Preparation and Physicochemical Properties Analysis of Yeast β-Glucan Nanoparticles
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摘要: 酵母β-葡聚糖是一种多功能多糖，不溶于水，呈颗粒状，为拓宽其应用性，本文采用球磨破碎法制备纳米酵母β-葡聚糖，并研究其理化性质。以平均粒径为指标，研究了脱蛋白、冻融等处理对酵母β-葡聚糖球磨破碎的影响，并对球磨工艺进行优化。结果表明，较长时间的高温抽提、脱蛋白、反复冻融和二氧化氯处理均有利于酵母β-葡聚糖的破碎，使得球磨后酵母β-葡聚糖粒径显著（P<0.05）减小。酵母β-葡聚糖最佳球磨工艺条件为：转速850 r/min、球料比10:1、球磨时间120 min。在上述适宜条件下，纳米酵母β-葡聚糖冻干粉的平均粒径为81.16±0.35 nm，其葡聚糖纯度为89.52%。红外光谱分析表明，纳米β-酵母葡聚糖仍保持原有的基本化学结构。纳米酵母β-葡聚糖在水溶液中具有良好悬浮稳定性。与普通酵母β-葡聚糖相比，纳米酵母β-葡聚糖的持油力增大，而持水力和黏度降低。采用球磨破碎法成功制备出纳米酵母β-葡聚糖，其理化性质发生明显变化。本研究可为深度开发酵母β-葡聚糖奠定基础。Abstract: Yeast β-glucan was a multifunctional polysaccharide, but it was insoluble in water and present particles. To broaden its applicability, the yeast β-glucan nanoparticles were prepared by ball milling pulverization using yeast cells of Saccharomyces cerevisiae, and their physicochemical properties were studied. Taking the average particle size as an index, the effects of some factors such as deproteinization, freezing and thawing on pulverization of yeast β-glucan particles were studied, and the ball milling process was optimized. The results showed that long-term high-temperature extraction, deproteinization, repeated freezing-thawing and chlorine dioxide treatment were beneficial to pulverizing of yeast β-glucan particles, which made the particle size of yeast β-glucan was significantly reduced after ball milling. The optimum ball milling conditions of yeast β-glucan were rotating speed 850 r/min, ball-to-material ratio 10:1, and ball milling time 120 min. Under the above suitable conditions, the average particle size of freeze-dried yeast β-glucan nanoparticles was 81.16±0.35 nm, and its purity was 89.52%. The infrared spectrum analysis showed that yeast β-glucan nanoparticles still maintained its original basic chemical structure. Yeast β-glucan nanoparticles had perfect suspension stability in aqueous solution. Compared with yeast β-glucan, yeast β-glucan nanoparticles had higher oil-holding capacity, but lower water-holding capacity and viscosity. Yeast β-glucan nanoparticles were successfully prepared by ball milling pulverization, and their physicochemical properties changed obviously. The results of this study provided a basis for further investigating and developing yeast β-glucan.
