¿Qué es?

Glucan is a polymer of dextrorotatory pyranose with elmolecular formula (C6H10O5)n. The backbone is formed by glucosidic bonds between elcarbon 1, 2, 3, 4 and 6 of adjacent glucose residues, with two structural forms: α and β positions [1]. β-Glucan is named after its β-1,3 glycosidic bond [2]. In addition to the basic structural characteristics of a main chain and branches, β-glucan also has a higher-level structure with spiral characteristics. High molecular weight β-1,3-glucan mainly exists in the form of two advanced structures: 1-helix and 3-helix. It also exists in the form of random loops composed of low molecular weight or charged molecules [3].

El − -glucan se encuentra ampliamente en plantas y microorganismos, y es un componente importante de las paredes celulares. Existe en varias formas debido a las diferencias en el peso molecular y el grado de rami[4], como se muestra en la tabla 1.

Las células de Langerhans, que se distribuyen en la capa espinde la epidery entre las células de la capa basal, pueden capturar y procesar antígenos que han invadila piel y transmitilos a las células T, lo que puede hacer que las células T específicas proliforen y se activen.− -1,3-d-glucanPuede unirse específicamente a las células de Langerhans, causando una serie de respuestas inmun, que a su vez producen citocinas como el El factorestimulante de colonias de granulocitemacrófagos (factor estimulante de colonias, GM-CSF), el factor de crecimiento epidérmico (EGF), el factor de crecimiento fibroblástico (FGF) y el factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF) y otras citocinas [9].

GM-CSF puede estimular la diferenciación celular y mejorar la función de las células maduras; Un aumento de EGF no sólo puede activar la activación y la expresión de algunos genes funcionales importantes en las células, aumentar la producción de colágeno y elastina, mejorando así el problema de las arrugas causadas por el envejecimiento de la piel, y también estimular la proliferación y la migración de varias células para acelerar el recambio de la epidermis; FGF puede promover la proliferación de células musculares lisas y la formación de nuevos vasos sanguíneos para reparar la piel dañada; VEGF está involucrado en el mantenimiento de la estructura normal de los vasos sanguíneos y la regulación de la angiogénesis fisiológica y patológica [10].

Además, la administración de dextrangranular puede mejorar la actividad hematopoyética de las células sanguíneas, incluyendo la producción de granuloci, leucoleucomononuy glóbulos rojos, lo que conduce a la recuperación de dosis casi letde radiación [11], que es una función prometey notable. La desventaja del beta-glucano es que puede causar inflamación de las vías respiratorias, desencaden alergias y estar asociado con el síndrome de fiebre del heno [4].

1 propiedades físicas y químicas del beta-glucano de la avena

Oat − -glucan is a high-molecular, unbranched, linear mucopolysaccharide formed by β-(1,3) and β-(1,4) glycosidic bonds linking β-D-glucose units, with about 70% β-(1,4) bonds and 30% β-(1,3) bonds [12].

Aunque el mecanismo del − -glucan aún no es completamente entendido, es generalmente aceptado que la viscoy solubilidad juegan un papel decisivo en su efecto de absorción cutánea, que a su vez afecta el rendimiento de varias funciones fisiológicas. Además de la estructura molecular y la concentración, la viscode OAT − -glucan está determinada en gran medida por el peso molecular y la forma molecular [13]. La viscode una solución de OAT − -glucan disminuye gradualmente con el aumento de la velocidad de corte; Es proporcional al peso molecular e inversamente proporcional a la temperatura de la solución. Comparado con una solución neutra, un ambiente débilmente ácido o alcalino puede causar que la viscode una solución de − -glucan disminu. A medida que su concentración aumenta y su peso molecular aumenta, el comportamiento viscodel fluido disminuye y el comportamiento elástico aumenta. A medida que la temperatura del fluido aumenta, la viscoy elasde los fluidos de OAT − -glucan se debiligradualmente [14].

Los estudios han demostrado que la solubilidad en agua (que es la mayoría) y la solubilidad no acuosa de − -glucan se ven afectadas principalmente por el contenido y el grado de polimeride de los enlaces glicosídicos − -(1,3) en su estructura. La relación del contenido de enlaces glicosídicos − -(1,3) a enlaces glicosídicos − -(1,4) en enlaces hidrosolusolubles − -glucanos es 1:2.5 a 1:2.6, mientras que la relación correspondiente en no-soluen agua − -glucanos es 1:4.2 [15].

