻干燥获得β-葡聚糖。然而,热水提取也有一定的缺点,提取效率低下导致产量降低,较高的温度和较长的提取时间也可能会导致葡聚糖结构的破坏,从而阻碍其完全提取。
1.2 碱提取
化学辅助提取已被证明可有效提高从各种植物属中提取多糖的效率,研究发现采用碱性溶剂可以有效破坏多糖与蛋白质、脂质及其他细胞壁组分之间的相互作用,从而有效提高提取和分离效率。然而,碱提具有损害β-葡聚糖结构完整性和生物活性的潜在缺点,且通常比水萃取更昂贵,需要使用无机化学品,KOH或NaOH。碱提过程中,通常将原料与碱性溶液混合并持续搅拌一定时间,随后通过过滤除去不溶性残渣,再对提取液进行浓缩,以获得富含β-葡聚糖的提取物。与水提取方法相比,改良的酸碱提取方法具有更高的β-葡聚糖生物学功效。Mahmoud Amer等[31]采用改良的酸碱法从酿酒酵母中提取β-葡聚糖,发现与水提取法相比,改良酸碱提取法提取得到的β-葡聚糖具有更好的生物活性。Fazio等[32]采用碱提取的方法从意大利枣中提取β-葡聚糖,并评估了3个不同的采收期红枣中提取的β-葡聚糖对伤口愈合的影响。Li等[33]采用正交试验设计对碱提取进行了优化,并开发了一种从香菇中获得β-葡聚糖的简洁方法。Meng等[34]通过稀NaOH低温分离得到一种高产率(59%)、纯度高、葡聚糖含量98.8%的水不溶性葡聚糖。和热水提取相比,碱提取可以显著提高葡聚糖的提取效率,但是可能会分解多糖分子中的糖苷键,导致水解或者剥离反应,最终降低产量。
1.3 酸提取
酸提取是利用酸液对酵母细胞壁进行水解,通过降低pH值使细胞壁结构松散并促进β-葡聚糖释放。常用酸包括盐酸、硫酸及部分有机酸等;在50～60 ℃条件下进行酸水解,可去除蛋白质与部分杂质,但过强酸度或过长处理时间可能导致β-葡聚糖主链断裂、分子质量下降,从而影响其功能特性。Szwengiel等[35]利用酸提取的方法从平菇中提取β-葡聚糖,在优化的条件(30 ℃,38 g/L HCl溶液,搅拌300 min)下,该方法可在提取β-葡聚糖的同时去除蛋白质杂质,且酸提取产率约为热水提取的7倍。
1.4 酶法提取
在提取技术中,酶辅助提取被认为较为温和高效,可缩短提取时间、降低溶剂用量,并通过选择性降解与β-葡聚糖共存的淀粉、蛋白质等基质成分来促进细胞壁破裂与多糖溶出,从而在尽量保持β-葡聚糖主链结构的前提下提高产量[25]。Kim等[36]通过水酶法从灵芝中提取β-葡聚糖,发现酶的加入可以提高提取效率。Karimi等[37]比较了不同酶制剂对大麦麸皮β-葡聚糖提取的影响,结果表明采用α-淀粉酶、蛋白酶与木聚糖酶的分步纯化程序可在4 h内有效去除淀粉、蛋白质与戊聚糖,提高β-葡聚糖含量与纯度。Immerstrand等[38]发现用热稳定的α-淀粉酶对燕麦麸皮进行热水萃取β-葡聚糖提取率约为76%,并保持较高的分子质量峰值(1.6×106)。此外,Li等[39]通过增强内源性木聚糖酶表达并结合两步酶解策略,实现对燕麦麸皮中木聚糖/淀粉和蛋白质的分级去除,得到纯度为85.1%的β-葡聚糖。需要指出的是,酶法提取成本相对较高且工艺控制要求较严,仍以实验室与中试规模应用为主;近年来,出现了超声波辅助萃取和微波辅助萃取等替代方法,用于从各种谷物中提取高质量的β-葡聚糖。
1.5 超声波辅助提取
超声波辅助提取可以借助超声波能量产生空化效应,促进细胞壁的破坏和氢键的断裂,促进多糖扩散到溶剂中,并增加细胞壁的尺寸,促进细胞产物的外流,从而提高葡聚糖的提取率。与常规提取工艺相比,有提取效率高、减少溶剂消耗、获得的多糖生物活性强等优点。Ismail等[40]通过超声波辅助酶法从酿酒酵母中提取β-葡聚糖,结果表明,和与自溶和酶解处理相比,超声波辅助酶解处理的酵母提取物的可溶性总固体和干重更高。在超声波辅助酶解参数为0.1%(质量分数)碱性蛋白酶,超声波功率设置为50%,脉冲占空比为80%并处理30 min的条件下,从酵母提取物中总共获得了9.62%(质量分数)的β-葡聚糖。基于超声波的提取技术具有无需加热、提取时间较短以及保持生物活性成分的生理活性等优点。此外,超声波处理还能克服极性和分子质量大小带来的限制,从而减少时间和能源消耗,并避免高温对生物活性成分的干扰。但该法也存在一定的缺陷,过度的超声波处理会破坏糖链和提取多糖结构的完整性,从而降低提取的产率。