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酵母β-葡聚糖（Yeast β-Glucan，YG）是构成酵母细胞壁的主要成分之一，位于细胞壁的最内层，约占细胞壁干重的60%。酵母β-葡聚糖以β-1,3-葡萄糖为主链，以β-1,6-葡萄糖为侧链，呈三维螺旋结构[1−2]。通常酵母β-葡聚糖呈颗粒状，其粒径尺寸接近酵母细胞，一般为3~5 μm。目前酵母β-葡聚糖的制备方法主要有酸法[3]、碱法[4]、高温抽提法[5]等。酵母β-葡聚糖具有多种生物活性，如抗氧化[6−7]、抗肿瘤[8−9]、降血脂[10−11]、降血糖[12]、免疫调节[13−14]等，广泛地应用于功能食品和医药领域。由于酵母β-葡聚糖不溶于水，易形成沉淀，不利于使用，限制了其在食品、医药等领域的应用。
一般认为纳米物质指的是尺寸1~100 nm范围内的物质，其具有独特的物理、化学和生物学特性。杨翦秋等[15]采用沉淀法制备出木薯纳米淀粉，与原淀粉相比，其乳化活性、乳化稳定性及贮藏稳定性显著增强。卢麒麟等[16]研究发现，纳米淀粉的热稳定性较玉米淀粉显著增加，在水溶液中具有良好的分散稳定性。刘玲玲等[17]采用酸水解与高压均质相结合的方法制备出纳米豆渣纤维素晶体，其膨胀力、重金属离子吸附能力较超微粉碎豆渣纤维素增大，但持水力、持油力较原料降低。然而，纳米酵母β-葡聚糖的制备及其纳米化后理化性质的研究国内外尚未见报道。
本文以酿酒酵母为原料，首先采用自溶和高温抽提法制备酵母β-葡聚糖（以下简称酵母葡聚糖），然后采用球磨破碎法制备纳米酵母葡聚糖。研究高温抽提时间、脱蛋白处理、冻融以及氧化剂处理对葡聚糖破碎效果的影响，优化球磨工艺。研究纳米酵母葡聚糖持水力、持油力、黏度等理化性质，以期为纳米酵母β-葡聚糖的开发提供参考。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
酿酒活性干酵母（Saccharomyces cerevisiae） 食品级，安琪酵母股份有限公司；氢氧化钠 分析纯，天津市永大化学试剂开发中心；碱性蛋白酶（200 U/mg） 化学纯，北京索莱宝科技有限公司；二氧化氯消毒泡腾片 广州市九品环保科技有限公司。
Nano-S90激光粒度测定仪 英国马尔文公司；SPX-250B-Ⅱ型生化培养箱 上海贺德实验设备有限公司；SCIENTZ-10ND原位冷冻干燥机 宁波新芝生物科技股份有限公司；L-530型台式低速离心机 湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；F-P400型行星式球磨机 湖南费卡斯实验仪器有限公司；LVDV-1T数字旋转粘度计 上海方瑞仪器有限公司；LC1100型安捷伦液相色谱仪 安捷伦科技有限公司；Nicolet-6700傅里叶变换红外光谱仪 美国Thermo Fisher公司。
1.2 实验方法
1.2.1 酵母葡聚糖的制备
称取250 g酿酒活性干酵母放入烧杯中，加入去离子水配制成15%（W/V）菌悬液，用0.1 mol/L NaOH调节pH为6.0，保鲜膜封口，置于55 ℃生化培养箱中自溶40 h。待自溶结束后，将菌悬液室温下5000 r/min离心5 min，弃掉上清液，收集沉淀。使用去离子水洗涤沉淀三次，获得自溶酵母细胞泥。将自溶酵母细胞泥配制成15%（W/V）悬浊液，在高压蒸汽灭菌锅中高温（121 ℃）抽提8 h。抽提结束后，将悬浊液室温下5000 r/min离心5 min，再用去离子水洗涤三次，收集沉淀，即为湿酵母葡聚糖。
1.2.2 纳米酵母葡聚糖的制备
1.2.2.1 酵母葡聚糖的球磨
称取20 g湿酵母葡聚糖，放入球磨机的研磨罐（100 mL）中，加入100 g二氧化锆研磨球（Φ 3 mm研磨球30 g、Φ 5 mm研磨球50 g、Φ 8 mm研磨球80 g），称重配平后，调节球磨转速为850 r/min，研磨105 min。研磨结束后，用50 mL去离子水洗涤研磨球和研磨罐，收集酵母葡聚糖悬浊液，取样测定酵母葡聚糖平均粒径。
