L’avoine bêta glucane, c’est quoi?

Le glucane est un polymère de pyranose dextrorotatoire avec la formule moléculaire (C6H10O5)n....... L’épine dorsale est formée par des liaisons glucosidiques entre le carbone 1, 2, 3, 4 et 6 des résidus de glucose adjacents, avec deux formes structurales: α et β positions [1].Le β-glucane est nommé d’après sa liaison glycosidique β-1,3[2]. En plus des caractéristiques structurelles de base d’une chaîne principale et des branches, le β-glucane a également une structure de plus haut niveau avec des caractéristiques spiralées. Le β-1,3-glucane de poids moléculaire élevé existe principalement sous la forme de deux structures avancées: 1-hélice et 3-hélice. Il existe aussi sous forme de boucles aléatoires composées de molécules de faible poids moléculaire ou chargées [3].

Le β-glucane est largement présent dans les plantes et les micro-organismes, et est un composant important des parois cellulaires. Il existe sous diverses formes en raison des différences de poids moléculaire et de degré de ramification [4], comme le montre le tableau 1.

Les cellules de Langerhans, qui sont distribuées dans la couche épinière de l’épiderme et entre les cellules de la couche basale, peuvent capturer et traiter les antigènes qui ont envahi la peau et les transmettre aux lymphocytes T, qui peuvent provoquer la prolifération et l’l’activationde lymphocytes T spécifiques.β-1,3-d-glucanePeut se lier spécifiquement aux cellules de Langerhans, provoquant une série de réponses immunitaires, qui à leur tour produisent des cytokines telles que le facteur de stimulation des colonies granulocyte-macrophages (facteur de stimulation des colonies, GM-CSF), le facteur de croissance épidermique (EGF), le facteur de croissance des fibroblastes (FGF), et le facteur de croissance endothéliale vasculaire (VEGF) et d’autres cytokines [9].

GM-CSF peut stimuler la différenciation cellulaire et améliorer la fonction des cellules matures; Une augmentation du fem peut non seulement activer l’activation et l’expression de certains gènes fonctionnels importants dans les cellules, augmenter la production de collagène et d’élastine, améliorant ainsi le problème des rides causées par le vieillissement de la peau, et également stimuler la prolifération et la migration de diverses cellules pour accélérer le renouvellement de l’épiderme; FGF peut favoriser la prolifération des cellules musculaires lisses et la formation de nouveaux vaisseaux sanguins pour réparer la peau endommagée; Le VEGF est impliqué dans le maintien de la structure normale des vaisseaux sanguins et la régulation de l’angiogenèse physiologique et pathologique [10].

En outre, l’administration de dextran granulaire peut améliorer l’activité hématopoïétique des globules sanguins, y compris la production de granulocytes, de leucocytes mononucléaires et de globules rouges, conduisant ainsi à la récupération de doses de rayonnement quasi létales [11], ce qui est une fonction prometteuses et remarquable. Le conseil des ministresDésavantage du bêta-glucaneEst qu’il peut provoquer une inflammation des voies respiratoires, déclencher des allergies et être associé au syndrome du rhume des foins [4].

1 propriétés physiques et chimiques de l’avoine bêta-glucane

Le β-glucane d’avoine est un haut moléculaire, non ramifié,Mucopolysaccharide linéaire formé par des liaisons glycosidiques β-(1,3) et β-(1,4) reliant des unités β-D-glucose, avec environ 70% de liaisons β-(1,4) et 30% de liaisons β-(1,3) [12].

Bien que le mécanisme du β-glucane ne soit pas encore entièrement compris, il est généralement admis que la viscosité et la solubilité jouent un rôle décisif dans son effet d’absorption cutanée, qui à son tour affecte l’exécution de diverses fonctions physiologiques. En plus de la structure et de la concentration moléculaires, la viscosité du β-glucane d’avoine est largement déterminée par le poids moléculaire et la forme moléculaire [13]. La viscosité deUne solution de β-glucane d’avoine diminue graduellement avec l’augmentation du taux de cisaillementLe cas échéant, Il est proportionnel au poids moléculaire et inversement proportionnel à la température de la solution. Par rapport à une solution neutre, un environnement faiblement acide ou alcalin peut entraîner une diminution de la viscosité d’une solution de β-glucane. À mesure que sa concentration augmente et que son poids moléculaire augmente, le comportement visqueux du fluide diminue et le comportement élastique augmente. Lorsque la température du fluide augmente, la viscosité et l’élasticité des fluides β-glucane d’avoine s’affaiblissent graduellement [14].

