阿拉伯木聚糖、植酸、阿魏酸的研究进展

阿拉伯木聚糖、植酸、阿魏酸的研究进展

小麦是在制作粉末过程中提取小麦粉和胚芽的残留成分。主要由皮层组成，少量种子和未剥皮的小麦种子，通常占小麦重量的14%19%。它是膳食纤维的主要来源,包含46%的非淀粉多糖,其中阿拉伯木聚糖约为70%,纤维素约为24%,β-(1→3)(1→4)-葡聚糖约为6%[3~6],另外还有少量来自于细胞胚乳和糊粉层的阿糖基半乳糖和葡聚糖以及少量的木聚糖。麦麸还含有4%~5%的植酸和0.4%~1.0%的与之相结合的阿魏酸。这三种物质是麦麸中的重要生理活性物质,具有饱水性、稳定性及抗肿瘤、抗氧化等功能,在食品添加剂和功能食品开发上具有广泛应用。我国麦麸年产量达2000万吨以上。目前仍主要用作饲料,但因为他们作为饲料组分的经济价值已经下降,近期研究的注意力集中在麦麸的生理活性物质阿拉伯木聚糖、植酸和阿魏酸的研究上。1阿拉伯境内的碳硅糖的分离和提取1.1麦麸中总木质素及次氯酸盐提取的研究阿拉伯木聚糖是可溶性的、低分子量的半纤维素,它主要由阿拉伯糖和木聚糖组成,具有极好的生物学活性,作为免疫调节剂,可显著地激活自然杀伤(NK)细胞、T和B淋巴细胞功能,增加人体免疫功能,对于各种肿瘤有抑制作用、抗病毒等。目前日本大和制药公司已有阿拉伯木聚糖的产品在日本及欧美市场销售,预防、治疗和保健作用明显。我国麸皮产量大,一直作为废弃物未能利用,因此,开发利用麸皮生产阿拉伯木聚糖具有巨大的社会效益和经济效益。麦麸中90%阿拉伯木聚糖与木质素及蛋白通过酯键相连,直接水提的阿拉伯木聚糖量很少,一般用H2O2稀碱溶液,次氯酸盐的碱溶液或强碱进行脱木质素,但不同的方法会影响结构和理化性质。Gould等提到的用H2O2的弱碱溶液除去木质素的方法被用来提取麦麸中非淀粉多糖。提取温度、时间,H2O2浓度和麦麸在溶液中的比例对非纤维素葡萄糖、阿拉伯糖和木聚糖提取的影响较明显,最佳的提取条件是2.0%的H2O2溶液(pH11.5)60℃下对2.5%(W/V)的麦麸提取4h。次氯酸钠碱溶液脱木质素的方法在实验室条件和中试条件下得到研究,得出最佳条件是在4℃下用40%的NaOH和40%的NaCl进行提取,在此条件下,实验室提取和中试提取的阿糖基木聚糖的得率基本相等,分别为16%和13%,纯度都为75%。但用饱和Ba(OH)2提取麦麸多糖的实验表明弱碱性H2O2脱木质素、次氯酸盐脱木质素及高温浸提这样的预处理对提取效果无影响。而且,这样的预处理还会造成阿糖基木聚糖组分和分子量的改变。提取温度是影响阿糖基木聚糖的得率的关键因素,二者呈正相关,20℃时阿糖基木聚糖的得率为16.8%,95℃时上升到24%。在升高温度的同时增加Ba(OH)2的浓度,70℃前随Ba(OH)2浓度增加提取率不增加,70℃后提取率随之降低。用Ca(OH)2取代Ba(OH)2,则阿糖基木聚糖得率和提取选择性都降低。1.2阿糖基木聚糖的提取和活性麦麸阿拉伯木聚糖的纯化方法主要是乙醇分级沉淀法和层析法,纯化方法对结构和理化性质的影响不显著。M.E.F.Schooneveld-Bergmans等用10%、50%、70%的乙醇在4℃下分级提取16h,产生三个沉淀A、B、C,最后的上清液经蒸馏、透析得到第四个沉淀D。