1.2.2.2 纳米酵母葡聚糖的冷冻干燥
将球磨后酵母葡聚糖悬浊液倒入平皿中，控制其厚度为3 mm，放入冷冻干燥机内，控制冷冻干燥温度为−45 ℃，真空度为10 Pa，干燥24 h。干燥结束后，将葡聚糖粉碎，过100目筛网，即得到纳米酵母葡聚糖干粉。
1.2.2.3 高温抽提时间对破碎效果的影响
将自溶酵母细胞泥配制成15%（W/V）悬浊液，121 ℃下分别高温抽提2、4、6、8和10 h。抽提结束后，将悬浊液室温下5000 r/min离心5 min，收集沉淀，获得湿酵母葡聚糖。将上述酵母葡聚糖球磨（参数和步骤同1.2.2.1）后，测定其平均粒径。
1.2.2.4 脱蛋白处理对破碎效果的影响
称取20 g湿酵母葡聚糖，按照1:5比例，加入去离子水配成悬浊液，用0.1 mol/L的NaOH溶液调节pH为10.0。向悬浊液中添加碱性蛋白酶，使其酶活力为800 U/mL。将悬浊液置于50 ℃水浴锅中，控制酶解时间分别为1.0、2.0、3.0和4.0 h。酶解结束后，室温下5000 r/min离心5 min，收集沉淀，获得不同蛋白质含量的酵母葡聚糖，球磨后测定其平均粒径。
1.2.2.5 冻融对破碎效果的影响
称取30 g湿酵母葡聚糖，装入保鲜袋封口，将其放入−80 ℃冰箱内至完全冻结，取出后将其在50 ℃水浴锅中完全融化。分别冻融2、4、6、8和10次；每次冻结4 h，解冻60 min，获得不同冻融程度的酵母葡聚糖，球磨后测定其平均粒径。
1.2.2.6 二氧化氯处理对破碎效果的影响
使用二氧化氯泡腾片和去离子水制备出浓度分别为0.5、1.0、3.0和5.0 g/L二氧化氯溶液。称取20 g湿酵母葡聚糖，置于250 mL的烧杯中，加入100 mL二氧化氯溶液，搅拌均匀，置于80 ℃水浴锅中保持30 min，冷却至室温，室温下5000 r/min离心5 min，收集沉淀，获得酵母葡聚糖，球磨后测定其平均粒径。
1.2.2.7 球磨处理的工艺优化
将自溶酵母细胞泥配制成15%（W/V）悬浊液，121 ℃高温抽提8 h，室温下5000 r/min离心5 min，获得湿酵母葡聚糖。20%酵母葡聚糖悬浊液，调节pH为10.0，加入碱性蛋白酶，使其酶活力为800 U/mL，50 ℃酶解3 h，离心得脱蛋白酵母葡聚糖。脱蛋白酵母葡聚糖冻融8次。将经过冻融处理脱蛋白酵母葡聚糖置于5.0 g/L二氧化氯溶液，80 ℃水浴30 min，离心，收集沉淀。在球磨处理工艺单因素实验的基础上，以平均粒径作为指标，选取转速、时间及球料比（研磨球与葡聚糖的质量之比）三种因素进行L9（34）正交试验（见表1），以优化酵母葡聚糖的球磨工艺。球磨结束后，悬浊液冷冻干燥，获得纳米酵母葡聚糖干粉，取样测定取其纯度及平均粒径。
表 1 正交试验设计因素与水平Table 1. Factors and levels in the orthogonal design水平 因素与水平 A转速（r/min） B时间（min） C球料比 1 750 105 7.5:1 2 800 120 10:1 3 850 135 12.5:1 1.2.3 纳米酵母葡聚糖粒径及多分散指数的测定
参考王鑫等[18]的测定方法。将10 mg纳米酵母葡聚糖冻干粉分散到10 mL去离子水中，制成纳米酵母葡聚糖悬浮液。将葡聚糖悬浊液或纳米酵母葡聚糖30 Hz下超声处理30 min，以使其完全分散。然后，取样4 mL置于马尔文激光粒度仪中，稳定2 min，设定颗粒的折射率和吸收率分别为1.60、0.01，水作为分散剂，设定其折射率为1.33，于25 ℃下测定其平均粒径（以下简称粒径）和多分散指数（Polydispersity Index，PDI）。每个样品重复测定3次，取平均值。
1.2.4 酵母葡聚糖的红外光谱分析