1.6 微波辅助提取
近年来,微波辅助提取已被广泛用于多糖的提取。通常,微波是非电离辐射,通过离子迁移和偶极子旋转诱导分子运动,从而产生热量。这个过程促进细胞破裂,使细胞内容物溢出并扩散到溶剂中。可以使用基于微波的反应器和合适的溶剂从植物中有效地提取生物活性多糖。该技术的优点包括萃取快速、减少溶剂使用、萃取温度低、易于分离和高效率。Özen等[41]使用微波辅助加压CO2/H2O(MW-PCO2)提取技术从去壳大麦中提取β-葡聚糖,使用响应面法和Box-Behnken设计优化MW-PCO2提取条件,确定最佳提取条件为47.74 ℃、19.92 min、水与大麦粉的质量比为10.10∶1,此时β-葡聚糖得率为62.43%。将MW-PCO2提取与传统水提取进行了比较,发现MW-PCO2萃取使用更少的溶剂,可以在更短的时间内获得更高的β-葡聚糖产量和纯度、分子质量和持水能力。Liu等[42]采用4种提取方法,包括超声波提取、热水提取、微波提取和微波辅助超声波提取从青稞麸皮中提取β-葡聚糖,发现微波辅助超声波提取在较短的提取时间内提取率最高。Smiderle等[43]使用水作为萃取溶剂,提取物的总碳水化合物含量和多糖产量作为因变量,温度和提取时间作为自变量,通过响应面优化比较了微波辅助萃取和加压液体萃取从平菇和灵芝子实体中提取β-葡聚糖的效率,发现2种提取系统均能有效地提取多糖。与传统的热水提取相比,微波辅助提取缩短了提取时间,从而防止了因长时间暴露在高温中引起的多糖降解,并避免了焦糖化和变色等不良反应。提取的多糖在保持优良品质和完整结构的同时,提取效率得到提高,溶剂消耗也有所减少,增强了微波萃取的经济效益。
1.7 亚临界液体萃取
亚临界水是指在高压(>4 MPa),高于其沸点(100 ℃)和低于其临界温度(374 ℃)的温度下处于液态的水。亚临界水萃取是一种以亚临界水为溶剂的萃取技术。在这种条件下,水的氢键被破坏,从而改变其物理和化学性质,包括扩散率、介电常数、黏度、密度和表面张力,这可以增加各化合物的溶解度[44]。亚临界水萃取是一种基于环保溶剂的绿色技术,同时还具有提取时间短、选择性高和成本效益高等优点,已被广泛用于从不同的植物基质中提取植物化学物质。Machmudah等[45]采用亚临界水作为提取介质从灵芝和大麦籽粒中提取β-葡聚糖,研究发现当在萃取系统中引入CO2作为催化剂时,在相同的萃取条件下,收集的溶液产物中β-葡聚糖的含量明显增加。Yoo等[46]采用亚临界水萃取从燕麦中萃取β-葡聚糖,在萃取温度200 ℃,溶剂pH 4.0,萃取时间10 min,粒径425～850 μm的最佳条件下,提取量为(6.98±1.17) g/100 g燕麦粉,比在60 ℃热水下提取3 h的提取量高出2倍以上。
1.8 其他方法
此外还有一些新的方法,如低共熔溶剂提取、发酵、加入玻璃珠等,已被应用到β-葡聚糖的提取。Wang等[47]比较了6种合成低共熔溶剂对啤酒酵母中β-葡聚糖的提取效率,发现使用氯化胆碱和乳酸组成的低共熔溶剂可提高不溶性β-葡聚糖的提取效率和纯度。且低共熔溶剂方法分离的葡聚糖分子质量为1.0～1.6 kDa,明显低于传统碱醇分离方法得到的分子质量范围(39.8～656 kDa)。Ma等[48]通过混合菌株共发酵方法来提高藜麦β-葡聚糖的产量,研究以高活性干酵母和嗜热链球菌作为发酵菌种,两者的质量比为1∶1,藜麦与发酵液的固液比1∶12(g∶mL),接种量3.8%(质量分数),32 ℃发酵27 h,β-葡聚糖产量最高,达到(11.13±0.80)%,与热水提取的藜麦β-葡聚糖相比,产量显著提高了100.18%。Avramia等[49]通过在啤酒酵母中加入玻璃珠加速细胞裂解来提高β-葡聚糖的提取效率,在细胞悬液质量分数为5%,酵母∶玻璃珠比例为1∶2(g∶mL),涡旋循环3次时,破坏效率为99.8%,β-葡聚糖产率为78.53%。
