Varietal and annual variations in the contents of ${\beta}$-glucan fractions per weight grain samples were examined in sixteen covered and eighteen naked barley and five oat cultivars developed in Korea. Also, the effect of pearling on ${\beta}$-glucan content was investigated. Average contents of total, soluble and insoluble ${\beta}$-glucan fractions were 5.25, 3.72, and 1.53%, respectively, in covered barley, and 5.86, 3.51, and 2.35%, respectively, in naked barley. Soluble ${\beta}$-glucan content was higher in covered barley, though total ${\beta}$-glucan content higher in naked barley. The total and insoluble ${\beta}$-glucan contents were higher in pearled grains. Total ${\beta}$-glucan content was higher in waxy barley than in non-waxy barley. Duwonchapssalbori, a two-rowed and waxy naked barley cultivar, was highest in total, soluble and insoluble ${\beta}$-glucan contents. Highly significant positive correlations were observed between total ${\beta}$-glucan and soluble ${\beta}$-glucan contents both in covered and naked barley. There were significant annual variations in total ${\beta}$-glucan content in barley. Average contents of total, soluble and insoluble ${\beta}$-glucans of oat cultivars were 4.33, 3.44, and 0.89%, respectively. Contents of all fractions of ${\beta}$-glucans were higher in barley than in oat. These results would be useful for the breeding of high ${\beta}$-glucan variety and also for the use barley and oat as valueadded food ingredients.
Lee, Sang Hoon;Jang, Gwi Yeong;Hwang, In Guk;Kim, Hyun Young;Woo, Koan Sik;Kim, Kee Jong;Lee, Mi Ja;Kim, Tae Jip;Lee, Junsoo;Jeong, Heon Sang
Preventive Nutrition and Food Science
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제20권2호
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pp.110-118
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2015
This study was performed to investigate changes in the content and purity, as well as physical characteristics of ${\beta}$-glucan extracted from acid hydrolyzed whole grain barleys. Waxy and non-waxy barleys (Hordeum vulgare) were hydrolyzed with different concentrations of HCl (0.1~0.5 N) for 1 h. As the HCl concentration increased, the contents of total and soluble ${\beta}$-glucan from acid hydrolyzed barley decreased. However the ratio of soluble/total ${\beta}$-glucan content and purities of ${\beta}$-glucan significantly increased. The ratio of ${\beta}-(1{\rightarrow}4)/{\beta}-(1{\rightarrow}3)$ linkages, molecular weight, and viscosity of soluble ${\beta}$-glucan of raw barleys were 2.28~2.52, $6.0{\sim}7.0{\times}10^5g/mol$, and 12.8~32.8 centipoise (cP). Those of isolated soluble ${\beta}$-glucan were significantly decreased to 2.05~2.15, $6.6{\sim}7.8{\times}10^3g/mol$, and 3.6~4.2 cP, respectively, with increasing acid concentration. The re-solubility of raw barley ${\beta}$-glucan was about 50%, but increased to 97% with increasing acid concentration. Acid hydrolysis was shown to be an effective method to produce ${\beta}$-glucan with high ratio of soluble ${\beta}$-glucan content, purity, water solubility, and low viscosity.
[ ${\beta}$ ]-1,3-Glucans enhance immune reactions such as antitumor, antibacterial, antiviral, anticoagulatory, and wound healing activities. ${\beta}$-1,3-Glucans have various functions depending on the molecular weight, degree of branching, conformation, water solubility, and intermolecular association. The molecular weight of the soluble glucan was about 15,000 as determined by a high-performance size exclusion chromatography. From the infrared (IR) and $^{13}C$ NMR analytical data, the purified soluble glucan was found to exclusively consist of ${\beta}$-D-glucopyranose with 1,3 linkage. We tested the immunestimulating activities of the soluble ${\beta}$-1,3-glucan extracted from Agrobacterium sp. R259 KCTC 1019 and confirmed the following activities. IFN-$_{\gamma}$ and each cytokines were induced in the spleens and thymus of mice treated with soluble ${\beta}$-1,3-glucan. Adjuvant effect was observed on antibody production. Nitric oxide was synthesized in monocytic cell lines treated with ${\beta}$-1,3-glucan. The cytotoxic and antitumor effects were observed on various cancer cell lines and ICR mice. These results strongly suggested that this soluble ${\beta}$-1,3-glucan could be a good candidate for an immune-modulating agent.