分别称取纳米酵母β-葡聚糖（以下简称YGN）和普通酵母β-葡聚糖（以下简称YG）冻干粉2.0 mg，加入200 mg干燥溴化钾粉末在研钵中研磨，混合均匀与并压制成片，在红外光谱仪上进行扫描分析，波长范围400~4000 cm−1。
1.2.5 酵母β-葡聚糖理化性质的测定
1.2.5.1 悬浮稳定性观测
分别准确称取0.5 g YGN和YG干粉，加入100 mL去离子水，搅拌均匀。将YGN和YG悬浊液，倒入试管中，静置观察8 h。
1.2.5.2 持水力的测定
参考Huang等[19]测定方法，分别准确称取YGN和YG冻干粉各0.1 g置于15 mL离心管中，分别加入10 mL去离子水混合均匀，室温下放置12 h后，室温下5000 r/min离心15 min，弃掉上清液，准确称量沉淀的质量。持水力表示为每克样品吸收水的质量。
持水力(g/g)=M1−M0M0 (1) 式中：M1、M0分别吸水后样品的质量（g）和吸水前样品的质量（g）。
1.2.5.3 持油力的测定
参考Fu等[20]测定方法，分别准确称取YGN和YG干粉各1.0 g置于15 mL离心管中，分别加入10 mL精炼大豆油混合均匀，室温放置1 h，室温下8000 r/min离心15 min，弃掉上层油脂后，用滤纸擦干离心管内壁，准确称量沉淀的质量。持油力表示为每克样品吸附油脂的质量。
持油力(g/g)=M1−M0M0 (2) 式中：M1、M0分别为吸油后样品的质量（g）和吸油前样品的质量（g）。
1.2.5.4 黏度测定
准确称取1.5 g YGN和YG干粉置于250 mL烧杯中，分别加入100 mL去离子水，搅拌均匀，室温下静置1 h，用旋转粘度计测定其黏度，剪切率范围为0.1~100 s−1。
1.2.6 纳米酵母葡聚糖纯度的测定
采用QB/T 4572-2021方法[21]测定纳米酵母葡聚糖的葡聚糖含量。
1.3 数据处理
每个实验重复3次，取平均值。所有数据采用Origin软件绘图。以SPSS Statistics17对实验数据进行统计分析，数据用平均数±标准差表示，用ANOVA方差分析检验差异显著性，P<0.05为差异显著，P<0.01为差异极显著。
2. 结果与分析
2.1 纳米酵母葡聚糖的制备
2.1.1 高温抽提时间对酵母葡聚糖破碎的影响
高温抽提法是常用的制备酵母葡聚糖的方法之一。该方法的制备基本原理是在高温条件下位于酵母细胞壁表面的甘露聚糖发生水解，从而使得甘露聚糖与葡聚糖二者分离。高温抽提法具有不使用酸碱、没有环境污染的优点[22]。高温抽提法制备酵母葡聚糖的常用温度为121 ℃。高温抽提时间对球磨后葡聚糖粒径的影响见图1。
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酵母细胞壁非常坚硬，难以破碎。酵母葡聚糖实质上是脱除甘露聚糖的细胞壁，因而依然很坚硬。如图1所示，高温抽提时间对酵母葡聚糖颗粒破碎有显著的影响。未经高温抽提处理的酵母葡聚糖（实质为自溶酵母细胞壁）（对照）粒径为2860.35 nm。当高温抽提处理时间为2 h时，酵母葡聚糖球磨后的粒径为2233.04 nm。与对照相比，其粒径极显著降低了21.93%（P<0.01）。当高温抽提时间在2~8 h范围时，高温时间越长，酵母葡聚糖的球磨破碎效果越好，其粒径也越低。高温处理时间影响葡聚糖颗粒破碎效果的可能原因是：外表存在的甘露聚糖影响酵母细胞壁的韧弹性和硬度。高温时间越长，甘露聚糖脱除越彻底，葡聚糖纯度越高，葡聚糖韧弹性降低，因而破碎效果变好。此外，长时间的高温导致酵母葡聚糖的机械强度降低，从而有利于球磨破碎。当高温抽提时间超过8 h，球磨后酵母葡聚糖粒径几乎不再减小。因此，适宜的高温抽提时间为8 h。
2.1.2 脱蛋白处理对酵母葡聚糖破碎的影响
酵母细胞壁的蛋白质含量因菌种和培养条件差异而有所不同，通常含有50%左右的蛋白质[20]。高温抽提后所得到酵母葡聚糖仍然含有较多的蛋白质。为了研究蛋白质含量对酵母葡聚糖球磨破碎的影响，采用碱性蛋白酶对葡聚糖进行脱蛋白处理，获得了蛋白质含量为25.65%、23.54%、18.66%和12.31%的葡聚糖，其球磨破碎的实验结果见图2。
