Beta-Glucane (β-Glucane) bezeichnet eine Gruppe von verschiedenen hochmolekularen β-D-Glucose-Polysacchariden, welche in den Zellwänden von Getreide, Bakterien und Pilzen oder in freier Form als Paramylone in Algen vorkommen. Auch Cellulose und Chitin sind Glucane mit β-glycosidischer Bindung. mini|Cellulose ist ein Beispiel eines (1→4)-β-D-Glucans, aufgebaut aus Glucose-Monomeren mini|Darstellung einer (1→3)-β-D-Glucan-Bindung Im Wesentlichen treten β-1,3-, β-1,4- und β-1,6-Glucane auf. In Abhängigkeit von der Art der Bindung weisen β-Glucane signifikant unterschiedliche physikalisch-chemische Eigenschaften auf. Daher entfalten β-Glucane verschiedener Quellen im menschlichen Körper unterschiedliche Effekte. Die Nummerierung stammt von den an der Glucanbindung teilnehmenden C-Atomen der Glucose in seiner Sesselform. mini|Nummerierung der C-Atome im Glucose-Molekül in seiner Sesselform
Typen und Vorkommen β-Glucane wurden erstmals in Flechten entdeckt und kurz darauf in Gerste.
β-Glucane sind ein natürlicher Bestandteil der Zellwände von Bakterien, Pilzen und Pflanzen. In Protisten können β-Glucane ungebunden in der Form von Paramylonen vorkommen. Die verschiedenen Arten von β-Glucanen sind durch unterschiedliche Bindungen der Glucose-Moleküle charakterisiert, außerdem durch verschiedene Verzweigungsgrade und unterschiedliches Molekulargewicht, wodurch Löslichkeit und andere physiologische Eigenschaften wesentlich beeinflusst werden. Beta-glycosidische Bindungen können nicht unmittelbar von den meisten Tieren verstoffwechselt werden, da sie keine eigenen Verdauungsenzyme zur Spaltung der β-glycosidischen Bindung besitzen (allerdings besitzen sie dazu befähigte Enzyme außerhalb ihrer Verdauung, beispielsweise als Lysozym).Vivian Tullio, Roberta Spaccapelo, Manuela Polimeni: Lysozymes in the animal kingdom. In: Human and Mosquito Lysozymes. 2014, ISBN 978-3-319-09431-1, S. 45–57. Innerhalb ihrer Verdauung sind Mikroorganismen ihres Mikrobioms am Abbau von glyosidischen Bindungen engagiert. Wegen der geringen Abbaurate zählen β-Glucane zu den Ballaststoffen.
β-Glucane aus Getreide bestehen aus β-1,3- und β-1,4-verknüpften D-Glucopyranose-Einheiten. Hefe-β-Glucane sind β-1,3- und β-1,6-glycosidisch verknüpft. Die β-Glucane in Gerste sind zu 27 % in den Wänden der Aleuronzellen und zu 73 % in den Zellwänden des Endosperms vorhanden,R. S. Bhatty: Physiochemical and functional breadmaking properties of hull-les barley fractions. In: Cereal Chemistry. Band 63, Nr. 1, 1986, S. 31. während sich die β-Glucane des Hafers in der Subaleuronschicht konzentrieren.W. Ternes: Naturwissenschaftliche Grundlagen der Lebensmittel-Zubereitung. 2. Auflage. Behrs Verlag, 1994. Die Brotgetreide Weizen (0,8 %) und Roggen (2,3 %) enthalten nur geringe Mengen β-Glucan. Andere Quellen sind einige Algenarten,J. Teas: The dietary intake of Laminarin, a brown seaweed, and breast cancer prevention. In: Nutrition and cancer. Lawrence Erlbaum Associates. Band 4, Nr. 3, 1983, S. 217–222. doi:10.1080/01635588209513760. PMID 6302638. Protisten wie Euglena gracilis sowie verschiedene Arten von Pilzen wie Reishi (Glänzender Lackporling, Ganoderma lucidum), Ganoderma applanatum,Isolation and characterization of antitumor active β-d-glucans from the fruit bodies of Ganoderma applanatum. In: Carbohydrate Research. Band 115, 16. April 1983, S. 273–280. doi:10.1016/0008-6215(83)88159-2. Shiitake, Chaga (Schiefer Schillerporling) und Maitake (Gemeiner Klapperschwamm).S. P. Wasser, A. L. Weis: Therapeutic effects of substances occurring in higher Basidiomycetes mushrooms: a modern perspective. In: Critical reviews in immunology. Begell House. Band, United States Band 19, Nr. 1, 1999, S. 65–96. doi:10.1615/critrevimmunol.v19.i1.30. PMID 9987601.
