小麦阿拉伯木聚糖结构性质与生理功能研究进展Word格式文档下载.docx

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近年来,随着国内外对阿拉伯木聚糖的深入研究,我们了解到AX具有高粘度,高持水性等特征,可作为食品的增稠剂,稳定剂。

另外,还有许多生理活性如降低血清胆固醇,调节血糖水平,抗氧化,增强免疫力等作用,可作为一种新的保健食品或药品加以开发利用。

由于我国蕴藏着巨大的AX潜在资源,同时AX具有各种特性,值得我国学者深入研究和开发利用。

笔者对近年来国内外有关小麦麸皮中阿拉伯木聚糖结构性质与生理功能加以总结。

1小麦AX结构

AX是由β-D-吡喃木糖残基经β-（1→4）-糖苷键接连而成的木聚糖主链和α-L-呋喃阿拉伯糖为侧链连接而成。

β-D-木糖残基可在C-2和C-3位被α-L-呋喃阿拉伯糖单独取代,也可在C-2和C-3位同时被α-L-呋喃阿拉伯糖双取代。

α-L-呋喃阿拉伯糖侧链是以2个或者2个以上的α-L-呋喃阿拉伯糖单糖分子通过1-2,1-3,1-5键连接起来的,同时还含有一定量的阿魏酸基团,通过酯化的形式与AX共价连接[1]。

α-D-葡萄糖醛酸或4-甲基醚衍生物取代基通常在C-2位置上,有时C-2和C-3位也会被乙酰基团所取代。

另外,木质素也可以通过酯键或醚键与AX的侧链相连。

在过氧化物酶催化作用下,多聚糖之间以及木质素、阿魏酸基团与多聚糖之间彼此连接形成交联的网状结构。

这种复杂的细胞壁结构特点使其免遭酶的攻击作用[2,3]。

麦麸AX结构如下图1所示[4]。

2AX的理化性质

2.1相对分子质量AX的分子量不仅与谷物品种有关,还与谷物的生长环境、分子链长、分子量的测定方法等有关。

不同测定方法所得AX分子量分布如表1所示。

凝胶过滤色谱法测得的AX结果往往偏高,这是由AX分子结构的不对称性造成的。

面粉中水溶性AX的重均分子量较水不溶性AX小,这是由于水不溶性AX分子链较长,分支化程度高。

Dervilly等研究表明,AX大分子结构不能简单地由重均相对分子质量描述[5,6]。

2.2粘度特性粘性由溶液中多糖分子之间的物理作用引起,存在于溶液中的多糖以无规则卷曲的形式存在,在布朗运动影响下,这些分子的形状随机波动。

低浓度时,这些分子彼此分离,独立运动;

浓度上升时,分子间逐渐相互接触,以至相互重叠而缠结起来。

因而在低浓度情况下,多糖直接与水分子作用增加粘度;

当浓度增加时,多糖本身会通过分子间作用力相互缠结成一个网络,这个过程会导致粘度的大幅度上升。

当多糖分子间作用非常大的时候会形成凝胶[14]。

Gilhammar[15]测出黑麦面粉AX水溶液的粘度为5.9dl·

g-1,测出小麦面粉AX水溶液的粘度在2.5～3.1dl·

g-1,AX水溶液的粘度明显高于其它多糖,如葡聚糖（0.12dl·

g-1）,甜菜中的阿拉伯聚糖（0.119dl·

g-1）。

由于AX溶液的粘度较大,在实际面团体系中,尤其是当能产生自由基的氧化剂存在时（氧化交联作用）,AX的这种作用更明显,面团的内聚力随之增强,弹性增加,延伸性下降。

对于粉质较差的面粉,添加适量的水溶性AX能达到较好的品质改良效果。

2.3溶解性和持水性AX的溶解度是由其分子结构和相对分子质量决定的[9]。

未取代的β-（1→4）-木聚糖是一柔韧性较好、伸长的带状构象,在溶液中容易聚集成团难以溶解。

但如果木聚糖主链C-2或C-3位连接阿拉伯糖侧链,则增大多糖分子与水的接触面积,形成的AX水溶性增强[9]。

Brillouer[16]比较不同方法从麦麸中提取的AX组分,阿拉伯糖与木糖比值（Ara/Xyl）在0.37～0.93之间,其中水溶性组分的Ara/Xyl最高,而Ara/Xyl越大,AX的溶解性越高,因此AX的溶解性受阿拉伯糖与木糖比例影响。

各种谷物的AX含量和Ara/Xyl变化范围很大,主要受谷物品种和生长地区的生态环境等诸多因素影响[17]。

将水溶性戊聚糖或纯化的水溶性AX添加到面团中可增大面包的体积。

水不溶性戊聚糖对面包品质的影响则类似于不溶性膳食纤维,适量添加可增大面包体积,但同时增加了面包心的粗糙程度。

持水性是指每单位重量的干纤维（AX）所能吸附并保持的水分的量。

AX具有较强持水性,可溶性AX通过分子内羟基、酯键或醚键与水分子形成氢键,或通过分子间相互缠绕形成胶体而携带大量的水,不溶性AX可以通过范德华力、离子键和极性键形成网络状结构结合部分水分子[18]。