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图 2 脱蛋白对酵母葡聚糖球磨破碎的影响Figure 2. Effect of deproteinization on ball-milling pulverization of yeast glucan从图2可以发现，蛋白质含量对酵母葡聚糖的球磨破碎有较大影响。未经脱蛋白处理的酵母葡聚糖的蛋白质含量为26.27%，其球磨后粒径为1487.26 nm。当酵母葡聚糖蛋白质含量从26.27%降低至12.31%时，随着蛋白质含量的降低，其粒径从1487.26 nm降低至1178.34 nm，粒径极显著降低20.77%（P<0.01）。通常一种物质的韧弹性越好越不易被破碎；相反，物质的刚性越强，其越易被破碎。蛋白质的柔韧性可能好于酵母葡聚糖本身，脱蛋白葡聚糖的刚性相对变强，因而破碎效果变好。如何进一步降低酵母葡聚糖的蛋白质含量，并观测其对破碎效果的影响，还有待进一步研究。
2.1.3 冻融对酵母葡聚糖破碎的影响
冻融是常用细胞破壁方法之一。反复冻融过程中细胞内产生的冰晶会对细胞壁产生机械作用导致其破裂，加速细胞内含物的释放[23]。为探究冻融处理对酵母葡聚糖破碎效果的影响，将湿酵母葡聚糖反复冻融，再进行球磨破碎，实验结果见图3。
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图 3 冻融对酵母葡聚糖球磨破碎的影响Figure 3. Effect of freezing-thawing on ball-milling pulverization of yeast glucan由图3可知，未冻融处理的酵母葡聚糖（对照）球磨破碎后，其粒径为2541.07 nm。冻融2次的酵母葡聚糖粒径为2033.42 nm，比对照降低了19.99%，这表明冻融处理改善了酵母葡聚糖的球磨破碎效果，其原因应该是冻融过程中产生的冰晶对葡聚糖产生了机械破坏作用，从而降低了葡聚糖的机械强度。随着冻融次数由2次增加至8次，葡聚糖粒径逐渐减小，从2033.42 nm减小为1704.76 nm。当冻融次数超过8次，球磨后葡聚糖粒径不再显著减小（P>0.05）。因此，适宜的冻融次数为8次。
2.1.4 二氧化氯处理对酵母葡聚糖破碎的影响
将酵母葡聚糖置于不同浓度的二氧化氯溶液中，80 ℃水浴保持30 min，然后进行球磨，实验结果见图4。从图4可以发现，与对照相比，二氧化氯处理能够降低球磨后酵母葡聚糖的粒径。二氧化氯处理的效果与其浓度有关。当二氧化氯浓度为0.5~3.0 g/L时，随着二氧化氯浓度升高，葡聚糖粒径逐渐减小，由1114.83 nm减小至1004.29 nm。当二氧化氯浓度高于3.0 g/L时，酵母葡聚糖粒径降低不显著（P>0.05）。因此，适宜的二氧化氯浓度为3.0 g/L。二氧化氯是一种水溶性强氧化剂。研究表明，二氧化氯遇水会迅速分解产生多种氧化能力极强的活性基团，对许多有机物具有氧化降解效果[24−25]。可能是二氧化氯的氧化降解作用造成酵母葡聚糖的机械强度降低，从而使得其球磨破碎效果变好。二氧化氯对酵母葡聚糖的降解情况还有待进一步研究。
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图 4 二氧化氯处理对酵母葡聚糖球磨破碎的影响Figure 4. Effect of chlorine dioxide treatment on ball-milling pulverization of yeast glucan2.1.5 球磨破碎的工艺优化
在预备实验基础上（数据未显示），以粒径作为指标，选取转速、时间及球料比三因素设计正交试验来优化酵母葡聚糖的球磨破碎工艺，实验结果见表2。