Des études ont montré que la solubilité dans l’eau (qui est la majorité) etNon-solubilité dans l’eau du β-glucaneSont principalement influencés par la teneur et le degré de polymérisation des liaisons glycosidiques β-(1,3) dans sa structure. Le rapport entre la teneur en liaisons glycosidiques β-(1,3) et les liaisons glycosidiques β-(1,4) dans les β-glucanes solubles dans l’eau est de 1:2,5 à 1:2,6, tandis que le rapport correspondant dans les β-glucanes non solubles dans l’eau est de 1:4,2 [15].

Comme le montre la Figure 1, le bêta-glucane de l’avoine et le bêta-glucane de la levure sont tous deux des polysaccharides du glucose dont la chaîne principale est constituée par des liaisons β-1,3-glucosidiques, mais laLa chaîne latérale du bêta-glucane d’avoine est une liaison β-1,4-glucosidique, tandis que la chaîne latérale de la levure bêta-glucane est une liaison β-1,6-glucosidique. Peterson et al. ont constaté que le rapport des liaisons glycosiques β-(1,3) à β-(1,4) dans l’avoine β-glucane est (1:2,1-1:2,4), tandis que les rapports dans l’orge, le seigle et le blé: 1: 2,8-1:3,3, 1: 3,0-1:3,2, et le blé: 1: 3,0-1:3,8, respectivement [16]. Il est donc clair que le β-glucane d’avoine a une solubilité dans l’eau plus forte que la levure β-glucane, qui a la plus grande part de marché, et d’autres céréales.

Actuellement, leβ-glucane poudreUtilisé dans les cosmétiques est principalement insoluble levure β-glucan particules solides (D= 0,2 μm), généralement avec sorbitol comme agent de suspension efficace, et est généralement utilisé pour la cicatrisation des plaies. La carboxyméthylation de la levure β-glucane peut améliorer la solubilité dans l’eau du produit, le rendant approprié pour une utilisation dans des formulations cosmétiques fonctionnelles modernes. Cependant, il affecte également la structure 3d et la fonction biologique de la molécule: lorsque le degré de substitution de la carboxyméthylation dépasse 75%, la fonction biologique commence à être perdue; La substitution complète de la molécule β-glucane entraîne une perte complète de son efficacité biologique [9]. De ce point de vue, le développement du β-glucane d’avoine est d’une grande importance pour l’application du β-glucane dans les cosmétiques.

Solutions de β-glucane d’avoine dans la plage de concentration inférieure à 1%Présente une bonne homogénéité et des propriétés de fluide visqueux, et est un fluide newtonien idéal. Lorsque la concentration atteint 2%, le β-glucane présente une certaine hétérogénéité et viscoélasticité [17]. Lorsque la concentration atteint 2 g/L ou plus, il présente les caractéristiques d’un fluide pseudoplastique, c’est-à-dire que la viscosité apparente diminue avec l’augmentation de la vitesse de cisaillement, ce qui pose les bases de son utilisation comme épaississant et stabilisant [12].