2 葡聚糖的纯化
从植物或微生物中提取β-葡聚糖时,蛋白质、脂质及其他组分常被同时提取,导致粗提物组成复杂,并影响β-葡聚糖的结构表征、功能特性及应用稳定性。因此,通常需采用乙醇沉淀、脱蛋白、透析或分子分级等方法去除杂质,以提高样品纯度和结构均一性。以酵母β-葡聚糖为例,其制备一般包括细胞壁预处理、粗多糖提取和后续纯化等步骤。预处理可采用机械破碎、酶解或化学处理,随后通过热水法、碱法或酶法提取β-葡聚糖,其中碱法因提取效率较高、工艺相对简便而被广泛应用。提取得到的粗多糖溶液中常含有蛋白质、核酸等杂质,因此需进一步脱杂纯化,例如采用三氯乙酸(trichloroacetic acid,TCA)沉淀法去除蛋白,或Sevag法分离核酸等。粗纯化后,可通过乙醇将β-葡聚糖主组分沉淀析出,再辅以超滤、透析及凝胶色谱(如Sephadex G-100)等精细分离手段,获得结构均一、纯度较高的目标产物。整个流程不仅强调对β-葡聚糖结构与活性的保护,也需在提取效率、环境友好性与工艺可行性之间取得平衡,以实现其在功能性产品中的高值利用(表2)。
表2 酵母β-葡聚糖常用纯化方法比较
Table 2 Comparison of common purification methods for yeast β-glucan
方法名称主要原理优点缺点适用阶段TCA沉淀蛋白质在低温下被TCA变性沉淀操作简单,快速有效易造成多糖部分损失,pH调节需谨慎脱蛋白(初级纯化)Sevag法氯仿/正丁醇混合物去除蛋白与核酸脱杂彻底,对多糖结构破坏较小操作较繁琐,有机溶剂需妥善处理脱蛋白/去核酸乙醇沉淀多糖在一定浓度乙醇中聚集沉淀成本低,适合大规模操作选择性较差,需配合其他纯化方法粗纯化/中间富集透析利用半透膜排除低分子杂质和盐分操作温和,保持多糖结构耗时长,效率较低,需更换水多次中间纯化/脱盐凝胶过滤色谱按分子大小分离纯化多糖(如Sephadex G系列)分辨率高,可获得结构均一的产物成本高,适合小规模精制精细纯化/结构鉴定前超滤按分子质量截留不同组分操作方便,适合连续化处理截留精度有限,滤膜易污染中间纯化/浓缩酶法去杂特异性酶降解非目标杂质(如蛋白酶、核酸酶)专一性高,对β-葡聚糖保护性好成本高,需控制酶解条件脱蛋白/脱核酸
2.1 凝胶柱色谱
凝胶过滤色谱法(又称尺寸排阻色谱法)是一种依据多糖分子在凝胶孔隙中的渗透程度差异,按其水动力体积或分子尺寸进行分离和纯化的方法。Notario等[50]通过DEAE-Sephadex A-50吸附和Sephadex G-50、G-100和G-200、过滤-凝胶P-10和伴刀豆球蛋白A-琼脂糖4B柱过滤等程序,分离并纯化了产朊假丝酵母无细胞提取物中存在的β-葡聚糖。Liu等[51]通过色谱法从灵芝孢子水提取物获取的多糖组分中纯化出新型β-D-葡聚糖。Wang等[52]从破碎的细胞壁灵芝孢子的水提取物分离出水溶性β-葡聚糖并通过阴离子交换和凝胶渗透色谱法进行纯化。
2.2 溶剂沉淀
