Pokud hovoříme o beta-glukanech, jejich struktuře, vlastnostech, biologické aktivitě a potenciálních zdravotních účincích je potřeba specifikovat o jaký typ a druh beta-glukanu se konkrétně jedná. Obecně již samotný termín „beta-glukan“ není vhodně zvolen. Z chemického hlediska je „beta-glukanem“ jakákoli sloučenina složená z glukosových jednotek navzájem spojených β-glykosidovými vazbami. Nejznámějším a v přírodě nejvíce rozšířeným „beta-glukanem“ je celulosa. Celulosa je ve vodě nerozpustný, vysokomolekulární lineární polymer d-glukosových jednotek vázaných glykosidovými vazbami β-(1→4). Celulosa je základním strukturním polysacharidem buněčných stěn vyšších rostlin [1].

Sloučeniny nazývané beta-glukany (β-glukany) v daném kontextu chápeme jako strukturní (stavební), neškrobové a necelulosové polysacharidy, které mohou být ve vodě částečně rozpustné, bobtnavé, schopné zvyšovat viskozitu roztoku a mohou vykazovat řadu pozitivních fyziologických účinků v lidském organismu. β-glukany jsou zčásti rozpustnou a částečně nerozpustnou vlákninou, patří do skupiny hemicelulos, konkrétně heteroglukanů. Beta-glukany mohou být nevětvené (lineární), nebo větvené polysacharidy. Podle typu glykosidové vazby rozlišujeme vedle beta-glukanů také alfa-glukany. Jedná se zejména o skupinu glukanů z hub, kde jsou glukosové jednotky spojeny vazbami α-(1→3), α-(1→4) nebo α-(1→6), nebo jejich kombinacemi [2, 3, 4].

Polysacharidy nazývané β-glukany, také β-(1→3),(1→4)-d-glukany, nebo β-glukany se smíšenými vazbami jsou složkou buněčných stěn vyšších rostlin a semen (obilek) některých obilovin [1]. Na rozdíl od ovsa, kde jsou β-glukany rozmístěny zejména ve vnějších vrstvách endospermu [5], v zrně ječmene jsou β-glukany přítomny jak v aleuronové vrstvě (25-26 %), tak i v endospermu (70-75 %), jako jedna ze základních složek buněčných stěn [6].

Příbuzné polymery, které se rovněž nazývají β-glukany nebo β-(1→3),(1→6)-d-glukany, jsou syntetizovány vyššími houbami, plísněmi a kvasinkami a nachází se také v mořských řasách. β-glukany tedy slouží jako stavební jednotky buněčných stěn rostlin, řas, hub a kvasinek, a vyplňují prostory mezi celulosovými vlákny [1].

β-glukany mohou být izolovány různými postupy z rostlinných nebo mikrobiálních zdrojů. β-glukany z rozdílných zdrojů se liší svými fyzikálně-chemickými vlastnostmi, jako jsou struktura molekuly, větvení řetězce, typ a počet vazeb v molekule, molekulová hmotnost, rozpustnost, vaznost vody, viskozita apod. S těmito vlastnostmi, s původem a čistotou izolovaných β-glukanů souvisí také odlišná biologická aktivita a  jejich potenciální zdravotní účinky. Izolované frakce β-glukanů jsou významnými doplňky stravy a tvoří součást řady farmaceutických a kosmetických přípravků [4].

Některé β-glukany mají schopnost podporovat imunitní reakce v organismu, a proto se řadí mezi tzv. imunostimulátory (biostimulátory). Jiné β-glukany se podílejí na udržení normální hladiny cholesterolu a glukosy v krvi po jídle apod.

O většině β-glukanů a zejména o jejich chování v lidském těle však nemáme stále dostatečné informace.