表 2 酵母葡聚糖球磨的正交试验结果Table 2. Orthogonal experiment results of yeast glucan ball-milling实验号 A转速 B时间 C球料比 粒径（nm） 1 1 1 1 188.34±1.99 2 1 2 3 165.06±2.45 3 1 3 2 181.62±3.05 4 2 1 3 131.39±3.09 5 2 2 2 121.78±4.71 6 2 3 1 103.66±1.78 7 3 1 2 82.17±1.09 8 3 2 1 112.91±3.10 9 3 3 3 142.54±3.73 通过表3极差分析可知，各因素对酵母葡聚糖球磨粒径的影响顺序依次为：转速（A）>球料比（C）>时间（B）。酵母葡聚糖球磨的最佳工艺条件为A3B2C2，即转速850 r/min、球料比10:1、球磨时间120 min。该组合为正交试验表以外组合，需进行验证实验，按此条件重复3次验证实验，酵母葡聚糖冻干粉的粒径为81.16±0.35 nm，低于正交试验其他组合的结果。经过测定，其葡聚糖含量为89.52%。
表 3 极差分析Table 3. Range analysis水平 A转速 B时间 C球料比 k1 178.34 133.97 134.97 k2 118.94 133.25 128.52 k3 112.54 142.61 146.33 R 65.80 9.36 17.81 因素主次 转速（A）>球料比（C）>时间（B） 最佳组合 A3B2C2 2.1.6 粒径分布分析
采用最佳工艺制备出纳米酵母葡聚糖，测定其粒径及分布，实验结果见图5。
所制备纳米酵母葡聚糖的平均粒径为81.16±0.35 nm，达到纳米级水平。从图5可以看出，纳米酵母葡聚糖粒径呈现单峰分布，主要分布在40~100 nm范围内，其PDI为0.109±0.03，这表明纳米酵母葡聚糖粒径分布均匀、较窄。侯淑瑶等[26]对采用高压均质法制备出的甘薯纳米淀粉粒径呈正态分布，与本研究结果类似，但其粒径主要分布在126.6~362.7 nm范围内，平均粒径为214.3 nm。因此，球磨破碎法可以制备出粒径分布较窄的纳米酵母葡聚糖。
2.2 纳米酵母葡聚糖与普通酵母葡聚糖的结构及理化性质比较
2.2.1 红外光谱分析
每个分子因其结构差异而有独特的红外吸收光谱，据此可以对分子的结构进行鉴定及分析。图6为酵母葡聚糖（YG）和纳米酵母葡聚糖（YGN）的红外光谱图。
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图 6 酵母葡聚糖（a）和纳米酵母葡聚糖（b）的红外光谱图Figure 6. Infrared spectra of yeast glucan (a) and yeast glucan nanoparticle (b)由图6可以看出，YG和YGN有5个共有的吸收峰。图6中3452.01 cm−1吸收峰是-OH的伸缩振动峰。与YG相比，YGN在此处的吸收峰出现了红移，这可能是由于YGN在球磨破碎的过程中受到机械力的作用，葡聚颗粒分子间的氢键被打开，游离的羟基数目增加。在2915.88 cm−1处的吸收峰是-CH2-的伸缩与反伸缩震动振动吸收峰，此特征峰说明YG和YGN均含有β-1,3键[27]。在1629.58 cm−1处的吸收峰，是由样品中存在水分子[28]或β-葡聚糖中N-H基团[29]引起的。与YG相比，YGN在此处的吸收峰出现了红移并且强度增强，这可能是由于脱蛋白造成的。在1066.46 cm−1处的吸收峰为吡喃环结构中的C-O伸缩振动，表明样品存在吡喃环结构。在890.97 cm−1处的特征峰证明了糖苷键为β-构型，表明二者均含有β-D-吡喃葡萄糖环。由图6还可以发现，与YG相比，球磨破碎所得到的YGN出现新的吸收峰，说明球磨破碎过程中没有新的基团产生，并且糖链上的主要官能团仍然存在，这表明酵母葡聚糖原有的基本化学结构未被破坏和改变。侯淑瑶等[26]采用高压均质法制备出甘薯纳米淀粉，通过红外图谱分析发现，与原淀粉相比，纳米淀粉的基本化学结构未发生改变，与本研究的结果相似。