β-葡聚糖的纯化通常需要使用合适的溶剂来诱导沉淀,乙醇因其与水的混溶性而成为主要选择。该沉淀过程分2个连续步骤:首先,β-葡聚糖在溶剂中初始溶解,由于溶剂的非极性性质而聚集和沉淀β-葡聚糖分子;随后采用离心或过滤从溶液中分离沉淀物。Pérez-Bassart等[30]为了获得高纯度的β-葡聚糖,采用乙醇沉淀了蘑菇水萃取物。Yuan等[53]通过乙醇沉淀纯化大麦中β-葡聚糖。Laitinen等[54]采用酶法从燕麦中提取β-葡聚糖,然后收集上清液,用96%(体积分数)乙醇沉淀β-葡聚糖。在恒定磁力搅拌下滴加乙醇,直到溶液体积为原始体积的2.5倍,然后在5 ℃下静置过夜。收集沉淀物并用2倍体积的无水乙醇洗涤4次,离心(2 000×g,2 min)。最后,将沉淀悬浮在无水乙醇中,混合成糊状,并在60 ℃下干燥过夜,得到纯化的β-葡聚糖。
2.3 超滤
在各种纯化技术中,膜分离因其操作简单、能耗低和可扩展性而脱颖而出,使其成为工业应用的理想选择。近年来,这种方法越来越多地用于分离和纯化功能性低聚糖。Benito-Rom
n等[55]通过超滤纯化大麦中的β-葡聚糖,发现超滤可以提高大麦中β-葡聚糖的纯度。王谦等[56]以膜通量为指标,采用单因素和正交试验,对青稞β-葡聚糖进行超滤处理,分析超滤过程中操作压力、温度和料液流速对膜通量的影响,研究发现,在操作压力0.12 MPa、温度45 ℃、料液流速20 mL/s时超滤膜通量可达38.5 L/(m2·h),β-葡聚糖截留率达到99.2%,研究结果表明超滤处理可应用于青稞β-葡聚糖纯化。
2.4 透析
透析作为一种替代纯化技术出现,根据大小分离分子。在采用透析纯化β-葡聚糖时需要将溶液穿过半透膜,该膜可以选择性地允许小分子和水通过,同时阻碍β-葡聚糖[25]。Fazio等[32]采用碱提从意大利枣中提取葡聚糖,然后通过透析纯化分离β-葡聚糖。
3 食品应用
酵母葡聚糖因其优异的健康益处和良好的加工适应性,在食品工业的众多领域都展现出极具潜力的应用前景。由于它具有吸水溶胀能力,溶于水后能形成高黏度的溶液,作为乳化剂、增稠剂、泡沫剂、稳定剂和胶凝剂,广泛应用烘焙食品、饮料、肉类等各类食品。此外,酵母葡聚糖还具有降血脂、降血糖、抗氧化和抗炎等功能特性,使其成为功能食品加工的理想原料。以下将详细介绍酵母葡聚糖在各类食品中的具体应用进展(总结见表3)。
表3 不同食品行业对酵母β-葡聚糖的应用需求与表现
Table 3 Application requirements and performance of yeast β-glucan in different food categories
应用领域目标功能β-葡聚糖需求特性应用效果烘焙制品改善质构、延缓老化、替代脂肪高分子质量、高黏度改善比容、延长货架期、控制血糖生成指数乳制品与饮料增稠、稳定、风味改善易溶解、中等分子质量、良好乳化性缩短发酵时间、改善口感、增强营养特性肉类制品增强持水性、改善质构、脂肪替代良好乳化性、高保水性增强弹性、减少脂肪含量、提高蛋白交联功能性食品降血糖、降脂、抗炎、调免疫高纯度、结构完整、功能保留调节血糖、抗氧化、作为益生元改善肠道微生态
3.1 烘焙制品
烘焙制品以其多样化的口感受到人们的喜爱。酵母β-葡聚糖除可作为膳食纤维强化剂外,还可作为脂肪替代物用于蛋糕、面包等食品中,并通过提高胃肠道内容物的黏度、降低葡萄糖与脂质扩散等途径来控制血糖和血脂水平。在面团中添加酵母β-葡聚糖可改善面包冷藏品质并延缓老化[57];在酸面团中添加酵母β-葡聚糖亦可提升面包品质、增加纤维含量并改变香气特征[58]。Perez-Quirce等[59]在无麸质面包中添加酵母β-葡聚糖后,面包比容增加、硬度降低,同时延长了货架期。进一步地,Bacha等[60]指出,添加质量分数为2%的酵母β-葡聚糖可改善饼干的质地并提高总体接受度,且2%与4%添加量均可将过氧化值保持在可接受的范围内。酵母β-葡聚糖的添加还可减缓面包中葡萄糖的释放速率,从而降低餐后血糖快速上升的风险[15]。Rieder等[61]认为,酵母β-葡聚糖较高的持水性与增稠/成胶能力,使其非常适合用于烘焙体系,有助于提升产品品质并赋予功能性。
3.2 乳制品及饮料制品
