阿拉伯木聚糖、植酸、阿魏酸的研究進(jìn)展

阿拉伯木聚糖、植酸、阿魏酸的研究進(jìn)展

小麥?zhǔn)窃谥谱鞣勰┻^(guò)程中提取小麥粉和胚芽的殘留成分。主要由皮層組成，少量種子和未剝皮的小麥種子，通常占小麥重量的14%19%。它是膳食纖維的主要來(lái)源,包含46%的非淀粉多糖,其中阿拉伯木聚糖約為70%,纖維素約為24%,β-(1→3)(1→4)-葡聚糖約為6%[3~6],另外還有少量來(lái)自于細(xì)胞胚乳和糊粉層的阿糖基半乳糖和葡聚糖以及少量的木聚糖。麥麩還含有4%~5%的植酸和0.4%~1.0%的與之相結(jié)合的阿魏酸。這三種物質(zhì)是麥麩中的重要生理活性物質(zhì),具有飽水性、穩(wěn)定性及抗腫瘤、抗氧化等功能,在食品添加劑和功能食品開發(fā)上具有廣泛應(yīng)用。我國(guó)麥麩年產(chǎn)量達(dá)2000萬(wàn)噸以上。目前仍主要用作飼料,但因?yàn)樗麄冏鳛轱暳辖M分的經(jīng)濟(jì)價(jià)值已經(jīng)下降,近期研究的注意力集中在麥麩的生理活性物質(zhì)阿拉伯木聚糖、植酸和阿魏酸的研究上。1阿拉伯境內(nèi)的碳硅糖的分離和提取1.1麥麩中總木質(zhì)素及次氯酸鹽提取的研究阿拉伯木聚糖是可溶性的、低分子量的半纖維素,它主要由阿拉伯糖和木聚糖組成,具有極好的生物學(xué)活性,作為免疫調(diào)節(jié)劑,可顯著地激活自然殺傷(NK)細(xì)胞、T和B淋巴細(xì)胞功能,增加人體免疫功能,對(duì)于各種腫瘤有抑制作用、抗病毒等。目前日本大和制藥公司已有阿拉伯木聚糖的產(chǎn)品在日本及歐美市場(chǎng)銷售,預(yù)防、治療和保健作用明顯。我國(guó)麩皮產(chǎn)量大,一直作為廢棄物未能利用,因此,開發(fā)利用麩皮生產(chǎn)阿拉伯木聚糖具有巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。麥麩中90%阿拉伯木聚糖與木質(zhì)素及蛋白通過(guò)酯鍵相連,直接水提的阿拉伯木聚糖量很少,一般用H2O2稀堿溶液,次氯酸鹽的堿溶液或強(qiáng)堿進(jìn)行脫木質(zhì)素,但不同的方法會(huì)影響結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)。Gould等提到的用H2O2的弱堿溶液除去木質(zhì)素的方法被用來(lái)提取麥麩中非淀粉多糖。提取溫度、時(shí)間,H2O2濃度和麥麩在溶液中的比例對(duì)非纖維素葡萄糖、阿拉伯糖和木聚糖提取的影響較明顯,最佳的提取條件是2.0%的H2O2溶液(pH11.5)60℃下對(duì)2.5%(W/V)的麥麩提取4h。次氯酸鈉堿溶液脫木質(zhì)素的方法在實(shí)驗(yàn)室條件和中試條件下得到研究,得出最佳條件是在4℃下用40%的NaOH和40%的NaCl進(jìn)行提取,在此條件下,實(shí)驗(yàn)室提取和中試提取的阿糖基木聚糖的得率基本相等,分別為16%和13%,純度都為75%。但用飽和Ba(OH)2提取麥麩多糖的實(shí)驗(yàn)表明弱堿性H2O2脫木質(zhì)素、次氯酸鹽脫木質(zhì)素及高溫浸提這樣的預(yù)處理對(duì)提取效果無(wú)影響。而且,這樣的預(yù)處理還會(huì)造成阿糖基木聚糖組分和分子量的改變。提取溫度是影響阿糖基木聚糖的得率的關(guān)鍵因素,二者呈正相關(guān),20℃時(shí)阿糖基木聚糖的得率為16.8%,95℃時(shí)上升到24%。在升高溫度的同時(shí)增加Ba(OH)2的濃度,70℃前隨Ba(OH)2濃度增加提取率不增加,70℃后提取率隨之降低。用Ca(OH)2取代Ba(OH)2,則阿糖基木聚糖得率和提取選擇性都降低。1.2阿糖基木聚糖的提取和活性麥麩阿拉伯木聚糖的純化方法主要是乙醇分級(jí)沉淀法和層析法,純化方法對(duì)結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)的影響不顯著。M.E.F.Schooneveld-Bergmans等用10%、50%、70%的乙醇在4℃下分級(jí)提取16h,產(chǎn)生三個(gè)沉淀A、B、C,最后的上清液經(jīng)蒸餾、透析得到第四個(gè)沉淀D。其中沉淀A、B是“阿拉伯糖/木聚糖(A/X)”較低(分別為0.20和0.28)的阿糖基木聚糖,它們對(duì)聚合非常敏感,溶液的粘度很大,而且其粘性不因加入鹽或改變溫度而變化。