AX在面粉中的含量虽然较低,但其吸水量却占到面团总吸水量的20%～30%。

发生氧化胶凝后,AX持水能力将进一步提高[19]。

AX高持水性使面制品在贮藏过程中水分转移速度减慢,有利于食品保存。

2.4氧化凝胶性质AX氧化胶凝反应机理是在氧化剂存在下,相邻两AX中的阿魏酸相互连接,脱水形成阿魏酸双聚体的结果。

至今已鉴定出几种不同的阿魏酸双聚体,这些双聚体使AX的相对分子质量增加,粘度也随之增加。

常用的氧化剂是过氧化氢和过氧化物酶[20]。

另外,其他一些可以产生游离基的氧化剂也可以使AX发生氧化交联反应,如亚氯化铁、高碘酸钠、亚油酸/脂肪氧化酶、漆酶等[21]。

AX分子结构和分子中阿魏酸基团的含量影响氧化胶凝性质,只有那些阿魏酸含量高、分子量高、有一定量未取代木聚糖主链的AX才能够产生广泛的交联,形成良好的凝胶网络。

AX发生氧化凝胶反应后,将提高小麦面制品面团的吸水率,同时增强面团的弹性和延伸性,从而使面制品的品质得以改良。

3生理活性

3.1增强免疫力抗肿瘤作用米糠中提取的AX,降解后小分子AX不但抗营养作用消失,而且对动物机体还表现出营养免疫功效。

日本研发的AX降解产品MGN-3,其中多糖含量是65%～80%,主要是小分子AX,另外还有少量的鼠李糖,半乳糖及甘露醇,蛋白质含量为8%～15%。

该产品可以作为免疫调节剂,能激活自然杀伤细胞（NK）,T和B细胞功能,增强人体免疫力,并且抑制肿瘤生长,抗病毒等[22]。

有研究表明,利用酶法从小麦麸皮中提取的AX具有明显的抗肿瘤作用[23]。

另外有研究证明,AX能够降低胆汁酸通过肠道的时间,减少胆汁酸与结肠细胞的接触,促进肠道内双歧杆菌的增殖,产生短链脂肪酸,尤其是较高浓度的丁酸,同时降低作为结肠癌诱发因子的葡萄糖苷酶、葡萄糖醛酸酶和尿酶等微生物代谢酶的活性,因此能够显著预防结肠癌的发生[24,25]。

周素梅等[23]研究表明,利用酶法从小麦麸皮中提取的AX与临床用药——人参多糖的免疫增强活性相当。

AX抗肿瘤活性也主要与其增强宿主的免疫水平有关。

3.2抗氧化作用采用枯草芽孢杆菌木聚糖酶水解小麦麸皮,所制备的AX酶解产物——阿魏酰低聚木糖具有抗氧化和清除自由基活性,能够抑制红细胞膜脂质过氧化。

AX的抗氧化活性主要与其功能基团（阿魏酰）有关,碱提的AX这一活性基本消失。

同时,适当的酶解有助于活性的提高[26]。

3.3降血脂、降血糖从小麦麸皮中提取的AX能够显著降低高血脂小鼠的血清中总胆固醇和低密度脂蛋白水平,减小动脉硬化指标,对小鼠高脂血症和动脉硬化具有较好的预防和治疗作用[27,28]。

临床研究表明,对于II型糖尿病人,每天摄入15g富含AX的膳食纤维能够显著提高血糖控制水平[29]。

3.4减肥动物试验显示,AX,尤其是碱可提取的AX能显著降低肥胖大鼠体重,使之达到正常水平[27～30]。

其减肥机理推测主要是AX的高持水性、高粘度在消化道中形成粘性物质,容易产生饱腹感并阻碍食物中营养成分的吸收。

研究表明[31],肉鸡小肠食糜粘度与肠腔中可溶性阿拉伯木聚糖（相对分子质量大于500kDa）含量呈高度正相关,且明显降低饲料利用率,影响肉鸡增重。

3.5润肠通便小麦麸皮碱溶性AX具有较好润肠通便效果,可能是由于AX组分在大肠内很难或一定程度上被微生物发酵,并且其还具有一定抗营养作用,可阻止一些营养物质的吸收,从而使其成为粪便排出,增加粪便的排泄量及粪便的水分含量,同时AX高吸水持水性可使肠内容物膨胀,体积增大,刺激肠壁,从而促进肠道蠕动,有利于粪便的排出[1]。

4小结与展望

小麦麸皮中富含AX（20%～25%）,但目前麸皮的主要用途是作为饲料或发酵培养基,价格低廉,利用率低。

因此,研究开发利用麦麸具有很好的社会效益和经济效益。

从小麦中提取的AX具有高粘度、高持水性,氧化凝胶的特点,可作为增稠剂、稳定剂广泛应用于面制品等。

同时AX拥有与可溶性膳食纤维和活性多糖相似的生理功能,使其具有润肠通便、降血脂、免疫增强、抗肿瘤等作用,可作为一种或多种用途的功能性食品配料加以开发利用。

在以后的研究中优化结构和提高纯度,探索免疫活性机理,AX也可作为临床用药和保健品加以开发和利用。

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基金项目:

中央级公益性科研院所基本科研业务专项基金（No2060302-14）