알칼리 가수분해에 따른 보리 ${\beta}$-glucan의 이화학적 특성변화를 살펴보기 위하여 새쌀보리, 새찰쌀보리 및 흰찰쌀보리에 0.2~1.0 N NaOH를 처리하였으며, 총 및 수용성 ${\beta}$-glucan의 함량 및 순도, 수용성 ${\beta}$-glcuan의 분자량, 점도 및 재용해율을 살펴보았다. 3품종 보리의 총 ${\beta}$-glucan 함량은 7.77~8.40% 범위이었으며, 알칼리 가수분해 농도가 증가함에 따라 6.89~7.54% 범위로 감소하였다. 수용성 ${\beta}$-glucan의 함량은 무처리의 4.16~4.80% 범위에서 알칼리 가수분해 농도가 증가함에 따라 4.30~4.82% 범위로 유의적인 차이가 없었다. 수용성 ${\beta}$-glucan의 순도는 3품종 모두 30.91~35.79% 범위이었으나, 알칼리 가수분해에 의해 74.02~81.41%까지 증가하였다. 분자량은 메성보리보다 찰성보리가 더 컸으며, 알칼리 가수분해 농도가 증가함에 따라서 크게 감소하였다. ${\beta}$-Glucan 수용액의 점도는 알칼리 가수분해 농도가 증가함에 따라 감소하였으며, 메성보리보다 찰성보리가 높았고, 흰찰쌀보리보다 새찰쌀보리가 높았다. 재용해율은 무처리의 50~55% 범위에서 알칼리 가수분해 농도가 증가함에 따라 증가하여 1.0 N NaOH 처리구에서 80.00~87.66% 범위로 증가하였다.
한국산 보리 및 귀리품종의 수용성, 불용성 및 총 ${\beta}-glucan$ 함량을 분석하여 ${\beta}-glucan$의 용해성을 조사하였다. 보리원맥의 총 ${\beta}-glucan$ 함량은 $3.3{\sim}5.6%$ 범위였으며 $65{\sim}70%$ 정맥수율로 도정하여 껍질 및 강층을 제거한 정맥의 ${\beta}-glucan$ 함량은 $3.5{\sim}7.1%$로 증가하였다. 보리원맥의 수용성 ${\beta}-glucan$ 함량은 $1.4{\sim}3.3%$의 분포였으며 총 ${\beta}-glucan$에 대한 수용성 ${\beta}-glucan$의 백분을로 나타낸 용해성(% solubility)은 $43{\sim}61%$ 범위로 총량의 약 반가량이 수용성인 것으로 나타났다. 보리정맥에 있어서는 총 ${\beta}-glucan$과 불용성 ${\beta}-glucan$ 함량은 증가한 반면 수용성 ${\beta}-glucan$은 약간 감소하는 경향을 보여 용해성이 $35{\sim}55%$로 원맥보다 다소 낮았다. 귀리는 총 ${\beta}-glucan$ 함량이 겉귀리에서 $3.1{\sim}4.0%$, groats에서 $4.0{\sim}4.8%$였으며 불용성 ${\beta}-glucan$ 함량이 $0.5{\sim}0.7%$로 보리에서 보다 훨씬 낮아 추출되어 나오는 수용성 ${\beta}-glucan$은 약 84%로 매우 높게 나타났다. 보리와 귀리는 추출초기에 빠른 속도로 ${\beta}-glucan$이 추출되었으며 귀리가 보리에 비해 추출이 보다 급격히 이루어졌는데 $2{\sim}3$시간 후에는 대부분의 수용성 ${\beta}-glucan$이 추출되었다 추출온도가 $23{\sim}45^{\circ}C$로 증가함에 따라 수용성 추출량이 증가하였으나 $65^{\circ}C$에서는 보리의 경우 추출량이 떨어졌다. 보리 및 귀리는 증자에 의한 가열처리에 의해 불용성 ${\beta}-glucan$ 함량이 증가하여 ${\beta}-glucan$의 용해성이 떨어진 반면 보리의 볶음처리에서는 ${\beta}-glucan$이 가용화됨에 따라 용해성이 증가하는 것으로 나타났다.
Some properties of $\beta$-1, 3-glucan synthase system in Saccharamyces cerevisiae were investigated. By extraction with detergent and salt, the membrane preparations could be dissociated into two components, one soluble, the other still membrane bound. Both components, in addition to GTP, were necessary for the activity of $\beta$-1, 3-glucan synthase like other fungi. The protective effect of guanosine nucleotides on the soluble factor pointed to the possibility that this fraction contained a GTP-binding protein. Addition of increasing amounts of soluble factor to a constant amount of insoluble catalytic factor, vice versa, gave rise to a saturation curve. These results, including different types of evidence, indicate that the soluble factor and the catalytic factor form a complex.
Kim, Ji-Yong;Jin, Li-Hua;Kim, Jung-Kyu;Lee, Jung-Heon
한국생물공학회:학술대회논문집
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한국생물공학회 2005년도 생물공학의 동향(XVII)
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pp.668-671
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2005
In this study, the full gene of the putative ${\beta}-1,3-glucan$ synthase catalytic subunit(gi:40556679) in Agrobacteriujm sp. ATCC31750 was cloned into E. coli BL21(DE). We found that putative ${\beta}-1,3-glucan$ synthase catalytic subunit full gene mutant(E. coli mutant FC) produced soluble glucan.instead of curdlan(insoluble glucan).
