Glucan (Glucans)

Phân loại Glucan

Glucan được phân loại dựa trên loại liên kết glycosidic giữa các đơn vị glucose. Liên kết glycosidic có thể là α hoặc β, và vị trí liên kết trên vòng glucose cũng khác nhau, tạo ra sự đa dạng trong cấu trúc và tính chất của glucan. Một số loại glucan phổ biến bao gồm:

• α-Glucan: Chứa các liên kết α-glycosidic. Ví dụ bao gồm tinh bột (amylose và amylopectin) và glycogen, đóng vai trò là kho dự trữ năng lượng ở thực vật và động vật. Các liên kết α-glycosidic thường dễ bị thủy phân bởi các enzyme tiêu hóa trong cơ thể động vật. Dextran cũng là một α-glucan được tìm thấy trong vi khuẩn và nấm men, với các liên kết α-(1,6), α-(1,4), α-(1,3) và α-(1,2) glycosidic.
• β-Glucan: Chứa các liên kết β-glycosidic. Loại glucan này thường đóng vai trò cấu trúc trong thành tế bào, và một số loại có hoạt tính sinh học đáng chú ý. Các liên kết β-glycosidic thường khó bị thủy phân hơn so với liên kết α. Một số ví dụ quan trọng bao gồm:
  • Cellulose (β-1,4-glucan): Thành phần chính của thành tế bào thực vật, là một polyme tuyến tính của glucose, cung cấp độ bền cơ học và cấu trúc cho thực vật.
  • Chitin (β-1,4-glucan với N-acetyl glucosamine): Về mặt hóa học, chitin không hoàn toàn là glucan vì có chứa nhóm N-acetyl. Tuy nhiên, chitin có cấu trúc tương tự cellulose và là thành phần chính của bộ xương ngoài của động vật chân đốt và thành tế bào nấm.
  • β-1,3-glucan và β-1,6-glucan: Được tìm thấy trong thành tế bào nấm, vi khuẩn và một số loại tảo. Chúng thường có cấu trúc phân nhánh và có vai trò quan trọng trong việc duy trì hình dạng và độ bền của tế bào. Một số β-glucan, đặc biệt là β-1,3-glucan, có hoạt tính kích thích miễn dịch.
  • Lichenin (β-1,3- và β-1,4-glucan): hỗn hợp các liên kết β, Được tìm thấy trong rêu.

Vai trò và Chức năng của Glucan

Tùy thuộc vào cấu trúc và nguồn gốc, glucan thực hiện nhiều chức năng sinh học khác nhau, bao gồm:

• Dự trữ năng lượng: Tinh bột và glycogen là các α-glucan dự trữ năng lượng ở thực vật và động vật. Chúng được thủy phân thành glucose khi cơ thể cần năng lượng.
• Cấu trúc thành tế bào: Cellulose, chitin và các β-glucan khác cung cấp hỗ trợ cấu trúc và bảo vệ cho tế bào. Cellulose tạo nên “bộ khung” cho thực vật, chitin hình thành lớp vỏ cứng của côn trùng, và β-glucan giúp duy trì hình dạng của nấm.
• Điều hòa miễn dịch: Một số β-glucan, đặc biệt là từ nấm và nấm men, đã được chứng minh là có tác dụng điều hòa miễn dịch, kích thích hệ thống miễn dịch của cơ thể chống lại các tác nhân gây bệnh như vi khuẩn, virus và tế bào ung thư.
• Prebiotic: Một số glucan, đặc biệt là β-glucan từ yến mạch và lúa mạch, có thể hoạt động như prebiotic. Chúng không được tiêu hóa ở ruột non mà đi xuống ruột già, trở thành nguồn thức ăn cho vi khuẩn có lợi, giúp cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột và cải thiện sức khỏe tiêu hóa.
• Ứng dụng trong công nghiệp: Glucan được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp, bao gồm sản xuất thực phẩm (chất làm đặc, chất ổn định), mỹ phẩm (chất dưỡng ẩm, chất tạo màng) và dược phẩm (tá dược, hệ vận chuyển thuốc).