2.2.2 悬浮稳定性
将YGN和YG干粉配成的悬浊液，在室温下静置8 h，观察其悬浮稳定性，实验结果见图7。
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图 7 纳米酵母葡聚糖（a）和酵母葡聚糖（b）悬浮稳定性结果Figure 7. Suspension stability results of yeast glucan nanoparticle (a) and yeast glucan (b) in water从图7可以看出，YG悬浊液在静置8 h出现了沉积现象，而YGN悬浊液静置8 h却没有出现沉积现象。后续的观察发现，在静置24 h后YGN仍然没有形成沉淀（数据没有显示），这表明YGN具有良好的悬浮稳定性，这一特性有利于其在饮料、乳制品等食品领域的应用。
2.2.3 持水力、持油力和黏度
除了抗肿瘤、降血脂等生理功能外，酵母葡聚糖具有吸水、吸油、乳化等功能，可用作食品添加剂[30]。酵母葡聚糖的制备条件影响其理化性质，进而影响其在食品工业上的应用。由表4可看出，与YG相比，YGN的持水力明显降低，比YG降低了30.1%（P<0.01）。造成此结果的原因可能是：YG呈中空的微囊结构，在YGN制备的过程中，机械作用破坏了YG的微囊结构，从而导致其持水力下降。Zhang等[31]研究发现麸皮膳食纤维超微粉碎处理后持水力降低，与本实验结论一致。就持油力而言，纳米化后YGN持油力比YG提高了15.7%，这可能与YGN具有更大的比表面积有关。李菁等[32]研究发现，超微粉碎改善了豆渣膳食纤维的持油力。高持油力有利于对消化道中脂肪的吸收和排泄起到促进作用，从而增强降血脂功能[33]。高持油力也有利于吸收食物中的油脂，增强饱腹感，降低食品本身的油腻感，达到解腻的作用[34]。持油力的提高有利于纳米酵母葡聚糖应用于降血脂保健食品、减肥食品、饼干、乳制品等食品中。
表 4 YG和YGN的持水力、持油力和黏度Table 4. Water-holding capacity, oil-holding capacity and viscosity of YG and YGN指标 YG YGN 持水力（g/g） 8.30±0.12a 5.80±0.09b 持油力（g/g） 2.36±0.03b 2.73±0.05a 黏度（mPa·s） 6.39±0.06a 4.01±0.04b 注：不同小写字母表示同行数据差异显著（P<0.05）。 由表4还可发现，与YG相比，YGN的黏度降低了37.2%，造成该结果的原因可能与YGN的蛋白质含量低于YG有关。
3. 结论
高温抽提法制备酵母β-葡聚糖的适宜高温抽提时间为8 h。脱蛋白、反复冻融和二氧化氯处理均有利于酵母β-葡聚糖的破碎，使得球磨后酵母β-葡聚糖粒径显著减小。酵母β-葡聚糖的最佳球磨工艺条件为：转速850 r/min、球料比10:1、球磨时间120 min。在上述适宜条件下，球磨后酵母葡聚糖冻干粉的粒径为81.16±0.35 nm，成功地制备出了纳米级酵母葡聚糖，其葡聚糖含量为89.52%。所制备纳米酵母葡聚糖的PDI为0.109±0.03，其粒径分布较窄，主要分布在40~100 nm范围内。红外光谱分析表明，纳米酵母葡聚糖仍保持原有的基本化学结构。纳米酵母β-葡聚糖在水溶液中具有良好悬浮稳定性。与普通酵母葡聚糖相比，纳米酵母葡聚糖的持油力增大，而持水力和黏度降低。纳米化对酵母葡聚糖生理功能如抗肿瘤、降血糖和降血脂的影响有待进一步研究。
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图 2 脱蛋白对酵母葡聚糖球磨破碎的影响
Figure 2. Effect of deproteinization on ball-milling pulverization of yeast glucan
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图 3 冻融对酵母葡聚糖球磨破碎的影响