另外,它們的乳化作用不穩(wěn)定。沉淀C、D是A/X較高(分別為0.94和1.19)的阿糖基木聚糖,它們?cè)?.1mol/LKCl中粘度約為2.5dl/g,與A、B不同,它們的粘度隨溫度和鹽濃度的改變而改變,對(duì)聚合不敏感,而對(duì)穩(wěn)定乳化非常有效。飽和Ba(OH)2提取后用陰離子交換層析和分級(jí)醇沉的方式從工業(yè)麥麩中分離獲得阿糖基木聚糖的實(shí)驗(yàn)得到相似的結(jié)果。提取的阿糖基木聚糖經(jīng)甲基化分析和酶解實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)約1/3為A/X(A/X=0.2)型,而一半以上為高A/X型(A/X≥1)且含有大量支鏈阿拉伯糖,實(shí)驗(yàn)同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了與蛋白質(zhì)或木質(zhì)素連接的中A/X型阿糖基木聚糖(A/X=0.5)和A/X=1.2的超高A/X型阿糖基木聚糖。有研究表明多糖和礦物質(zhì)共聚,會(huì)導(dǎo)致乙醇沉淀法不能有效純化阿糖基木聚糖,石永峰的研究則表明超濾系統(tǒng)和離子交換樹脂的應(yīng)用能減少共聚,有助于阿糖基木聚糖的提純。阿拉伯木聚糖為天然的糖化合物,其中阿拉伯糖與木聚糖的比為59:100,用高壓液相層析和凝膠過(guò)濾測(cè)得其平均分子量為600kDa。阿拉伯木聚糖含糖量65%~80%;蛋白質(zhì)為8%~15%,為淡褐色粉末,LD50>36g/kg,在65℃水中,95%為可溶性,具有吸濕性。它的最大吸收波長(zhǎng)為260nm和974nm,具有2個(gè)吸收峰。阿拉伯木聚糖產(chǎn)品為粉末狀,帶有微甜味和微酸味,并且十分穩(wěn)定,具很高的免疫調(diào)節(jié)活性?；谏鲜龅陌⒗揪厶堑母鞣N生理學(xué)功能,所以賦予了阿拉伯木聚糖的抗癌作用,抗HIV病毒,抗各種肝炎病毒,抗感染,降低血糖含量和消除體內(nèi)自由基的功能。Ghoneum博士最近研究了阿拉伯木聚糖在癌癥治療中的應(yīng)用,包括有乳腺癌、宮頸癌、前列腺癌、膀胱癌、肺癌、胃癌和結(jié)腸癌等,另外還包括非實(shí)體腫瘤,如白血病、惡性淋巴瘤、多瘤癥以及愛(ài)滋病、乙型肝炎、丙型肝炎等病毒病。在這些被研究的患者的最初觀察中發(fā)現(xiàn),他們均表現(xiàn)出自然殺傷細(xì)胞(NK)很低的活性。在服用阿拉木聚糖產(chǎn)品(MGN-3)兩周之后,其NK殺傷活性明顯的增加,如乳腺癌患者增加154%~332%;宮頸癌患者增加100%~275%,患者增加174%-385%,白血病患者患者增加100%~240%,多瘤癥患者增加100%~537%。在治療6w之后NK的活性仍然在增長(zhǎng)。2植物和酸的分離植酸以鈣鎂復(fù)鹽的形式存在于麥麩中,目前的提取[22~24]工藝為酸浸提堿中和法,提取得到的粗植酸可經(jīng)不同的離子交換柱進(jìn)行純化。3最佳工藝及提取參數(shù)阿魏酸(4-羥基-3-甲氧基肉桂酸)是麥麩中含量最高的酚酸,它主要通過(guò)酯鍵與多糖和木質(zhì)素交聯(lián),或自身酯化或醚化形成二阿魏酸。一般用堿法和酶法打斷酯鍵釋放阿魏酸。堿解麥麩釋放阿魏酸的最佳工藝為:0.5%氫氧化鈉85℃下提取6h。實(shí)驗(yàn)中同時(shí)還發(fā)現(xiàn),隨著提取條件劇烈度的增加,阿魏酸釋放量增加(殘?jiān)邪⑽核釡p少),但釋放出的阿魏酸受破壞程度也增加。提取液中添加100mg/L的亞硫酸鈉能增加釋放出的阿魏酸的保留率。阿魏酸酯酶可以斷裂阿魏酸與糖之間連接的酯鍵,從而釋放出游離的阿魏酸;其產(chǎn)量可以通過(guò)在反應(yīng)過(guò)程中添加木聚糖酶得到提高。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)單獨(dú)用酯酶從脫淀粉麥麩中提取阿魏酸的得率并不高,但如果與木聚糖酶聯(lián)合使用,則能顯著增加阿魏酸的釋放,選取的木聚糖酶不同,得率也會(huì)不同,使用大麥木聚糖酶較綠霉木聚糖酶效果好。4金屬離子對(duì)提取阿魏酸和哈薩克斯坦木聚糖酶的影響因?yàn)辂滬熤邪⒗揪厶呛桶⑽核岫纪ㄟ^(guò)酯鍵與木質(zhì)素相連,幾種聯(lián)合提取方式被嘗試。