Obilné beta-glukany – zdroje a struktura

Nejvýznamnějším zdrojem β-glukanů obilovin je ječmen, kde se obsah β-glukanů pohybuje mezi 2,5-11,3 % (hmotnostní procenta v sušině zrna). V porovnání s ječmenem má oves obsah β-glukanů nižší (do 8 %). V ostatních obilovinách zejména v pšenici a žitě jsou β-glukany zastoupeny v nižším množství, uvádí se kolem 2 % a méně [6, 7]. Sladovnické odrůdy ječmene (většinou pluchaté odrůdy) vykazují nižší obsahy β-glukanů než cíleně šlechtěné odrůdy (většinou bezpluché odrůdy). Mezi speciální odrůdy ječmene vyšlechtěné pro potravinářské využití patří např. německá odrůda betaBarley® [8], české odrůdy AF Lucius® a AF Cesar®, které mají vyšší obsahy β-glukanů (od 4,5 do 6,8 % v sušině zrna) [9].

Obsah β-glukanů v obilovinách závisí na dané obilovině a její odrůdě, pěstebních a klimatických podmínkách. Vyšší obsahy β-glukanů byly nalezeny u odrůd s anomální skladbou škrobu (voskový – waxy, s vysokým obsahem amylopektinu nebo vysokoamylosový, s vysokým obsahem amylosy), u obilovin pěstovaných v extrémních podmínkách (sucho, teplo) anebo u některých ozimých odrůd ječmene [10]. Obsah β-glukanů souvisí i s obsahem škrobu v zrnu. U odrůd s celkovým obsahem škrobu nižším než 40 % byly naměřeny vysoké obsahy β-glukanů (v rozmezí 10-20 %).

β-glukany se nachází v buněčné stěně endospermu (až 75 % z celkového obsahu β-glukanů) a v menší míře pak v aleuronové vrstvě (kolem 25 %) [8, 10]. Rozložení β-glukanů v obilném zrnu závisí na jejich celkovém množství. Bylo zjištěno, že u ječmene s nízkým obsahem β-glukanů se jich nejvíce nachází v aleuronové vrstvě, zatímco u ječmene s průměrným obsahem β-glukanů  se jich více vyskytuje v buněčných stěnách endospermu [10].

V obilných β-glukanech jsou molekuly glukosy spojeny vazbami β-(1→3)-(1→4) do lineárního řetězce, který může obsahovat až 250 000 glukosových jednotek.

Obilné β-glukany obvykle obsahují kolem 70 % reziduí s vazbou β-(1→4) a kolem 30 % reziduí s vazbou β-(1→3). Úseky glukos (většinou 2-3 jednotky) s vazbou β-(1→4) jsou propojeny jednou glukosovou jednotkou s vazbou β-(1→3). Takto strukturně podobné β-glukany se v jednotlivých obilovinách liší v poměru triosylových a tetraosylových jednotek. Pro β-glukany ječmene se tak udává poměr jednotek přibližně 1:3 [11] a pro β-glukany ovsa 1:2 [12] [pozn. poměr 1:3 pro ječmen znamená téměř trojnásobnou převahu jednotek s vazbami β-(1→4) nad jednotkami spojených vazbami β-(1→3)]. V případě pšeničných β-glukanů je poměr 1:4 [13]. Z toho vyplývá (a bylo také chemickou strukturní analýzou potvrzeno), že pšeničné β-glukany mají nižší počet vazeb β-(1→3), pravidelnější strukturu, nižší rozpustnost a odlišné chování (viskozita, tvorba gelu apod.) než ječné a ovesné β-glukany.

Obilné beta-glukany – vlastnosti

Jako již bylo uvedeno, rozpustnost obilných β-glukanů závisí na jejich původu, struktuře a na počtu β-(1→3) vazeb v molekule. Rozpustnost ve vodě klesá v pořadí oves > ječmen > pšenice. S vyšší počtem β-(1→3) jednotek se tedy rozpustnost β-glukanů zvyšuje [1]. Uvádí se, že u ječmene je asi 20 % β-glukanů a u ovsa až 80 % β-glukanů rozpustných ve vodě při teplotě 40 °C [9].

