基于离子液体与微射流协同作用的酵母β-葡聚糖增溶机制

β-D-glucans are widely distributed in the yeast cell wall, have received much attention with respect to their immun-activities, but because of the insolubility in water, the applications of β-D-glucans in industries of foods are restricted. Ionic liquids as a new kind of “green solvents” with lots of advantages are used as a substitution of traditional solvents. Our team first found, β-D-glucans could dissolve in ionic liquids, after treating with high pressure microfluidization, 79.12% of the soluble β-D-glucans were recycled. From above, we can conclude that the conformation change regular, the relationship between structure and functional properties under dynamic high pressure microfluidization processing is the scientific problem. This project will focus on the depolymerization mechaism of β-D-glucans induced by ionic liquid and treated with dynamic high pressure microfluidization, study the effect of pressure, time, solid-liquid ratio on the molecular weigh, conformation and solubility, rheology property. Then the modle of structure – function relationship will be bulid to provide the scientific basis for the production process control of β-D-glucans.

酵母β-D-葡聚糖因具有显著的生物活性而备受关注，但极差的水溶性制约了其在各领域的应用。本团队研究发现，酵母β-葡聚糖在离子液体中溶解后，经高压微射流处理，可溶性β-葡聚糖得率为79.12%，显著高于以水为介质的微射流作用体系（可溶性多糖得率为12.16%）。然而β-葡聚糖在离子液体中的溶解机制、空间构象在加工过程中的变化规律，以及结构变化对β-葡聚糖流体性质的影响机理尚未明确。针对上述科学问题，本项目拟深入研究酵母β-葡聚糖链在离子液体中的解聚机理，及其在水溶液中的自组装机制；明确加工因子对β-葡聚糖构象的影响规律，建立形态转变动力学模型；建立分子间作用力、空间构象、加工过程与溶解性、流变性的多层次关系模型，阐明β-葡聚糖溶解性改善机理。旨在填补国内外采用离子液体结合高压微射流处理对酵母β-葡聚糖的增溶机制理论研究空白，为实现高溶解性β-葡聚糖的加工过程调控、拓宽应用范围提供科学依据。

酵母β-葡聚糖（YG）具有良好的免疫调节活性，被卫生部列为“新资源食品”。但β-葡聚糖的三螺旋构象，导致其难溶于水及大多数有机溶剂，严重制约了在各领域的应用。离子液体（ILs）1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐（EmimAc）结合高压微射流（HPM）可用于改性增溶β-葡聚糖，但其改性增溶机制尚未明晰。本文明确了改性过程中β-葡聚糖结构与理化性质的变化规律，揭示了EmimAc-HPM改性增溶β-葡聚糖的机制，有利于扩大其在食品、化妆品及生物行业的应用。.本研究明确了改性前后酵母β-葡聚糖分子量、流变性及热特性变化。YG的分子量（Mw）为598300 g/mol，EYG和EMYG的Mw分别为 528000和171300 g/mol，表明EmimAc与HPM处理降低了Mw，使大分子β-葡聚糖解聚为小分子化合物，从而使其水溶性增加；改性后β-葡聚糖动态粘弹性改变，即YG降温过程先恢复凝胶状，再解溶恢复液态，而改性后EMYG降温过程保持凝胶状。改性后β-葡聚糖热分解温度下降，表明其热稳定性逐渐降低。.阐明了改性前后β-葡聚糖结构与构象变化。AFM与Cryo-SEM结果表明，YG由紧密严实的三螺旋构象转变为无规则链状结构；XRD结果表明，YG 在9.5° 与31° 处均具有吸收峰，EMYG相对应的衍射吸收峰明显消失，且在6.5°与20° 处峰强减弱，表明改性后YG结晶区域被破坏，结晶度降低，三螺旋结构受到破坏；CD结果表明，YG最大吸收峰由185 nm移到187.5 nm，反映其三螺旋结构被破坏，转为“类β-折叠”结构；FTIR结果表明，改性后TG仍以β-(1-3) 糖苷键相连。揭示了EmimAc-HPM改性增溶酵母β-葡聚糖的机制：EmimAc阳离子环上的氢质子与β-葡聚糖上的羟基形成氢键，破坏了β-葡聚糖分子内、分子间强烈的氢键作用力；同时，HPM破坏了β-葡聚糖的三螺旋构象，降低了其分子量，提高了其水溶性。