β‑グルカンについて

No.40

Jul.

1/42004

β‑グルカンについて
はじめに最近，「β‑グルカン」という成分名を目にする機会が増えています。
「β‑グルカン」という名称は，多糖類の一群を指すもので，その中には化学構造の異なる種々の多糖類が含まれるのですが，ともするとこの名称がある特定の多糖類を指すかのように使われる傾向も見受けられます。
ここでは，「β‑グルカン」という名称の真の意味を理解していただくための一助として，その概要を紹介します。
β‑グルカンとはグルコース（glucose）同士が化学的に結合して長く連なった多糖（所々に枝分かれのあるものもあります。），すなわちグルコースのポリマー（高分子重合体）をグルカン（glucan）と称します。
グルコース同士の結合様式にはα型とβ型の２種類があって，前者のタイプをα‑グルカン，後者のタイプをβ‑グルカンと称します。α‑グルカンの代表的なものにデンプンやグルコーゲンがあり，われわれの消化系の酵素（唾液アミラーゼ，膵液アミラーゼなど）はα‑グルカンを最終的にグルコース（ぶどう糖）やマルトース（麦芽糖）などに分解できます。他方，われわれの消化系の酵素はβ‑グルカンを分解することができません。そのため，われわれはβ‑グルカンをグルコースの供給源としては利用できないのです。β‑グルカンの代表格はセルロースです。
グルコースの２種のタイプとβ‑グルカン
グルコースは，通常，図１に示されるような環状構造をしています。①位の炭素原子（アノメリックカーボン）は，同じ原子にヒドロキシル基（‑OH）とエーテル結合（‑O‑）をもつヘミアセター
ル構造をしており，非常に反応性に富んでいます。また，①位のヒドロキシル基の位置によってグルコースは２種類の化学構造をとることが可能で，ヒドロキシル基が環状面に対して⑥位の炭素原子とは反対側にある場合をα‑グルコース，同じ側にある場合をβ‑グルコースとして区別します。
OHOH
OH
H2C
H2C
H2C

6 CH2OH
5C

HOC14 C
CC32O HOH HHO

図１ グルコースの環状構造HOHOH

α‑グルコース

HOHOH H CHOHO OHOH HHOHOHOH

環状構造HHOH

β‑グルコース

図２ 鎖状構造を介したα‑グルコースとβ‑グルコースの平衡

図３，４にα‑グルカンとβ‑グルカンの代表格であるアミロース（でんぷん）とセルロースの化学構造を示しています。それぞれの図から分かるように，α‑グルカンはα‑グルコース同士が結合したポリマーであり，β‑グルカンはβ‑グルコース同士の結合からなるポリマーなのです。

β‑グルカンの種類
グルコースの①位の炭素原子（アノメリックカーボン）は，他のグルコースの⑤位の位置にある炭素を除く５種の炭素（①位，②位，③位，④位及び⑥位の位置の炭素）のどれとでも結合が可能です。たとえばグルコースの①位の炭素原子が他のグルコースの④位の炭素と結合している場合を
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β‑グルカンについて2/4１→４で表します。グルコース同士の場合の結合位置の組み合わせとしては（１→１），（１→２），（１→３），（１→４），（１→６）の５種類考えられますが，自然界のグルカンに多いのは（１→３），（１→４）および（１→６）の３種の組み合わせです。

CH2OH
OH

O H
H 1H

OH

H
4CH2OH

O

OH
H

OH

H
4O

CH2OH

CH2OH

O H
H
1OH

O H
H

H

OH

H
4O

OH

O H
H
1H

OH

H

1O

4O

図３ アミロース（α‑グルカンの１つ）の化学構造
CH2OH
H
4O
OH H

O
H

CH2OH
H

1O

H
OH

4OH

O
H

H

H
OH

CH2OH

CH2OH
H

1O

4O
OH H
H

H
OH

H
1 O 4OH

O
H

H

OH

1O
H

図４ セルロース（β‑グルカンの１つ）の化学構造
セルロース
セルロース（cellulose）は高等植物の細胞壁の主成分をなすβ‑グルカンであって，構造多糖として植物体の 1/3〜1/2 を占めるとされています。セルロースの構造は，グルコースが図４のようにβ‑（１→４）結合で連なって長い直鎖状の高分子を形成しているものと考えられています。セルロースは銅アンモニア溶液（Schweitzer 試薬）などほんの一部の溶媒にしか溶けません。また，高等動物はセルロースを加水分解する酵素をもっていません。ただし，反すう動物では，胃内に寄生する微生物がセルロースを分解できるため，反すう動物はセルロースを利用（資化）できます。
ラミナラン
ラミナラン（laminaran）は褐藻，特にコンブ属（Laminaria）に多く含まれる貯蔵多糖で，構成単位のほとんど全てがグルコースです。８〜１０月にはコンブ類のラミナラン含量が固形分の 42〜49％にも達するとされています。ラミナランの構造は，グルコースのうちの大部分がβ‑（１→３）
結合を形成していると推測されており，これを主構造とするβ‑グルカンと考えられています。部分的にはβ‑（１→６）結合が存在する可能性も示唆されているようです。また，ラミナラン分子のあるものはその還元末端にマンニトールを結合していることも明らかにされています。ラミナランには冷水に可溶のものと不溶のものがあり，枝分かれが多いものほど溶け易くなるようです。
リケナン
リケナン（lichenan）はアイスランド苔などの地衣類（lichen）に多く含まれている構造多糖です。構成単位はグルコースで，β‑（１→４）結合とβ‑（１→３）結合が約５：２の割合で組み合わさって長い直鎖状のβ‑グルカンを形成しているものと考えられています。リケナンは熱水には可溶ですが，冷水には不溶です。
穀類のβ‑グルカン
大麦，カラス麦などイネ科植物の種子の細胞壁には水溶性のβ‑グルカンが含まれています。構造的にはリケナンに近く，β‑（１→４）結合とβ‑（１→３）結合の組み合わせで長い直鎖状のβ‑Copyright (c) 2004 Japan Food Research Laboratories. All Rights Reserved.