Deuxièmement,Le β-glucane d’avoine est relativement stable à la chaleur, aux acides et aux alcalis,Et a été utilisé dans l’industrie alimentaire comme un bon émulsifiant, épaississant et stabilisant. Il a même été ajouté aux produits carnés pour améliorer la texture grâce à ses bonnes propriétés de rétention d’eau et d’huile [18]. De plus, le β-glucane de l’avoine a une forte capacité d’adsorber de petites molécules, qui peuvent concurrencer les protéines. Il se combine aux polyphénols par des liaisons d’hydrogène et des interactions hydrophobes, etc., pour former un complexe polysaccharide-polyphénol qui peut fournir au corps une capacité antioxydante plus durable [19]. Mark Redmond et Ravi Pillai, Joachim Roding, etc., ont utilisé des expériences de suivi de fluorescence de colorant modèle de peau humaine pour découvrir que les molécules de β-glucan d’avoine peuvent passer à travers l’espace intercellulaire et ont une pénétration évidente de l’épiderme. Ces caractéristiques indiquent également que l’application du β-glucane de l’avoine a de grandes perspectives.

2 facteurs influençant l’effet d’extraction et les caractéristiques du β-glucane d’avoine

Différentes qualités d’avoine, l’environnement dans lequel l’avoine croît, les processus de traitement et d’extraction, ces quatre facteurs ont un impact différent sur le contenu etPropriétés physico-chimiques du β-glucane de l’avoine.

2.1 différences entre les variétés d’avoine

Des études ont montré queLa teneur en β-glucane des différentes espèces d’avoine varie considérablement, dont la teneur en avoine nue (A. nuda, avoine nue à gros grains, aussi appelée gruau d’avoine) est supérieure à celle de l’avoine décortiquée (Sativa, avoine communément cultivée, communément appelée avoine). Le rapport entre le β-glucane soluble et la teneur totale montre également des différences significatives entre les espèces, les espèces d’avoine cutanée ayant des valeurs plus élevées que celles de l’avoine nue en tout temps [20]. La teneur en β-glucane des différentes variétés d’avoine varie de 3,14% à 7,43%, avec une différence maximale de 4,29% [21]. Zhang Haifang et al. ont utilisé la méthode de spectrophotométrie rouge du Congo pour déterminer la teneur en β-glucane de 16 variétés différentes de grains d’avoine cultivées à Wuchuan et Zhaoshan, en Mongolie intérieure. Parmi elles, il y avait 7 variétés avec une teneur en β-glucane supérieure à 6,0% : Yanke 1 (nue)>Wuchuan petite oat (nue)>Paul (nue)>Daoyan (décortiquée)>Baiyan 7 (décortiquée)>Zhaoshi montagne Daoyan (nue)>Youmai 4400 (nue). Ces variétés peuvent être utilisées comme base pour la sélection d’avoine à haute teneur en β-glucane [22]. De plus, la localisation du β-glucane d’avoine varie selon les variétés: dans les variétés à faible teneur, il est principalement situé dans la couche aleurone et subaleurone, tandis que dans les variétés à forte teneur, il est également distribué en fortes concentrations dans l’endosperme [23]. Le son d’avoine est un sous-produit du processus de transformation de la farine d’avoine et est principalement composé de la couche la plus extérieure d’avoine décortiquée et d’un peu d’endosperme. Des études ont montré que la teneur en β-glucane du son d’avoine après traitement est de 6,6% à 11,3%, et dans la farine d’avoine pelée elle est de 3,0% à 5,4% [24], de sorte qu’il est souvent extrait du son d’avoine.

2.2 environnement de culture de l’avoine

La teneur en β-glucane d’une même espèce d’avoine cultivée au cours des différentes années et régions varie considérablement, ce qui indique que des facteurs environnementaux tels que la pluie, la température et la qualité du sol ont un impact significatif sur la formation et l’accumulation de β-glucane d’avoine. La température pendant la maturité des grains est relativement élevée, et la teneur en β-glucane des grains est également plus élevée. Les faibles précipitations, la sécheresse ou le stress hydrique peuvent également entraîner une augmentation de l’accumulation de β-glucane dans le grain. Inversement, dans les zones au climat doux et à fortes précipitations,La teneur en β-glucane est souvent faible[25]. Yi Ying et al. ont étudié la teneur en β-glucanes de quatre génotypes d’avoine, Damou n ° 1, Damou n ° 2, Damou n ° 3 et Damou n ° 10, à Shenyang, taï'an et les quatre sites expérimentaux de la région du Dashang, le lieu d’introduction, la teneur en β-glucane et sa relation avec les facteurs météorologiques. Les résultats ont montré que des températures plus élevées pendant la croissance et le développement ne favorisent pas l’accumulation de la teneur en β-glucane, tandis que des heures d’ensoleillement plus longues favorisent une augmentation de la teneur en β-glucane, ce qui indique que l’avoine produite dans les régions à basses températures et à fort ensoleillement a une teneur en β-glucane plus élevée [26].