Für Nahrungsergänzungsmittel und Lebensmittel werden β-1,3-D-Glucane zum Beispiel aus der Zellwand der Backhefe Saccharomyces cerevisiae gewonnen oder sind natürlicher Bestandteil des Protisten Euglena gracilis. Die so gewonnenen β(1,3)D-Glucane sind oft unlöslich. β-1,3- und β-1,4-Glucane werden auch aus Haferkleie sowie aus dem Korninneren von Gerste extrahiert. Von β-Glucan-Gersten dienen die Körner auch in Form von Gersten-Flocken und Gerstenmehl für Brote und Backwaren als β-Glucan-Lieferant.
Beim Brauen von Bier fallen β-Glucane als unerwünschte Nebenprodukte an, da sie ein Indikator für vermindertes Mälzen sind und die Viskosität der Bierwürze erhöhen.V. Sileoni, O. Marconi, G. Perretti: Near-infrared Spectroscopy in the Brewing Industry. In: Critical reviews in food science and nutrition. Band 55, Nummer 12, 2015, S. 1771–1791, doi:10.1080/10408398.2012.726659. PMID 24915307.
Eigenschaften Je nach der Form des β-Glucan ergeben sich unterschiedliche Eigenschaften.
1,3-gebundene β-Glucane sind Ballaststoffe, welche nicht verdaut werden können, aber im Darm vom Körper als fremd erkannt werden. Beta-Glucane mit β-(1→3) und β-(1→6)-Verzweigung binden an die Rezeptoren Dectin-1, Komplementrezeptor 3 (CR3) und Toll-like Rezeptoren (TLR).N. Dalonso, G. H. Goldman, R. M. Gern: β-(1→3),(1→6)-Glucans: medicinal activities, characterization, biosynthesis and new horizons. In: Applied Microbiology and Biotechnology. Band 99, Nummer 19, Oktober 2015, S. 7893–7906, doi:10.1007/s00253-015-6849-x. PMID 26252967. Einige Studien lassen darauf schließen, dass Beta-Glucane hierdurch immunmodulatorische Eigenschaften haben.
Eine tägliche Aufnahme von 3 g β-Glucan aus Gerste (1,3 u. 1,4) reduziert den LDL-Spiegel und kann das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen senken.Amtsblatt der Europäischen Union, Verordnung (EU) Nr. 1048/2012 Der Kommission vom 8. November 2012 zur Zulassung einer gesundheitsbezogenen Angabe über Lebensmittel betreffend die Verringerung eines Krankheitsrisikos, Artikel 14 Absatz 1 Buchstabe a: gesundheitsbezogene Angabe über die Verringerung eines Krankheitsrisikos.H. V. Ho, J. L. Sievenpiper, A. Zurbau, S. Blanco Mejia, E. Jovanovski, F. Au-Yeung, A. L. Jenkins, V. Vuksan: The effect of oat β-glucan on LDL-cholesterol, non-HDL-cholesterol and apoB for CVD risk reduction: a systematic review and meta-analysis of randomised-controlled trials. In: The British journal of nutrition. Band 116, Nummer 8, Oktober 2016, S. 1369–1382, doi:10.1017/S000711451600341X. PMID 27724985. Der genaue Stoffwechselprozess für diesen Effekt ist noch nicht geklärt.
Auch fördern β-Glucane das Wachstum gesunder Darmbakterien, wie dem Lactobazillus, in der Art eines Prebiotikums, also als „Futter“ für die Bakterien.
Lösliche β-Glucane finden als Ballaststoffe in verschiedenen medizinisch verwendeten Nahrungsergänzungsmitteln, in kosmetischen Produkten Anwendung und als Texturierungsmittel in Lebensmitteln Verwendung.