Tóm lại:

Glucan là một nhóm đa dạng các polysaccharide có nguồn gốc từ nhiều sinh vật khác nhau. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc dự trữ năng lượng, cấu trúc tế bào và điều hòa miễn dịch, cũng như có nhiều ứng dụng trong công nghiệp. Sự hiểu biết về cấu trúc và chức năng của glucan là rất quan trọng cho việc phát triển các ứng dụng mới trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Các nguồn Glucan và chiết xuất

Glucan có thể được tìm thấy trong nhiều nguồn tự nhiên, bao gồm:

• Ngũ cốc: Các loại ngũ cốc như yến mạch, lúa mạch và lúa mì chứa β-glucan, chủ yếu nằm trong lớp cám. β-glucan từ ngũ cốc thường có tác dụng làm giảm cholesterol và cải thiện sức khỏe tim mạch.
• Nấm: Nấm như nấm hương (shiitake), maitake và reishi là nguồn giàu β-glucan, đặc biệt là β-1,3-glucan và β-1,6-glucan. β-glucan từ nấm thường được biết đến với khả năng tăng cường hệ miễn dịch.
• Nấm men: Thành tế bào nấm men, đặc biệt là <em>Saccharomyces cerevisiae</em> (nấm men bánh mì), chứa β-1,3-glucan và β-1,6-glucan.
• Tảo: Một số loại tảo, chẳng hạn như tảo nâu và tảo lục, cũng chứa β-glucan.
• Vi khuẩn: Một số vi khuẩn, chẳng hạn như <em>Acetobacter xylinum</em>, sản xuất cellulose (β-1,4-glucan).

Các phương pháp chiết xuất glucan khác nhau tùy thuộc vào nguồn và loại glucan mong muốn. Các phương pháp thường được sử dụng bao gồm chiết xuất bằng nước nóng, chiết xuất bằng kiềm (dung dịch NaOH hoặc KOH), chiết xuất bằng enzyme (sử dụng các enzyme như cellulase, glucanase) và kết tủa bằng ethanol. Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng về hiệu suất chiết xuất, độ tinh khiết và tính chất của sản phẩm glucan thu được.

Lợi ích sức khỏe tiềm năng của β-glucan

β-glucan, đặc biệt là từ nấm và nấm men, đã được nghiên cứu rộng rãi về lợi ích sức khỏe tiềm năng của chúng. Các nghiên cứu tập trung vào khả năng điều hòa miễn dịch, tác dụng chống oxy hóa, và vai trò trong việc cải thiện sức khỏe đường ruột. Dưới đây là một số lợi ích nổi bật:

• Tăng cường hệ miễn dịch: β-glucan có thể kích hoạt các tế bào miễn dịch, chẳng hạn như đại thực bào, tế bào tiêu diệt tự nhiên (NK) và tế bào T, bằng cách liên kết với các thụ thể đặc hiệu trên bề mặt của chúng. Sự hoạt hóa này giúp tăng cường khả năng của hệ miễn dịch trong việc phát hiện và tiêu diệt các tác nhân gây bệnh (vi khuẩn, virus, nấm) và tế bào ung thư.
• Kháng viêm: β-glucan có thể có tác dụng kháng viêm, giúp giảm các triệu chứng của các bệnh viêm nhiễm, như viêm khớp, viêm ruột. Cơ chế kháng viêm có thể liên quan đến việc điều hòa sản xuất các cytokine (các chất truyền tin của hệ miễn dịch).
• Giảm cholesterol: Một số nghiên cứu cho thấy β-glucan, đặc biệt là β-glucan từ yến mạch và lúa mạch, có thể giúp giảm mức cholesterol LDL (“xấu”) trong máu, từ đó giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch. Cơ chế có thể là do β-glucan làm tăng độ nhớt trong ruột, cản trở hấp thu cholesterol và tăng bài tiết acid mật (chứa cholesterol).
• Điều hòa đường huyết: β-glucan có thể giúp cải thiện kiểm soát đường huyết ở những người mắc bệnh tiểu đường type 2, bằng cách làm chậm quá trình hấp thu glucose từ ruột vào máu, và tăng độ nhạy của cơ thể với insulin.
• Hỗ trợ sức khỏe đường ruột: β-glucan có thể hoạt động như prebiotic, thúc đẩy sự phát triển của vi khuẩn có lợi trong đường ruột (như <em>Lactobacillus</em> và <em>Bifidobacterium</em>). Sự cân bằng của hệ vi sinh vật đường ruột có vai trò quan trọng đối với sức khỏe tổng thể, không chỉ tiêu hóa mà còn cả miễn dịch và thần kinh.

