果聚糖的作用

概述^{【1】【2】}

果聚糖(fructan)是由果糖组成的线型或/和分支型的多聚体 ,是约 15%的被子植物的重要贮藏碳水化合物(Hendry ,1993)。世界各国对果聚糖的研究可追溯到 1804 年 ,至今已有约 200年的历史(Rose, 1804)。早期的研究主要集中于果聚糖的生理学和生物化学特性,随着果聚糖代谢酶类的发现 ,研究的重点转向对果聚糖代谢过程和功能的认识(Pol-lock and Cains,1991)。

现在发现 ,除了作为植物异养器官 —根、茎、籽粒和自养器官 —叶的短期或长期贮藏物外 ,果聚糖还具有多种重要生理功能 ,如调节植物适应低温光合作用(Koops and Jonker ,1996;Pollock,1986)、调控植物蔗糖分配(Pollock and Cains, 1991)以及使植物适应水分亏缺(De Roover et al ,1999 ;Hincha et al ,2000;Pilon_Smits,1995)、高 CO 2 浓度(Smart et al ,1994)、缺氧条件(Albrecht et al ,1993)等。

此外, 果聚糖因高甜度和低热值性而成为重要的保健用品 ,作为食用甜味剂和低热值性食品原料 。一般情况下低 DP(De-gree of polymerization, 聚合度, 果糖基数目)果聚糖不易被消化,可防止产生龋齿和增胖,并可纠正肠内菌群失调等;高DP 果聚糖具优越的物理化学性能, 可用作营养食品(代替脂肪)和非食物原料(Fuchs,1993)。由于果聚糖及其衍生物在上述方面的广泛需求 ,过去 20多年中, 工业化果聚糖的产量上升了 100 倍 (从 1000 吨上升到 100000 吨)。

生物生成和降解^【2】

某些科的植物贮藏果聚糖(也称之为polyfructosans)以替代淀粉(葡聚糖)，或者除了贮藏淀粉外，还贮藏果聚糖。菊粉是一种菊科植物(dahlia corms)的果聚糖，从含量上说虽不重要，但对梯牧草型(Phleum pratense，梯牧草)的果聚糖却值得作一些详细讨论。这种果聚糖存在于牧草中，含量可达干重的12"--'5％。从Aspergillusniger(黑曲霉)和细菌中已经分离到水解果聚糖的酶类。这一酶看来分布较广，然而，关于果聚糖的降解过程则知之甚少。

许多细菌生长在含有蔗糖的培养基上，能产生果聚糖(也称之为左聚糖)。果聚糖形成的过程类似于葡聚糖，是由一种胞外果聚糖蔗糖酶催化的。当菌体生长在含有蔗糖的培养基上时，可以看到果聚糖的酶促合成，即在菌落附近出现小的果聚糖滴状物。在Bacillus subtilis(枯

草芽孢杆菌)、B．oercus(蜡状芽孢杆菌)和Azotobacter chroococcutn(褐球圃氮菌)中，很容易观察到这一现象。Streptococcus salivarius(唾液链球菌)、S．mutQ"$、许多产生荧光和会引起植物致病的假单胞菌菌株、芽孢杆菌类以及Enterobacter(肠杆菌属)也能产生果聚糖．有的菌橼在蔗糖耗尽时，可水解并利用已经合成的果聚糖。

生理功能^【3】

1．糖类的短期贮存；

2．光合组织中，蔗糖库大小的调节；

3．通过渗透调节的方式维持植物组织中的适当水势；

4．解聚成果糖分子后，降低组织中水的冰点，使植物的抗寒性增加；

5．使植物在低温下仍能进行光合作用。已经知道，那些积累淀粉的植物在低温时光合速率大为下降。但是，积累果聚糖的植物在低温下，即使在0。C，光合速率也不下降，从而植物能正常生长。

高等植物果聚糖的分类^【4】

果聚糖是由蔗糖与一个或多个果糖分子连接而成的多聚体, 主要存在于细菌和高等植物中 。细菌中的果聚糖为梯牧草糖型果聚糖 ,属于细胞外多糖 ,比高等植物中的果聚糖大 2 ～ 3倍 。高等植物中的果聚糖具有非常复杂的结构,且其链长变化极大,一般由 30～ 50个果糖基单元组成 ,有时 DPs(果糖基数目 ,又称聚合度)大于 200,最短的果聚糖是果聚三糖(蔗果三糖 )。到目前为止, 发现高等植物有以下 5种主要类型的果聚糖。

1)线型菊糖型果聚糖(linearinulin-typefructan):以 1-蔗果三糖为基本单位 ,通过 β(2→1)键连接 1个或多个呋喃果糖而形成.最短的线型菊糖型果聚糖是 1 -蔗果三糖或异蔗果三糖 ,该糖由果糖与蔗糖分子中的果糖基 1碳位相连接而成 .线型菊糖型果聚糖为菊科植物所特有 ,如菊芋、菊苣等 .

2)线型菊糖型果聚糖新生系列(linearinulinneoseries):由线性 β(2→1)键连接的果糖基单元连接到蔗糖葡萄糖部分的 C1和 C6位而成,即在葡萄糖分子两端形成果糖链的果聚糖多聚体.最小的线型菊糖型果聚糖新生系列分子是由一个果糖基连接到蔗糖分子中的葡糖基 6碳位形成的新蔗果三糖 ,其葡糖基两端组分均是果糖.线型菊糖型果聚糖新生系列多在百合科植物如洋葱 、芦苇等中发现.

3)线型梯牧草糖型果聚糖(linearlevan-typefructan):以 6 -蔗果三糖为基本单位, 通过 β(2→6)键连接 1个或多个果糖而成 。最小的梯牧草糖型果聚糖是 6-蔗果三糖 (6-kestose)。线型梯牧草糖型果聚糖存在于一些禾本科植物中,如鸡脚草(Dactylisglomeratus)、梯牧草(Phleumpratense)等。

4)混合型果聚糖(mixedlevan):以新蔗果三糖为基本单位 ,在其任一末端以 β(2→1)和 β(2→6)键连接 1个或多个果糖而成.混合型果聚糖存在于许多种高等植物中 ,如小麦 (T.aestivum)、大麦 (Hordeumvulgare)等。

5)梯牧草糖型果聚糖新生系列(levanneoseries):是由 β(2→1)和 β(2→6)键连接果糖基单元连接到蔗糖分子两端而形成的多聚体 .这类果聚糖仅在少数植物如燕麦(Avenasativa)中发现。

参考文献

[1]成善汉,谢从华,柳俊.高等植物果聚糖研究进展[J].植物学通报,2002(03):280-289.

[2]（联邦德国）H·G·施莱杰,普通微生物学,复旦大学出版社,1990年06月第1版,第403页

[3]汪沛洪主编,植物生物化学  农学类专业用,中国农业出版社,1995年12月第1版,第100页

[4]唐建平,王正鹏,张树珍,吴转娣,胡军瑜.高等植物果聚糖分类和功能的研究进展[J].海南大学学报(自然科学版),2009,27(03):308-312.