A ${\beta}$-glucan synthase gene was isolated from the genomic DNA of polypore mushroom Sparassis crispa, which reportedly produces unusually high amount of soluble ${\beta}$-1,3-glucan (${\beta}$-glucan). Sequencing and subsequent open reading frame analysis of the isolated gene revealed that the gene (5,502 bp) consisted of 10 exons separated by nine introns. The predicted mRNA encoded a ${\beta}$-glucan synthase protein, consisting of 1,576 amino acid residues. Comparison of the predicted protein sequence with multiple fungal ${\beta}$-glucan synthases estimated that the isolated gene contained a complete N-terminus but was lacking approximately 70 amino acid residues in the C-terminus. Fungal ${\beta}$-glucan synthases are integral membrane proteins, containing the two catalytic and two transmembrane domains. The lacking C-terminal part of S. crispa ${\beta}$-glucan synthase was estimated to include catalytically insignificant transmembrane ${\alpha}$-helices and loops. Sequence analysis of 101 fungal ${\beta}$-glucan synthases, obtained from public databases, revealed that the ${\beta}$-glucan synthases with various fungal origins were categorized into corresponding fungal groups in the classification system. Interestingly, mushrooms belonging to the class Agaricomycetes were found to contain two distinct types (Type I and II) of ${\beta}$-glucan synthases with the type-specific sequence signatures in the loop regions. S. crispa ${\beta}$-glucan synthase in this study belonged to Type II family, meaning Type I ${\beta}$-glucan synthase is expected to be discovered in S. crispa. The high productivity of soluble ${\beta}$-glucan was not explained but detailed biochemical studies on the catalytic loop domain in the S. crispa ${\beta}$-glucan synthase will provide better explanations.
Ha Chang-Hoon;Lim Ki-Hong;Jang Se-Hwan;Yun Cheol-Won;Paik Hyun-Dong;Kim Seung-Wook;Kang Chang-Won;Chang Hyo-Ihl
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제16권4호
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pp.576-583
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2006
The alkali-soluble glucan of the yeast cell wall contains $\beta-(1,3)-$ and (1,6)-D-linkages and is known to systemically enhance the immune system. In the previous study [6], in order to isolate cell wall mutants, a wild-type strain was mutagenized by exposure to ultraviolet light, and the mutants were then selected via treatment with laminarinase $(endo-\beta-(1,3)-D-glucanase)$. The mass of alkali- and water-soluble glucans produced by the mutant was measured to be 33.8 mg/g of the dry mass of the yeast cell. Our results showed that the mutants generated the amount of alkali-soluble glucan 10-fold higher than that generated by the wild-type. Structural analysis showed that the alkali-soluble glucan from the mutants was associated with a higher degree of $\beta-(1,6)-D-linkage$ than was observed in conjunction with the wild-type. Yeast cell wall $\beta-glucan$ was shown to interact with macrophages via receptors, thereby inducing the release of tumor necrosis factor alpha $(TNF-\alpha)$ and nitric oxide. Alkali-soluble $\beta-glucans$, both from water-soluble and water-insoluble glucan, exhibited a higher degree of macrophage activity with regard to both the secretion of tumor necrosis factor alpha $(TNF-\alpha)$ and nitric oxide and direct phagocytosis, than did the positive control ($1{\mu}g$ of lipopolysaccharide).
To explore the possible usefulness of ${\beta}$-glucans as natural antioxidants, the antioxidant profiles of ${\beta}$-glucan, extracted from Saccharomyces cerevisiae KCTC 7911, and water soluble and insoluble mutant ${\beta}$-glucan, isolated from yeast mutant S. cerevisiae IS2, were examined by five different in vitro evaluation methods: lipid peroxidation value (POV), nitric oxide (NO), 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) radical, reducing power, and ${\beta}$-carotene diffusion assay. The antioxidant activities of all ${\beta}$-glucans evaluated in POV test were comparable to or better than that of the known antioxidant, vitamin C. Remarkably, the ${\beta}$-glucan and water insoluble mutant ${\beta}$-glucan possessed 2.5-fold more potent activity than vitamin C at a dosage of 2 mg. Although vitamin C showed 100-fold greater activity than all ${\beta}$-glucans in NO and DPPH tests for measuring the radical scavenging capacity, all ${\beta}$-glucans revealed higher radical scavenging activity than the known radical scavenger, N-acetyl-L-cysteine (NAC), in DPPH test. The water insoluble mutant ${\beta}$-glucan had 2.6- and 5-fold greater antioxidative activity than water soluble ${\beta}$-glucan in NO and DPPH tests, respectively, showing that all ${\beta}$-glucans were able to scavenge radicals such as NO or DPPH. While all ${\beta}$-glucans revealed lower antioxidant profiles than vitamin C in both reducing power activity and ${\beta}$-carotene agar diffusion assay, the ${\beta}$-glucan and water insoluble mutant ${\beta}$-glucan did show a marginal reducing power activity as well as a considerable ${\beta}$-carotene agar diffusion activity. These results confirmed the potential usefulness of these ${\beta}$-glucans as natural antioxidants.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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