Wirkung
Durchblutung β-Glucane aus Hafer und Gerste erzeugen eine Vielzahl von physiologischen Wirkungen, die sich teilweise positiv auf die Gesundheit auswirken. β-Glucane aus Gerste und Hafer wurden bei Probanden mit Hypercholesterinämie im Hinblick auf ihre Auswirkungen auf die Senkung des Herzinfarkt-Risikos untersucht.G. F. Keogh, G. J. Cooper, T. B. Mulvey, B. H. McArdle, G. D. Coles, J. A. Monro, S. D. Poppitt: Randomized controlled crossover study of the effect of a highly beta-glucan-enriched barley on cardiovascular disease risk factors in mildly hypercholesterolemic men. In: The American Journal of Clinical Nutrition. United States: American Society of Clinical Nutrition. Band 78, Nr. 4, Oktober 2003, S. 711–718. PMID 14522728. β-1,3/1,4-Glucan senkt vermutlich einen erhöhten Cholesterinspiegel und vermindert damit einen wichtigen Risikofaktor für Gefäßerkrankungen, wie Arteriosklerose, Bluthochdruck, Herzinfarkt und Schlaganfall.J. T. Braaten, P. J. Wood, F. W. Scott, M. S. Wolynetz, M. K. Lowe, P. Bradley-White, M. W. Collins: Oat beta-glucan reduces blood cholesterol concentration in hypercholesterolemic subjects. In: Eur J Clin Nutrition. Band 48, 1994, S. 465–474, PMID 7956987.
Verdauung β-Glucane aus Getreide erhöhen bei einer ausreichend hohen Konzentration in der Nahrung die Viskosität des Speisebreis im Magen-Darm-Trakt.H. Anttila, T. Sontag-Strohm, H. Salovaara: Viscosity of beta-glucan in oat products. In: Agricultural and Food Science. Band 13, 2004, S. 80–87. Sie verzögern so den Abbau der Nährstoffe, insbesondere den Aufschluss von Kohlenhydraten zu Zucker und die Resorption ins Blut. Der Verzehr von Hafer- und Gerstenprodukten mit einem hohen β-Glucan-Gehalt führt so zu einem geringeren Anstieg des Blutzuckerspiegels nach den Mahlzeiten und einer verringerten Insulinausschüttung. Das gilt für Diabetiker und Nicht-Diabetiker gleichermaßen. Ein solcher Effekt auf Blutzucker und Insulinspiegel ist für β-Glucane aus Hafer und aus Gerste nachgewiesen; ob dies auch für Fertigprodukte mit unter Hochdruck gegartem Hafer gilt, ist nicht nachgewiesen. Zudem verringern β-Glucane aus Gerste Artikel 14 Absatz 1 Buchstabe a: gesundheitsbezogene Angabe über die Verringerung eines Krankheitsrisikos. und Hafer den Cholesteringehalt im Blut, wodurch das Risiko einer koronaren Herzerkrankung sinkt.EFSA Panel on Dietetic Products NaAN (2011): Scientific Opinion on the substantiation of health claims related to beta-glucans from oats and barley and maintenance of normal blood LDL-cholesterol concentrations (ID 1236, 1299), increase in satiety leading to a reduction in energy intake (ID 851, 852), reduction of post-prandial glycaemic responses (ID 821, 824), and “digestive function”' (ID 850) pursuant to Article 13(1) of Regulation (EC). No 1924/2006. EFSA Journal 9:2207 [21 pp.]
Als lösliche Ballaststoffe werden die β-Glucane von der Darmflora zu Anionen kurzkettiger Carbonsäuren wie Acetat, Butyrat und Propionat fermentiert. Die hierdurch bedingte Senkung des pH-Wertes verhindert insbesondere die Fehlbesiedlung des Dickdarms durch krankmachende Keime.H. Kasper: Ernährungsmedizin und Diätetik. Urban & Fischer Verlag. München/Jena 2000, Kapitel 1, S. 76–85 (2.1.). Kurzkettige Carbonsäuren sind wichtige Regulatoren für einen gesunden Stoffwechsel. Butyrat ist der wichtigste Energielieferant für die Darmschleimhautzellen und wirkt entzündungshemmend.Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE) e. V. (2013): Ballaststoffe neu betrachtet. DGEinfo. 08: 114-118.