Como se muestra en la figura 1, tanto el beta-glucano de avena como el beta-glucano de levadura son polisacáridos de glucosa con enlaces -1,3-glucosídicos como la cadena principal, pero la cadena lateral del beta-glucano de avena es enlace -1,4-glucosídico, mientras que la cadena lateral del beta-glucano de levadura es enlace -1,6-glucosídico. Peterson et al. encontraron que la relación de − -(1,3) a − -(1,4) enlaces glicosídicos en OAT − -glucano es (1:2.1-1:2.4), mientras que las relaciones en cebada, centeno y trigo: 1: 2.8-1:3.3, 1: 3.0-1:3.2, y trigo: 1: 3.0-1:3.8, respectivamente [16]. Por lo tanto, está claro que la avena − -glucan tiene una solubilidad en agua más fuerte que la levadura − -glucan, que tiene la mayor cuota de mercado, y otros granos.

Actualmente, elβ-glucan powder used in cosmetics is mostly insoluble yeast β-glucan solid particles (D=0.2 μm), usually with sorbitol as an effective suspending agent, and is generally used for wound healing. Carboxymethylation of yeast β-glucan can improve the water solubility of the product, making it suitable for use in modern functional cosmetic formulations. However, it also affects the 3-D structure and biological function of the molecule: when the degree of substitution of carboxymethylation exceeds 75%, the biological function begins to be lost; complete substitution of the β-glucan molecule leads to a complete loss of its biological efficacy [9]. From this perspective, the development of oat β-glucan is of great significance for the application of β-glucan in cosmetics.

Las soluciones de Oat − -glucano en el rango de concentración por debajo del 1% muestran una buena homogeneiy propiedades de fluido visco, y es un fluido newtoniideal. Cuando la concentración alcanza el 2%, el − -glucan muestra cierta heterogeneiy viscoelas[17]. Cuando la concentración alcanza los 2 g/L o más, tiene las características de un fluido pseudoplástico, es decir, el valor de viscoaparente disminuye con el aumento de la velocidad de cizalla, sentando las bases para su uso como espesante y estabilizador [12].

En segundo lugar, el OAT − -glucan es relativamente estable al calor, ácidos y álcalis, y se ha utilizado en la industria alimentaria como un buen emulsionante, espesante y estabilizador. Incluso ha sido añadido a productos cárnicos para mejorar la textura debido a sus buenas propiedades de retención de agua y aceite [18]. Además, OAT − -glucan tiene una fuerte capacidad de adsorción de moléculas pequeñas, que pueden competir con las proteínas. Se combina con polifenoles a través de enlaces de hidrógeno e interacciones hidrofóbic, etc., para formar un complejo polisacárido-polifenol que puede proporcionar al cuerpo una capacidad antioxidante más duradera [19]. Mark Redmond y Ravi Pillai, Joachim Roding, etc., utilizaron experimentos de seguimiento de fluorescde colorantes de modelos de piel humana para encontrar que las moléculas de OAT − -glucan pueden pasar a través del espacio intercelular y tienen una penetración obvia de la epidermis. Estas características también indican que la aplicación de OAT − -glucano tiene amplias perspectivas.

2 factores que influyen en el efecto de extracción y las características de OAT → -glucan

Las diferentes calidades de avena, el entorno en el que crece la avena, los procesos de elaboración y extracción, estos cuatro factores tienen un impacto diferente en el contenido yPropiedades fisicoquímicas de OAT − -glucan.

2.1 diferencias entre variedades de avena

Los estudios han demostrado que el contenido de glucano de diferentes especies de avena varía mucho, con el contenido de avena desnu(A. nuda, avena desnude de grano grande, también conocida como avena groats) más alto que el de la avena de cáscara (Sativa, comúnmente cultivada avena, comúnmente conocida como avena). La relación del soluble − -glucano al contenido total también muestra diferencias significativas de especies, con las especies de avena de piel teniendo valores más altos que las especies de avena desnuen en todo momento [20]. El contenido de − -glucano de diferentes variedades de avena varía de 3.14% a 7.43%, con una diferencia máxima de 4.29% [21]. Zhang Haifang et al. usaron el método de espectrofotometría rojo del Congo para determinar el contenido de − -glucan de 16 variedades diferentes de granos de avena cultivados en Wuchuan y Zhaoshan, Mongolia interior. Entre ellos, había 7 variedades con un contenido de -glucan por encima del 6,0% : Yanke 1 (desnudo) > Wuchuan small OAT (desnudo) > Paul (desnudo) > Daoyan (casco) > Baiyan 7 (casco) > Zhaoshi Mountain Daoyan (desnudo) > Youmai 4400 (desnudo). Estas variedades pueden ser utilizadas como base para el cultivo de avena de alto -glucano [22]. Además, la localización del OAT − -glucano varía entre variedades: en variedades con bajo contenido, se localiza principalmente en la capa de aleurona y subaleurona, mientras que en variedades con alto contenido, también se distribuye en altas concentraciones en el endosperma [23]. El salvado de avena es un subproducto del proceso de procesamiento de harina de avena, y se compone principalmente de la capa más externa de avena con cáscara y algo de endospermo. Los estudios han demostrado que el contenido de -glucano del salvado de avena después del procesamiento es de 6,6 a 11,3%, y en la harina de avena pelada es de 3,0 a 5,4% [24], por lo que a menudo se extrae de salvado de avena.