2.3 effet du traitement

Des études ont montré que différentes techniques de traitement peuvent entraîner des changements dans laLa teneur en β-glucane et diverses propriétés physico-chimiques de l’avoine,Y compris la viscosité, la fluidité, le poids moléculaire et la structure chimique. Une étude de Liu Wensheng et al. [27] A montré qu’après la torréfaction infrarouge des grains d’avoine, la teneur en β-glucane de la farine d’avoine n’a pas changé de façon significative; Cependant, après avoir été sauté et cuit à la vapeur, il était en moyenne de 0,76 % supérieur à celui du groupe témoin. La torréfaction, la cuisson à la vapeur et la cuisson infrarouge abaissent toutes la température de gélatinisation de la farine d’avoine et augmentent la viscosité de pointe, la viscosité finale et la viscosité de creusement.

Après cuisson, leLe taux d’extraction du β-glucane de la farine d’avoine augmente,Et le rapport des trimers et des tétramères dans le β-glucane extrait augmente également [28]. Alors que la proportion de β-glucane à poids moléculaire élevé (MW> 1 106) a diminué, la proportion de β-glucane à poids moléculaire faible a augmenté, et le β-glucane dont le poids moléculaire se situe entre 1 106 et 2 106 a diminué de près de 50% [29].

Les forces élevées de température, de pression et de cisaillement pendant l’extrusion peuvent provoquer la rupture des liaisons intermoléculaires, la fragmentation moléculaire et les changements de polarité moléculaire, qui à leur tour conduit à laLe β-glucane dans le produit étant plus enclin à s’agréger....... La température de gélification, la solubilité, le degré de gonflement, la viscosité apparente et le coefficient de consistance augmentent, tandis que l’indice de comportement du flux diminue [30].

Après homogénéisation, particulièrement homogénéisation à haute pression,Le clivage mécanique du β-glucane augmente sa stabilité structurelle de stockage, qui à son tour conduit à une augmentation de la solubilité. Après homogénéisation, la viscosité de la solution diminue considérablement, et les propriétés du fluide changent de l’amincissement au cisaillement à la fluidité newtonienne [32].

Pendant le processus d’oxydation,Le β-glucane est dégradé et sa viscosité diminue....... L’oxydation du β-glucane augmente le nombre de groupes carbonyle et carboxyle, ce qui modifie la capacité de gonflement de la molécule et augmente sa capacité à se lier aux acides biliaires [33]. Pendant la germination, la teneur globale en β-glucane de l’avoine a tendance à diminuer de manière significative. La mouture n’a aucun effet sur la structure du β-glucane, mais elle affecte le poids moléculaire du β-glucane dans l’avoine, ce qui entraîne des différences de viscosité [34]. Les champignons comestibles comme Ganoderma lucidum et Agaricus blazei Murill ont un fort effet dégradant sur le β-glucan de l’avoine [35].

2.4 effet des conditions du procédé d’extraction

Pan Yan et al. [36] ont optimisé laExtraction du β-glucane d’avoine par méthode d’extraction à l’eauQiao Youming [13] et d’autres ont utilisé la chromatographie sur gel pour analyser le poids moléculaire du β-glucane d’avoine extrait par extraction à l’eau avec différents facteurs d’extraction. Il a été constaté que la distribution de la masse moléculaire relative des produits du β-glucane de l’avoine variait de 3,64lires 104 à 1,67lires 106. Dans les conditions d’une température d’inactivation enzymatique de 140 °C, le temps de dégraissage était de 10 minutes, la température d’extraction était de 80 ℃, le temps d’extraction était de 1 h, le pH était de 11 et le rapport liquide/matière était de 12 mL/g.