其中沉淀A、B是“阿拉伯糖/木聚糖(A/X)”较低(分别为0.20和0.28)的阿糖基木聚糖,它们对聚合非常敏感,溶液的粘度很大,而且其粘性不因加入盐或改变温度而变化。另外,它们的乳化作用不稳定。沉淀C、D是A/X较高(分别为0.94和1.19)的阿糖基木聚糖,它们在0.1mol/LKCl中粘度约为2.5dl/g,与A、B不同,它们的粘度随温度和盐浓度的改变而改变,对聚合不敏感,而对稳定乳化非常有效。饱和Ba(OH)2提取后用阴离子交换层析和分级醇沉的方式从工业麦麸中分离获得阿糖基木聚糖的实验得到相似的结果。提取的阿糖基木聚糖经甲基化分析和酶解实验发现约1/3为A/X(A/X=0.2)型,而一半以上为高A/X型(A/X≥1)且含有大量支链阿拉伯糖,实验同时还发现了与蛋白质或木质素连接的中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。有研究表明多糖和矿物质共聚,会导致乙醇沉淀法不能有效纯化阿糖基木聚糖,石永峰的研究则表明超滤系统和离子交换树脂的应用能减少共聚,有助于阿糖基木聚糖的提纯。阿拉伯木聚糖为天然的糖化合物,其中阿拉伯糖与木聚糖的比为59:100,用高压液相层析和凝胶过滤测得其平均分子量为600kDa。阿拉伯木聚糖含糖量65%~80%;蛋白质为8%~15%,为淡褐色粉末,LD50>36g/kg,在65℃水中,95%为可溶性,具有吸湿性。它的最大吸收波长为260nm和974nm,具有2个吸收峰。阿拉伯木聚糖产品为粉末状,带有微甜味和微酸味,并且十分稳定,具很高的免疫调节活性。基于上述的阿拉伯木聚糖的各种生理学功能,所以赋予了阿拉伯木聚糖的抗癌作用,抗HIV病毒,抗各种肝炎病毒,抗感染,降低血糖含量和消除体内自由基的功能。Ghoneum博士最近研究了阿拉伯木聚糖在癌症治疗中的应用,包括有乳腺癌、宫颈癌、前列腺癌、膀胱癌、肺癌、胃癌和结肠癌等,另外还包括非实体肿瘤,如白血病、恶性淋巴瘤、多瘤症以及爱滋病、乙型肝炎、丙型肝炎等病毒病。在这些被研究的患者的最初观察中发现,他们均表现出自然杀伤细胞(NK)很低的活性。在服用阿拉木聚糖产品(MGN-3)两周之后,其NK杀伤活性明显的增加,如乳腺癌患者增加154%~332%;宫颈癌患者增加100%~275%,患者增加174%-385%,白血病患者患者增加100%~240%,多瘤症患者增加100%~537%。在治疗6w之后NK的活性仍然在增长。2植物和酸的分离植酸以钙镁复盐的形式存在于麦麸中,目前的提取[22~24]工艺为酸浸提碱中和法,提取得到的粗植酸可经不同的离子交换柱进行纯化。3最佳工艺及提取参数阿魏酸(4-羟基-3-甲氧基肉桂酸)是麦麸中含量最高的酚酸,它主要通过酯键与多糖和木质素交联,或自身酯化或醚化形成二阿魏酸。一般用碱法和酶法打断酯键释放阿魏酸。碱解麦麸释放阿魏酸的最佳工艺为:0.5%氢氧化钠85℃下提取6h。实验中同时还发现,随着提取条件剧烈度的增加,阿魏酸释放量增加(残渣中阿魏酸减少),但释放出的阿魏酸受破坏程度也增加。提取液中添加100mg/L的亚硫酸钠能增加释放出的阿魏酸的保留率。