2.2 ambiente de cultivo de avena

El contenido de − -glucan de la misma especie de avena cultivada en diferentes años y regiones varía mucho, lo que indica que los factores ambientales como la lluvia, la temperatura y la calidad del suelo tienen un impacto significativo en la formación y acumulación de OAT − -glucan. La temperatura durante la madurez del grano es relativamente alta, y el contenido de − -glucano de los granos también es mayor. La escasez de precipitaciones, la sequía o el estrés hídrico también pueden conducir a un aumento en la acumulación de − -glucan en el grano. Por el contrario, en áreas con un clima temply alta precipitación, el contenido de − glucan es a menudo bajo [25]. Yi Ying et al. estudiaron el contenido de -glucan de cuatro genotipos de avena, Damou No. 1, Damou No. 2, Damou No. 3 y Damou No. 10, en Shenyang, Tai'an y los cuatro sitios experimentales en el área de Dashang, el lugar de introducción, el contenido de − -glucan y su relación con factores meteorológicos. Los resultados mostraron que las temperaturas más altas durante el crecimiento y el desarrollo no son propicias para la acumulación de contenido de − -glucan, mientras que las horas más largas de sol son propipara un aumento en el contenido de − -glucan, lo que indica que la avena producida en áreas con temperaturas bajas y sol fuerte tienen mayor contenido de − -glucan [26].

2.3 efecto de la transformación

Estudios han encontrado que diferentes técnicas de procesamiento pueden causar cambios en el contenido de − -glucan y varias propiedades fisicoquímicas de la avena, incluyendo visco, fluidez, peso molecular y estructura química. Un estudio realizado por Liu Wensheng et al. [27] mostró que después del tostado infrarrojo de granos de avena, el contenido de − -glucano en la harina de avena no cambió significativamente; Sin embargo, después de ser salteado y cocido al vapor, fue 0,76% más alto que el grupo de control en promedio. El tostado, la cocción al vapor y la cocción por infrarrojos reducen la temperatura de gelatinización de la harina de avena y aumentan la viscopico, la viscofinal y la viscode mezcla.

Después de hornear, la tasa de extracción de − -glucan de la harina de avena aumenta, y la relación de trímeros y temeros en el − -glucan extraído también aumenta [28]. Mientras que la proporción de alto peso molecular (MW > 1 − 106) − glucan disminuyó, la proporción de bajo peso molecular aumentó, y el − -glucan con un peso molecular entre 1 − 106 y 2 − 106 disminuyó en casi un 50% [29].

Las altas temperaturas, presión y fuerzas de corte durante la extrupueden causar la ruptura de enlaces intermoleculares, fragmentación molecular y cambios en la polaridad molecular, que a su vez conduce a que el − -glucan en el producto sea más propenso a agreg. La temperatura de gelación, la solubilidad, el grado de hinchazón, la viscoaparente y el coeficiente de consistencia aumentan, mientras que el índice de comportamiento del flujo disminuye [30].

Después de la homogenei, especialmente la homogeneia alta presión, la escisión mecánica de − -glucan aumenta su estabilidad de almacenamiento estructural, que a su vez conduce a un aumento en la solubilidad. Después de la homogenei, la viscode la solución disminuye significativamente, y las propiedades del fluido cambian de dilución por cizallamiento a fluidez newtoniana [32].

Durante el proceso de oxid, − -glucan se degrada y su viscodisminuye. La oxidde − -glucan aumenta el número de grupos carbonilo y carboxilo, lo que cambia la capacidad de hinchazón de la molécula y mejora su capacidad para unirse a los ácidos biliares [33]. Durante la germinación, el contenido total de − -glucano en la avena tiende a disminuir significativamente. La molienda no tiene ningún efecto sobre la estructura de − -glucan, pero sí afecta el peso molecular de − -glucan en la avena, que a su vez conduce a diferencias en la visco[34]. Los hongos comestibles como Ganoderma lucidum y Agaricus blazei Murill tienen un fuerte efecto degradante en OAT − -glucan [35].