Lưu ý: Mặc dù có nhiều nghiên cứu đầy hứa hẹn, nhưng vẫn cần nhiều nghiên cứu hơn, đặc biệt là các thử nghiệm lâm sàng quy mô lớn trên người, để xác nhận đầy đủ lợi ích sức khỏe của β-glucan và xác định liều lượng tối ưu, dạng dùng hiệu quả, cũng như các tương tác có thể có với thuốc hoặc các chất bổ sung khác.

• Vetvicka, V., & Vannucci, L. (2003). Beta-glucans as immunomodulators. Journal of the American Nutraceutical Association, 6(6), 30-35.
• Brown, G. D., & Gordon, S. (2001). Immune recognition. A new receptor for β-glucans. Nature, 413(6851), 36-37.
• Bohn, J. A., & BeMiller, J. N. (1995). (1→3)-β-D-Glucans as biological response modifiers: a review of structure-functional activity relationships. Carbohydrate Polymers, 28(1), 3-14.

Câu hỏi và Giải đáp

Sự khác biệt chính giữa α-glucan và β-glucan là gì và điều này ảnh hưởng đến chức năng của chúng như thế nào?

Trả lời: Sự khác biệt chính nằm ở loại liên kết glycosidic giữa các đơn vị glucose. α-glucan có liên kết α-glycosidic, trong khi β-glucan có liên kết β-glycosidic. Sự khác biệt về cấu trúc này ảnh hưởng đáng kể đến khả năng tiêu hóa và chức năng của chúng. α-glucan, như tinh bột, có thể dễ dàng bị enzyme của con người phân hủy và được sử dụng làm nguồn năng lượng. Ngược lại, β-glucan, như cellulose, không thể bị enzyme của con người phân hủy, và do đó đóng vai trò cấu trúc trong thực vật hoặc như chất xơ trong chế độ ăn uống của con người.

β-glucan từ các nguồn khác nhau (ví dụ: nấm, yến mạch, nấm men) có cấu trúc và hoạt tính sinh học giống nhau không?

Trả lời: Không, β-glucan từ các nguồn khác nhau có thể có cấu trúc và hoạt tính sinh học khác nhau. Ví dụ, β-glucan trong yến mạch chủ yếu là β-1,3 và β-1,4-glucan tuyến tính, trong khi β-glucan trong nấm thường có cấu trúc phân nhánh với cả liên kết β-1,3 và β-1,6. Sự khác biệt về cấu trúc này ảnh hưởng đến khả năng hòa tan, độ nhớt và tương tác của chúng với hệ thống miễn dịch.

Cơ chế hoạt động của β-glucan trong việc điều hòa miễn dịch là gì?

Trả lời: β-glucan được cho là tương tác với các thụ thể cụ thể trên các tế bào miễn dịch, chẳng hạn như đại thực bào, tế bào đuôi gai và tế bào NK (natural killer). Sự tương tác này kích hoạt các tế bào miễn dịch, làm tăng sản xuất cytokine và tăng cường hoạt động thực bào, dẫn đến phản ứng miễn dịch mạnh mẽ hơn.

Liều lượng β-glucan khuyến nghị để đạt được lợi ích sức khỏe là bao nhiêu?

Trả lời: Hiện chưa có liều lượng β-glucan khuyến nghị chính thức cho tất cả các loại β-glucan. Liều lượng tối ưu có thể thay đổi tùy thuộc vào nguồn của β-glucan, cấu trúc cụ thể của nó và kết quả sức khỏe mong muốn. Nghiên cứu thêm là cần thiết để xác định liều lượng hiệu quả và an toàn cho các ứng dụng cụ thể.

Ngoài lợi ích đối với hệ miễn dịch và sức khỏe đường ruột, còn có những ứng dụng tiềm năng nào khác của β-glucan?

Trả lời: β-glucan đang được nghiên cứu về tiềm năng của chúng trong một số ứng dụng khác, bao gồm:

• Kiểm soát cholesterol: Một số nghiên cứu cho thấy β-glucan có thể giúp giảm mức cholesterol LDL (“xấu”).
• Điều hòa đường huyết: β-glucan có thể có tác dụng tích cực đối với kiểm soát đường huyết ở những người mắc bệnh tiểu đường.
• Vật liệu sinh học: Tính chất tạo màng và tạo gel của β-glucan làm cho chúng trở thành ứng cử viên đầy hứa hẹn cho các ứng dụng trong kỹ thuật mô và phân phối thuốc.