阿魏酸酯酶可以断裂阿魏酸与糖之间连接的酯键,从而释放出游离的阿魏酸;其产量可以通过在反应过程中添加木聚糖酶得到提高。实验发现单独用酯酶从脱淀粉麦麸中提取阿魏酸的得率并不高,但如果与木聚糖酶联合使用,则能显著增加阿魏酸的释放,选取的木聚糖酶不同,得率也会不同,使用大麦木聚糖酶较绿霉木聚糖酶效果好。4金属离子对提取阿魏酸和哈萨克斯坦木聚糖酶的影响因为麦麸中阿拉伯木聚糖和阿魏酸都通过酯键与木质素相连,几种联合提取方式被尝试。用阿魏酸酯酶结合阿拉伯木聚糖酶提取阿魏酸和阿拉伯木聚糖的实验表明几种酶联合提取的效果优于单独酶的使用,而且,在提取过程中添加金属离子,会增强阿拉伯木聚糖酶的作用效果,但对阿魏酸酯酶影响不大。用啮合挤压结合纤维素、半纤维素降解提取阿魏酸和阿拉伯木聚糖能获得比单独挤压或单独酶解都好的效果,但与碱提法不同,该法提取的阿拉伯木聚糖的分子量很均一,为5kDa。利用黑曲霉发酵麦麸制备阿魏酸、肌醇和低聚糖的实验表明,黑曲霉能部分释放麦麸膳食纤维上所束缚的阿魏酸,并将多糖和植酸分别水解成低聚糖和肌醇,采用固体培养法,释放的阿魏酸、低聚糖和肌醇比液体培养法释放的要多。5减少结块体的药物风险阿拉伯木聚糖作为麦麸膳食纤维的主要成分,大量动物实验表明有抑制结肠癌的作用,在供给大鼠含等量麦麸和纤维素的饮食进行对比饲喂时发现,麦麸纤维防止结肠癌的效果明显优于纤维素。动物实验表明,饲喂含麦麸和抗性淀粉的饮食,两周后对肠内容物和粪便进行分析,结果表明麦麸控制了抗性淀粉在盲肠处的聚集,导致末端结肠区的更高丁酸浓度和低氨浓度,改善了内腔的条件并因此降低了结肠癌风险。所以,阿拉伯木聚糖是功能食品理想的膳食纤维源。阿拉伯木聚糖,为有效的免疫调节剂,作为保健品已在日本和美国投入市场。阿拉伯木聚糖有很强的持水能力,可用于使黏度提高或变稠,据报道,阿糖基木聚糖在水中的持水率可达到它本身的3.5~10倍,并随溶解性和种植小麦品种的不同而不同,而且它还具有稳定蛋白质泡沫的能力,在烘焙食品中有很高的应用价值。往烘焙面包中添加麦麸后,烘焙面包的颜色、感官质量和营养质量都高于纯面粉面包。研究表明,阿魏酸具有很好的抗氧化活性,对过氧化氢、超氧自由基、羟自由基、过氧化亚硝基都有强烈的清除作用。日本已允许用作食品添加剂。它还作为抗氧化剂和机能促进物质应用于运动食品中。另外的用途则是作为交联剂逐渐地应用于制备食品胶和可食性包装膜。植酸安全性高,在日本不受《食品添加物公定书》和《食品添加物标准》的限制,在粮油及其加工的各类食品(如粮谷淀粉食品及植物蛋白食品),熟面食品,饮料及罐头食品,果蔬及副食品中都具有广泛应用。彭大成对植酸系列产品在食品工业上的应用进行了综述。利用植酸强化食品品质和延长果蔬的保质期,将为食品工业带来明显的利润。6农粉酶的加工麦麸是制粉过程中产生的大量低附加值副产物,充分开发其中的生理活性物质,利用小麦麸皮为原料生产高附加值的产品,对粮油企业技术进步,加强竞争力具有重大意义,并可在相关食品工业上产生很高的利用价值。麸皮的产业化应用尚有很多工作,例如研究发现,直接利用黑曲霉发酵麦麸来生产阿魏酸、肌醇和低聚糖是不经济的,因为黑曲酶在释放这些物质的同时又将它们作为营养源,比较理想的选择是利用它们产生的酶。如何开发适合的酶,还需