酵母β-葡聚糖作为增稠剂和稳定剂在乳制品中逐渐被广泛应用[4]。Raikos等[62]将废弃啤酒酵母来源的β-葡聚糖粉(Yestimun®)用于脱脂酸奶体系,添加量为0.2%～0.8%时(质量分数),其可促进凝胶网络形成并缩短发酵时间,同时改善质构与感官属性。Mejri等[63]探讨了将废弃啤酒酵母β-葡聚糖作为乳脂替代物用于非脂/低脂酸奶配方的可行性。Piotrowska等[64]指出,β-葡聚糖可显著提升酸奶稠度与顺滑度,并提高结构稳定性;在低脂酸奶中其作为增稠剂可使发酵时间缩短约25%,这可能与β-葡聚糖在酸奶基质中形成小簇结构有关。Al-Sahlany等[65]进一步表明,添加质量分数0.1%与0.5%酵母β-葡聚糖的生物酸奶具有良好的感官可接受性,并有助于提升产品的质构与功能特性。总的来说,酵母β-葡聚糖在乳制品中的应用仍需在作用机制、风味影响与工艺适配方面进一步优化,以开发出更营养健康的乳制品。
3.3 肉类制品
酵母β-葡聚糖在肉类制品中的应用主要集中在改善肉制品的品质和功能特性方面。研究表明,将酵母β-葡聚糖添加到肉制品中可提高保水性、乳化稳定性并调控质构。Zhang等[66]发现添加质量分数2%的酵母β-葡聚糖可显著提高鲢鱼鱼糜凝胶的持水能力、硬度、弹性、咀嚼性与凝胶强度;其机理可能与β-葡聚糖与鱼糜蛋白竞争水分、提高有效蛋白浓度并促进凝胶网络形成有关,而过量添加则可能阻碍蛋白交联并削弱网络连续性。Xu等[67]进一步证实,酵母β-葡聚糖的引入可改善肌球蛋白凝胶的微观结构与质构性能。在乳化体系方面,Santipanichwong等[68]将酵母β-葡聚糖应用于蛋黄酱脂肪替代,发现随着替代量的增加,产品颜色与黏弹性降低,但弹性与内聚性的变化相对有限。Zhong等[69]报道,添加酵母β-葡聚糖可降低香肠脂肪含量并在一定程度上维持其质构特性。总体来看,酵母β-葡聚糖在肉制品中的研究仍以少数品类为主,后续可拓展至不同肉源与加工方式,并结合微观作用机制解析,以促进其更广泛地应用。
3.4 功能性食品
随着消费者对健康管理意识的增强以及对免疫健康相关营养产品需求的提升,酵母β-葡聚糖在功能食品中的应用受到关注。Zeng等[70]在全麦面包中添加酵母β-葡聚糖,使可溶性膳食纤维含量提高至5%以上,其有助于降低淀粉消化速率与餐后血糖反应。Waszkiewicz-Robak等[14]指出,酵母β-葡聚糖具有降低胆固醇、增强机体免疫力等潜在健康效应,可作为功能性配料用于日常膳食干预。Caruso等[24]表明,废弃啤酒酵母来源的β-葡聚糖可作为功能性食品级添加剂,并展现一定生物活性与应用潜力。总体而言,现阶段研究更多集中在配方与工艺可行性验证,未来仍需在作用靶点、剂量-效应关系以及不同食品基质中结构-功能稳定性等方面开展更系统的研究,以支撑功能食品产品化与法规合规。
4 结论与展望
本文围绕酵母β-葡聚糖,系统阐述了其提取和纯化方法,并综述其在食品工业的应用现状,为酵母β-葡聚糖的进一步开发奠定了理论基础。目前,针对酵母β-葡聚糖的提取和纯化已经开展了大量研究,然而如何更好地控制产品质量一致性,提高产品的质量和产量,仍需要进一步优化现有方法或探索新的技术手段。此外,尽管已经有一些酵母β-葡聚糖在食品工业中应用的相关研究,但对于不同应用场景下的最佳使用剂量及条件的研究尚不充分,限制了其在食品工业中应用的精准性和高效性,无法充分发挥其潜在的功能价值。最后,未来研究应该重点加强酵母β-葡聚糖与其他成分协同作用机制的研究,开发更多具有创新性的食品产品。全面研究其在不同食品加工条件下的稳定性和功能保持性,确保其在实际生产和消费过程中能持续发挥作用。同时,还需要开展更全面的安全性评估,确保其在食品工业中的长期、安全应用。
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