Viskozita a reologické chování β-glukanů v roztoku jsou ovlivněny uspořádáním (konformací) jejich řetězců, molekulovou hmotností a koncentrací. Molekulová hmotnost β-glukanů se pohybuje v širokém rozsahu od desítek do tisíců kDa. S vyšší molekulovou hmotností β-glukanů se zvyšuje viskozita roztoku. β-glukany s vysokou molekulovou hmotností (tisíce kDa) ve vodě bobtnají a vytváří viskózní roztoky. β-glukany s nižší molekulovou hmotností (jednotky kDa,) mohou tvořit tzv. měkké gely. V porovnání  s ječnými nebo ovesnými β-glukany jsou pšeničné β-glukany v roztoku méně stabilní a vytváří gely. Tvorba viskózních roztoků a filmů je nežádoucí při výrobě piva, proto se ve sladovnictví používají výhradně ječmeny s nízkým obsahem β-glukanů [7]. Obdobně i pro zpracování ječmene na bioetanol se zkoumají a šlechtí nové typy ječmene s minimálním obsahem těchto polysacharidů [6]. V ostatních odvětvích potravinářského průmyslu ovlivňují β-glukany zejména konzistenci výrobku a mohou být využívány jako plnidla, stabilizátory, zahušťovadla, náhrady tuku, jako prostředek k prodloužení trvanlivosti výrobku a zpomalení procesu stárnutí, snižují energetickou a zvyšují výživovou hodnotu potravin. Jak již bylo zmíněno, β-glukany jsou součástí doplňků stravy a řady kosmetických produktů [14].

Obilné beta-glukany – zdravotní účinky

V nařízení EU č. 432/2012 jsou uvedena dvě zdravotní tvrzení týkající se účinků obilných β-glukanů: 1) „β-glukany přispívají k udržení normální hladiny cholesterolu v krvi.“ Toto tvrzení smí být použito pouze u potravin, které obsahují nejméně 1 g β-glukanů z ovsa, ovesných otrub, ječmene, ječných otrub nebo ze směsi těchto zdrojů v kvantifikované porci. Aby bylo možné tvrzení použít, musí být spotřebitel informován, že příznivého účinku se dosáhne při přívodu 3 g β-glukanů denně.

2) „Konzumace β-glukanů z ovsa nebo ječmene jakožto součástí jídla přispívá k omezení nárůstu hladiny glukosy v krvi po tomto jídle.“ Tvrzení smí být použito pouze u potravin, které obsahují nejméně 4 g β-glukanů z ovsa nebo ječmene na každých 30 g využitelných sacharidů v kvantifikované porci jakožto součásti jídla. Aby bylo možné tvrzení použít, musí být spotřebitel informován, že příznivého účinku se dosáhne konzumací β-glukanů z ovsa nebo ječmene jakožto součásti jídla [15].

Působení β-glukanů spočívá ve zpomalení vstřebávání glukosy, ve snížení koncentrace postprandiální glukosy a cholesterolu v krvi [16]. Obilný β-glukan s nižší molekulovou hmotností (kolem 80 kDa) má menší vliv na snížení hladiny cholesterolu, může však působit jako významné prebiotikum [17]. Uvádí se, že mechanismus působení β-glukanů je výsledkem schopnosti této obilné vlákniny tvořit gel, který zvyšuje gastrointestinální viskozitu [6, 7]. Tato schopnost je funkcí molekulové hmotnosti (MW) a koncentrace β-glukanů v roztoku (c) a parametr log (MW x c) je tak považován za klíčový indikátor zdravotního účinku β-glukanů. Při komerčním zpracování je udržení co nejvyšší MW jedním z klíčových ukazatelů efektivnosti extrakce, společně s konečnou produkcí obilných beta-glukanů. Volba optimálních podmínek extrakce (zejména teplota a pH) má tak rozhodující význam.