2.4 efecto de las condiciones del proceso de extracción

Pan Yan et al. [36] optimila extracción de OAT → -glucan por el método de extracción de agua, y concluyó que las condiciones óptimas para la extracción de OAT → -glucan por el método de extracción de agua son: pH 12, relación líqui-material de 25 mL/g, temperatura de 40 β C, el tiempo de operación fue de 4 h. Qiao Youming [13] y otros utilizaron cromatode gel para analizar el peso molecular de OAT → -glucan extraído por extracción de agua con diferentes factores de extracción. Se encontró que la distribución de masa molecular relativa de los productos de OAT − -glucan varió de 3,64 − 104 a 1,67 − 106. En condiciones de una temperatura de inactivación de enzimas de 140 °C, el tiempo de desengrase fue de 10 min, la temperatura de extracción fue de 80 ℃, el tiempo de extracción fue de 1 h, el pH fue de 11 y la relación líquido-material fue de 12 mL/g.

 Bajo estas condiciones, la masa molecular relativa del OAT − -glucan obtenido fue mayor. Por el contrario, a una temperatura de inactivación de endonucleasa de 60 ℃, un tiempo de desengrase de 50 min, una temperatura de extracción de 40 ℃, el tiempo de extracción fue de 2 h, el pH fue de 1 o 7, y la relación líquido-material fue de 20 mL/g. La masa molecular relativa del OAT − -glucano era mínima. Li Xiaopeng et al. [37] compararon y estudiaron preliminarmente el peso molecular y la tasa de absorción transdérmica de OAT − -glucano extraído por agua, enzimas y fermentación. Los resultados mostraron que el peso molecular de → -glucan fue: método de extracción de agua > método de extracción enzim> método de fermentación; La tasa de penetración cutánea fue: método de fermentación > método de extracción enzim> método de extracción de agua. Esta conclusión tiene un cierto significado guía para la selección del proceso de extracción en la producción industrial de OAT − -glucan.

3 resumen

Through a summary of the published data, we found that current research on the structure, properties and preparation methods of β-glucan powder at home and abroad has been quite in-depth, but there are still deficiencies in the discussion of the mechanism of action of its physiological functions.

El contenido, distribución y peso molecular de la avena − -glucano: el contenido de la avena desnues mayor que el de la avena con salvado, y la proporción de soluble − -glucano también es mayor, lo que es más beneficioso para aplicaciones cosméticas; El genotipo de la avena también tiene un efecto significativo en el contenido y distribución de − -glucan. En las variedades con bajo contenido, − -glucan se distribuye principalmente en las capas de aleurona y subaleurona, y la tasa de extracción de salvado de avena es relativamente alta; Mientras que en variedades con alto contenido, − -glucan también se distribuye a una alta concentración en las células del endospermo.

Para diferentes procesos de pretratamiento, asar, cocer al vapor, hornear y extruson beneficiosos para mejorar la tasa de extracción de OAT − -glucan. Después de hornear, el peso molecular de OAT − -glucan se volverá relativamente pequeño, lo que es más propicio para la absorción y la utilización. Asado, vapor, hornear infrarro, extru, homogeneidará lugar a un aumento en la viscode OAT → -glucan; La homogeneitambién conduce a un aumento de la solubilidad; El tratamiento de oxidconducirá a cambios en la estructura química del OAT − -glucano; Algunos hongos también degradan OAT − -glucan. El método de extracción de agua es ampliamente utilizado en el proceso de extracción de OAT − -glucano, y la investigación sobre las condiciones de extracción se ha establecido relativamente bien. El peso molecular del método de fermentación es menor, la tasa de penetración de la piel es mayor y el efecto es mejor. Vale la pena optimizar y mejorar el proceso.

Además, la investigación sobre las diferencias en el peso molecular, el grado de ramiy la conformación geométrica espacial del OAT − -glucano obtenido por diferentes procesos de pretratamiento y preparación ha llegado a conclusiones relativamente fragmentadas, y no se ha reportado ningún análisis sistemático. ¿Cuáles son las propiedades especiales del − -glucan con peso molecular específico, grado de ramiy conformación geométrica espacial en términos de visco, fluidez y actividad biológica? ¿Qué tratamiento debe hacerse para que sea más adecuado para su absorción por el sistema de absorción humano y para maximizar su eficacia? Estas cuestiones también requieren más investigación.

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