用阿魏酸酯酶結(jié)合阿拉伯木聚糖酶提取阿魏酸和阿拉伯木聚糖的實(shí)驗(yàn)表明幾種酶聯(lián)合提取的效果優(yōu)于單獨(dú)酶的使用,而且,在提取過(guò)程中添加金屬離子,會(huì)增強(qiáng)阿拉伯木聚糖酶的作用效果,但對(duì)阿魏酸酯酶影響不大。用嚙合擠壓結(jié)合纖維素、半纖維素降解提取阿魏酸和阿拉伯木聚糖能獲得比單獨(dú)擠壓或單獨(dú)酶解都好的效果,但與堿提法不同,該法提取的阿拉伯木聚糖的分子量很均一,為5kDa。利用黑曲霉發(fā)酵麥麩制備阿魏酸、肌醇和低聚糖的實(shí)驗(yàn)表明,黑曲霉能部分釋放麥麩膳食纖維上所束縛的阿魏酸,并將多糖和植酸分別水解成低聚糖和肌醇,采用固體培養(yǎng)法,釋放的阿魏酸、低聚糖和肌醇比液體培養(yǎng)法釋放的要多。5減少結(jié)塊體的藥物風(fēng)險(xiǎn)阿拉伯木聚糖作為麥麩膳食纖維的主要成分,大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明有抑制結(jié)腸癌的作用,在供給大鼠含等量麥麩和纖維素的飲食進(jìn)行對(duì)比飼喂時(shí)發(fā)現(xiàn),麥麩纖維防止結(jié)腸癌的效果明顯優(yōu)于纖維素。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明,飼喂含麥麩和抗性淀粉的飲食,兩周后對(duì)腸內(nèi)容物和糞便進(jìn)行分析,結(jié)果表明麥麩控制了抗性淀粉在盲腸處的聚集,導(dǎo)致末端結(jié)腸區(qū)的更高丁酸濃度和低氨濃度,改善了內(nèi)腔的條件并因此降低了結(jié)腸癌風(fēng)險(xiǎn)。所以,阿拉伯木聚糖是功能食品理想的膳食纖維源。阿拉伯木聚糖,為有效的免疫調(diào)節(jié)劑,作為保健品已在日本和美國(guó)投入市場(chǎng)。阿拉伯木聚糖有很強(qiáng)的持水能力,可用于使黏度提高或變稠,據(jù)報(bào)道,阿糖基木聚糖在水中的持水率可達(dá)到它本身的3.5~10倍,并隨溶解性和種植小麥品種的不同而不同,而且它還具有穩(wěn)定蛋白質(zhì)泡沫的能力,在烘焙食品中有很高的應(yīng)用價(jià)值。往烘焙面包中添加麥麩后,烘焙面包的顏色、感官質(zhì)量和營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量都高于純面粉面包。研究表明,阿魏酸具有很好的抗氧化活性,對(duì)過(guò)氧化氫、超氧自由基、羥自由基、過(guò)氧化亞硝基都有強(qiáng)烈的清除作用。日本已允許用作食品添加劑。它還作為抗氧化劑和機(jī)能促進(jìn)物質(zhì)應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)食品中。另外的用途則是作為交聯(lián)劑逐漸地應(yīng)用于制備食品膠和可食性包裝膜。植酸安全性高,在日本不受《食品添加物公定書》和《食品添加物標(biāo)準(zhǔn)》的限制,在糧油及其加工的各類食品(如糧谷淀粉食品及植物蛋白食品),熟面食品,飲料及罐頭食品,果蔬及副食品中都具有廣泛應(yīng)用。彭大成對(duì)植酸系列產(chǎn)品在食品工業(yè)上的應(yīng)用進(jìn)行了綜述。利用植酸強(qiáng)化食品品質(zhì)和延長(zhǎng)果蔬的保質(zhì)期,將為食品工業(yè)帶來(lái)明顯的利潤(rùn)。6農(nóng)粉酶的加工麥麩是制粉過(guò)程中產(chǎn)生的大量低附加值副產(chǎn)物,充分開發(fā)其中的生理活性物質(zhì),利用小麥麩皮為原料生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品,對(duì)糧油企業(yè)技術(shù)進(jìn)步,加強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重大意義,并可在相關(guān)食品工業(yè)上產(chǎn)生很高的利用價(jià)值。麩皮的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用尚有很多工作,例如研究發(fā)現(xiàn),直接利用黑曲霉發(fā)酵麥麩來(lái)生產(chǎn)阿魏酸、肌醇和低聚糖是不經(jīng)濟(jì)的,因?yàn)楹谇冈卺尫胚@些物質(zhì)的同時(shí)又將它們作為營(yíng)養(yǎng)源,比較理想的選擇是利用它們產(chǎn)生的酶。如何開發(fā)適合的酶,還需