Figure 3. Effect of freezing-thawing on ball-milling pulverization of yeast glucan
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图 4 二氧化氯处理对酵母葡聚糖球磨破碎的影响
Figure 4. Effect of chlorine dioxide treatment on ball-milling pulverization of yeast glucan
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图 6 酵母葡聚糖（a）和纳米酵母葡聚糖（b）的红外光谱图
Figure 6. Infrared spectra of yeast glucan (a) and yeast glucan nanoparticle (b)
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图 7 纳米酵母葡聚糖（a）和酵母葡聚糖（b）悬浮稳定性结果
Figure 7. Suspension stability results of yeast glucan nanoparticle (a) and yeast glucan (b) in water
表 1 正交试验设计因素与水平
Table 1 Factors and levels in the orthogonal design
水平 因素与水平 A转速（r/min） B时间（min） C球料比 1 750 105 7.5:1 2 800 120 10:1 3 850 135 12.5:1 
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表 2 酵母葡聚糖球磨的正交试验结果
Table 2 Orthogonal experiment results of yeast glucan ball-milling
实验号 A转速 B时间 C球料比 粒径（nm） 1 1 1 1 188.34±1.99 2 1 2 3 165.06±2.45 3 1 3 2 181.62±3.05 4 2 1 3 131.39±3.09 5 2 2 2 121.78±4.71 6 2 3 1 103.66±1.78 7 3 1 2 82.17±1.09 8 3 2 1 112.91±3.10 9 3 3 3 142.54±3.73
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表 3 极差分析
Table 3 Range analysis
水平 A转速 B时间 C球料比 k1 178.34 133.97 134.97 k2 118.94 133.25 128.52 k3 112.54 142.61 146.33 R 65.80 9.36 17.81 因素主次 转速（A）>球料比（C）>时间（B） 最佳组合 A3B2C2
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表 4 YG和YGN的持水力、持油力和黏度
Table 4 Water-holding capacity, oil-holding capacity and viscosity of YG and YGN
指标 YG YGN 持水力（g/g） 8.30±0.12a 5.80±0.09b 持油力（g/g） 2.36±0.03b 2.73±0.05a 黏度（mPa·s） 6.39±0.06a 4.01±0.04b 注：不同小写字母表示同行数据差异显著（P<0.05）。
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