 Dans ces conditions, laLa masse moléculaire relative du β-glucane d’avoine obtenu était plus importante.Inversement, à une température d’inactivation de l’endonucléase de 60 ℃, un temps de dégraissage de 50 min, une température d’extraction de 40 ℃, le temps d’extraction était de 2 h, le pH était de 1 ou 7, et le rapport liquide/matière était de 20 mL/g. La masse moléculaire relative du β-glucane d’avoine était minime. Li Xiaopeng et al. [37] ont comparé et étudié au préalable le poids moléculaire et le taux d’absorption transdermique du β-glucan de l’avoine extrait par l’eau, l’enzyme et la fermentation. Les résultats ont montré que le poids moléculaire du β-glucane était: méthode d’extraction de l’eau et gt; méthode d’extraction enzymatique et gt; méthode de fermentation; Le taux de pénétration de la peau était: méthode de fermentation et gt; méthode d’extraction enzymatique et gt; méthode d’extraction à l’eau. Cette conclusion a une certaine importance pour le choix du procédé d’extraction dans la production industrielle de β-glucane d’avoine.

3 résumé

A travers un résumé des données publiées, nous avons constaté que les recherches actuelles sur la structure, les propriétés etProcédés de préparation de la poudre de β-glucaneÀ la maison et à l’étranger a été assez en profondeur, mais il ya encore des lacunes dans la discussion du mécanisme d’action de ses fonctions physiologiques.

La teneur, la distribution et le poids moléculaire de l’avoine β-glucane: la teneur en avoine nue est plus élevée que celle de l’avoine avec son, et la proportion de β-glucane soluble est également plus élevée, ce qui est plus bénéfique pour les applications cosmétiques; Le génotype de l’avoine a également un effet significatif sur le contenu et la distribution du β-glucane. Dans les variétés à faible teneur,Le β-glucane est principalement distribué dans la couche aleurone et la couche subaleurone, et le taux d’extraction du son d’avoine est relativement élevé; Bien que dans les variétés à haute teneur, le β-glucane est également distribué à une forte concentration dans les cellules de l’endosperme.

Pour différents procédés de prétraitement, la torréfaction, la cuisson à la vapeur, la cuisson et l’extrusion sont bénéfiques pour améliorer le taux d’extraction du β-glucane d’avoine. Après cuisson, le poids moléculaire deLe β-glucane d’avoine deviendra relativement petit, ce qui est plus propice à l’absorption et à l’utilisation. Torréfaction, cuisson à la vapeur, cuisson infrarouge, extrusion, homogénéisation conduira à une augmentation de la viscosité du β-glucane d’avoine; L’homogénéisation favorise également une augmentation de la solubilité; Le traitement d’oxydation entraînera des changements dans la structure chimique du β-glucane d’avoine; Certains champignons dégradent également le β-glucane de l’avoine. La méthode d’extraction de l’eau est largement utilisée dans le processus d’extraction du β-glucane d’avoine, et les recherches sur les conditions d’extraction sont relativement bien établies. Le poids moléculaire de la méthode de fermentation est plus petit, le taux de pénétration de la peau est plus élevé, et l’effet est meilleur. Il vaut la peine d’optimiser et d’améliorer encore le processus.

De plus, la recherche sur les différences de poids moléculaire, de degré de ramification et de conformation géométrique spatiale du β-glucane d’avoine obtenu par différents procédés de prétraitement et de préparation a des conclusions relativement fragmentées, et aucune analyse systématique n’a été rapportée. Quels sont lesPropriétés spéciales du β-glucane avec un poids moléculaire spécifique, degré de ramification et conformation géométrique spatiale en termes de viscosité, fluidité et activité biologique? Quel traitement faut-il faire pour le rendre plus adapté à l’absorption par le système d’absorption humain et pour maximiser son efficacité? Ces questions nécessitent également des recherches plus approfondies.

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