β‑グルカンについて3/4グルカンを形成していると考えられています。

カロース
カロース（callose）は高等植物の篩管や花粉に存在するβ‑グルカンで，主構造はβ‑（１→３）
結合であるとされています。
酵母細胞壁のβ‑グルカン
パン酵母の細胞壁には不溶性のβ‑グルカンが存在します。構造的には，図５に示すようにβ‑（１→３）結合と少量のβ‑（１→６）結合の組み合わせで長い直鎖状のβ‑グルカンを形成しているものと考えられています。

図５ 酵母細胞壁β‑グルカンの化学構造（免疫情報研究会 ImmuNet から引用）
日本ではβ−グルカンというと，キノコのものが注目されていますが，欧米ではもともとβ‑グルカンはパン酵母から抽出され，研究されてきた経緯があります。研究の端緒は古く，1900 年代のドイツとされいます。
ヨーロッパでの研究を背景に，1940 年初頭に米国でパン酵母を化学処理して特長成分を抽出することに成功し，この物質をザイモザン(Zymosan)と名付けました。ザイモザンはタンパク質や脂質なども含む複雑な物質ですが，1960 年代にその主要成分はβ‑（1→3）（1→6）グルカンである確認されました。その頃から，日本ではキノコ由来のβ−グルカンの研究が進むようになりました。

キノコのβ‑グルカン
種々のキノコ類でβ‑グルカンの存在が確認されています。構造的には，直鎖状のβ‑（１→３）
結合を基本構造とするものが多く，β‑（１→６）結合，β‑（１→４）結合などで枝分かれしているものもあるようです。現在，健康食品（栄養補助食品）で話題となっているものの大部分がキノ
コのβ‑グルカンです。
カワラタケの培養菌体から得られたクレスチン（PSK）やシイタケの子実体から得られたレンチナン（LNT），スエヒロタケ由来のジゾフィラン（SPG）など医薬品（免疫療法剤）として利用されているものもあります。

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β‑グルカンについて

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表１ キノコ由来のβ‑グルカンの構造的特徴
β‑グルカンの種類

構造上の特徴クレスチン（PSK） 【カワラタケ】
レンチナン（LNT） 【シイタケ】
ジゾフィラン（SPG）【スエヒロタケ】

主鎖はβ‑（１→４）結合，β‑（１→６）の分岐が５：１の割合，β‑（１→３）の分岐は僅か。
主鎖はβ‑（１→３）結合，β‑（１→６）の分岐が５：２の割合，水に難溶，アルカリに可溶。
主鎖はβ‑（１→３）結合，β‑（１→６）の分岐が３：１の割合。
主鎖はβ‑（１→３）結合，β‑（１→６）の分岐，マンネンタケのβ‑グルカン

詳細は不明。

グリフォラン（GRN）【マイタケ】

主鎖はβ‑（１→３）結合，β‑（１→６）の分岐，詳細は不明。
メインのβ‑グルカンの主鎖はβ‑（１→６）結合

アガリクスのβ‑グルカンとの説が有力，詳細は不明。
主鎖はβ‑（１→３）結合，β‑（１→６）の分岐，ハナビラタケのβ‑グルカン詳細は不明。
主鎖はβ‑（１→３）結合，β‑（１→６）の分岐，ヤマブシタケのβ‑グルカン

詳細は不明。
主鎖はβ‑（１→３）結合，β‑（１→６）の分岐，カバノアナタケのβ‑グルカン

詳細は不明。

カワリハラタケのβ‑グルカン

主鎖はβ‑（１→６）結合との説，詳細は不明。

メシマコブのβ‑グルカン

詳細は不明。

パキマン（pachyman）

ほとんどβ‑（１→３）結合のみ，ラミナランの構】【ブクリョウ（Poriacocus）造に類似。

カードラン
カードラン（curdlan）は土壌細菌（Alcaligenes faecalis）の変異株が細胞外につくるβ‑グルカンです。ほとんどβ‑（１→３）結合のみからなる直鎖状のβ‑グルカンと考えられています。懸濁液を加熱すると熱不可逆性のゲルを作るなど寒天に似た特異的な性質も有しています。
β‑グルカンの分析
私どもではβ‑グルカンの定量分析を受託しております｡ただし，私どもが採用している分析方法で得られた結果は，先に述べたような種々のβ‑グルカン類の総合計量です｡
セルロース，ラミナリンあるいはリケナン等々の個々のβ‑グルカンの個別定量分析に関して言えば，現在，ＡＯＡＣ INTERNATIONAL の定める公定法（ＡＯＡＣ Official Method 995.16）として大麦等の穀類のβ‑グルカン，すなわち，β‑（１,３）（１,４）グルカンに係る個別定量法が存在しているのみです｡他のβ‑グルカン類に係る個別定量法については，私どもの知る限り,未だ確立されていないのが現状です｡

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