Některé výzkumy ukazují, že pravidelný příjem 3 g rozpustné vlákniny denně (hlavně ječné a ovesné vlákniny) může vést ke snížení vzniku kardiovaskulárních onemocnění až o 25-36 % [6, 7]. β-glukany vážou velké množství vody a v žaludku vytvoří objemnou, viskózní, gelovitou hmotu, která prochází tenkým střevem téměř nezměněna a je zcela nebo částečně rozkládána až mikrobiotou tlustého střeva. Zrychlením nástupu pocitu sytosti a jeho prodloužením je možné předejít přejídání se a zabránit tak rozvoji nadváhy a obezity.

Beta-glukany z hub a kvasinek – zdroje, struktura

Neméně významným zdrojem β-glukanů jsou buněčné stěny hub a kvasinek. Díky odlišné struktuře (v porovnání s obilnými β-glukany) působí β-glukany hub a kvasinek jako tzv. imunomodulátory (modulátory biologické odpovědi; biologicky účinné látky ovlivňující některé biologické funkce) [4, 18].

Mezi zdroje těchto β-glukanů patří hlíva ústřičná, žampion brazilský, různé druhy lišejníků (např. Parmotrema austrosinense), ale i pekařské nebo pivovarnické kvasnice (Saccharomyces cerevisiae). Z cizokrajných hub jsou to pak např. houby shiitake (houževnatec jedlý), reishi (lesklokorka lesklá) a další různé druhy chorošotvarých hub.

Buněčná stěna většiny hub a kvasinek se skládá z pěti hlavních sacharidových složek: β-(1→3)-d-glukanu, β-(1→6)-d-glukanu, α-(1→3)-d-glukanu, chitinu a glykoproteinů (zejména mannoproteinu), přičemž v kvasinkách α-(1→3)-d-glukan většinou chybí [19]. Novější studie však uvádí, že buněčné stěny kvasinky Schizosaccharomyces pombe obsahují i glukany spojené vazbami α-(1→3) [20]. β-glukany s vazbami β-(1→3) a β-(1→6) izolované z buněčné stěny kvasinky Saccharomyces cerevisiae jsou nejintenzivněji studovanými β-glukany, které vykazují nejsilnější biologické účinky v porovnání s ostatními druhy kvasinek [4].

Nejčastěji je řetězec β-glukanů hub tvořen jednotkami β-(1→3)-d-glukanu s místem větvení β-(1→6). β-glukany lišejníku a mechu (někdy nazývané také lichenany) jsou naopak lineární molekuly spojené glykosidovými vazbami β-(1→3) a β-(1→4) s podobným uspořádáním jako obilné beta-glukany [21].

Beta-glukany z hub a kvasinek – zdravotní účinky

Jak již bylo uvedeno, struktura (délka řetězce, stupeň větvení, molekulová hmotnost) a tím i biologická aktivita daného β-glukanu se liší v závislosti na zdroji. β-glukany hub a kvasinek vykazují významnou fyziologickou aktivitu, která je součástí obranných mechanismů buňky (zejména schopnost fagocytózy) [4]. S tím souvisí účinky působení těchto β-glukanů na lidský organismus (imunomodulační a protinádorová aktivita, antioxidační, protizánětlivé nebo analgetické účinky, zvyšují odolnost vůči některým infekcím, podpora hojení ran na kůži, popálenin apod.).

Hlavní funkcí β-glukanů hub a kvasinek je tedy ovlivnění buněk účastnících se imunitních reakcí. Ve zralých houbách jsou hlavní řetězce β-glukanů stočeny do trojité šroubovice stabilizované postranními řetězci (jednoduchá a dvojitá vlákna z β-(1→3)-d-glukopyranosových jednotek) s molekulovou hmotností vyšší než 90 kDa. Díky těmto vlastnostem je podpořena funkce fagocytózy a s tím související zdravotní účinek β-glukanů.

Podmínky izolace, extrakce a přečištění β-glukanů z původního rostlinného nebo mikrobiálního zdroje souvisí s čistotou a biologickou aktivitou preparátu obsahujícího β-glukany. Použitím mírně alkalického roztoku při extrakci β-glukanu došlo k rozvolnění původní helikální struktury β-glukanu a k nepatrnému snížení jeho molekulové hmotnosti. Dosažení vysoké čistoty izolovaného β-glukanu a udržení rozumné ceny doplňku stravy není komerčně možné. Čistota preparátu obsahujícího β-glukany může být vyjádřena jako podíl polysacharidu β-glukanu z celkového obsahu sacharidů. V případě přítomnosti dalších sacharidů jako je glukosa, mannosa, galaktomannany, mannoproteiny apod. může být však toto vyjádření čistoty β-glukanu nepřesné.

β-glukan izolovaný z kvasinek je mimo jiné schopen absorbovat mykotoxiny obilovin, (deoxynivalenol, zearalenon, aflatoxin B1, T-2 toxin a další) [22]. Mechanismus účinku pravděpodobně spočívá v interakci molekul β-glukanu a mykotoxinu a tvorbě komplexní struktury stabilizované vodíkovými vazbami a van der Waalsovými silami. Bylo zjištěno, že krmivo určené pro hospodářská zvířata obohacené tímto β-glukanem zvyšovalo účinek fagocytózy a baktericidní aktivitu makrofágů, což vedlo ke snížení průniku některých nebezpečných bakterií do okolních tkání.

β-glukany vybraných jedlých hub (např. hlíva ústřičná, pečárka dvouvýtrusná, penízovka sametonohá aj.) mohou mít pozitivní vliv na snižování hladiny cholesterolu a lipoproteinu s nízkou hustotou (LDL cholesterolu), což může vést ke snížení rizika vzniku srdečně-cévních onemocnění. Pro dané typy β-glukanů zatím nejsou schválena žádná zdravotní tvrzení.

Další zdroje beta-glukanů (mořské řasy, bakterie)

β-glukany nalezneme i v buněčných stěnách mořských řas rodu Laminaria sp., Adenocystis sp. a dalších. β-glukany hnědých řas rodu Laminaria sp. se nazývají laminarany, zatímco u řas Adenocystis sp. se jedná o fukoidany. Jejich struktura a vlastnosti jsou v popředí zájmu již desítky let [4, 22 a další]. Jedná se především o lineární β-glukany spojené vazbami β-(1→3). Vlastnosti a účinky těchto β-glukanů jsou intenzivně studovány zejména v Japonsku a na Dálném Východě a také na Islandu. Významné cyklické β-glukany se 17 a 40 glukosovými jednotkami spojenými vazbami β-(1→2) jsou produkty bakterií rodu Rhizopus sp.a Agrobacterium sp. [23].

Závěr

V překládaném odborném článku jsou shrnuty vlastnosti a účinky jednotlivých typů a druhů beta-glukanů. Beta-glukany, jako stavební, neškrobové a necelulosové polysacharidy, jsou součástí vlákniny potravy a při pravidelné konzumaci mohou vykazovat řadu ověřených zdravotních účinků. Obilné beta-glukany mají vliv na snížení hladiny cholesterolu a glukosy v krvi po jídle, zvyšují pocit sytosti a podporují střevní peristaltiku. Zatímco beta-glukany z hub a kvasinek mohou působit u člověka i zvířat jako významné imunomodulátory. Zvyšují odolnost vůči virovým, bakteriálním, houbovým nebo parazitárním infekcím, mohou vykazovat antioxidační a analgetické účinky, a mohou preventivně působit proti nádorovým onemocněním. Obecně u všech typů a druhů beta-glukanů platí, že biologická aktivita a účinky beta-glukanů významně závisí na jejich zdroji, použité izolační metodě a na jejich konkrétních fyzikálně-chemických vlastnostech (tj. na struktuře, viskozitě a molekulové hmotnosti) popř. na následných technologických operacích při výrobě potravin a doplňků stravy.

Výživa a potraviny, leden 2018