（食品科学专业论文）小麦麸皮低聚木糖的提取精制及其功能性研究.pdf

摘置 摘要 近年来在国际上已经掀起了一股功能性食品研究生产的热潮，功能性低聚檐生产已 成为一个新兴行业，困其具有独特的生理功能，成为一种重要的助能性食品基料。而以 小麦麸皮为原料，采用生物酶法制备功能性低聚糖有着十分广阔的发展前景。 本文以小麦麸皮为原料，对其进行预处理，并对如何提高木聚糖得率、提高低聚木 糖得率，低聚木糖液精制条件及其功能性进行了研究研究结果表明： 小麦麸皮去除淀粉的最优条件为：加酶量1 2 0 u g 。_ ，料液比l ：1 2 、酶解温度 9 0 、酶解时问4 0 r a i n 。去除蛋白质的最优条件为：加酶量1 6 0 u g 。t * ，料液比 l ：1 5 、酶解温度4 0 、酶解时蜘4 0 r a i n 。在最优条件下，淀粉残留率为1 6 2 ，蛋白 质残留率为1 1 8 2 。 木聚糖提取试验分别采用了n a o h 浸提法、酸法千蒸与碱液浸提结合法k o h 浸 提法、h 2 0 2 与碱液浸提结合法四种方法，以木聚糖得率为指标进行分析。通过调节碱 液浓度、料液比、碱提时| 日j 、碱提温度、蒸煮条件等因素，最终得出n a o h 浸提法在较 低的碱浓度、相对短的时j 、日j 内使木聚糖得率与其他方法相当，是提取木聚糖的首选方 法。其最适提取条件为：提取温度8 5 、料液比l ：1 2 、提取时问2 5 h 、n a o h 溶液浓 度2 5 ，此条件下木聚糖得率为2 1 0 3 。 低聚木糖的提取试验采用商品酶g j n 直接酶解法，高温蒸煮并对蒸煮淹再酶解制备 低聚木精两种方法，以低聚木糖食量兼顾i 产均聚合度进行比较。结果表明n a o h 浸提法 提墩的木聚糖晦解制孔j n l 低聚木辅衙卒j l ： ：j | | 1 均聚介度展小。最优酶解条什为：7 j f f 膀 量1 5 u g 。p h 值5 5 、酶解温皮5 5 c 、瞰 f t t j 1 i u j5 h ，在此条件下低聚术桃含量j 厶到 2 7 0 2 。 同时，将颁处理后的小麦点夫皮直接高泓蕉煮可抉得低聚木糖，以在1 5 0 照搬0 5 h 低聚术糖含量最高，达3 6 3 1 。对蒸煮渣进行加水后酶解，再次获得3 4 1 9 n 勺低聚木 塘。 低聚木糖的精致试验采用活性炭、h 2 0 2 、d 2 9 0 离子交换树脂对高温蒸煮低聚木糖 液进行了脱色处理。试验结果表明使用d 2 9 0h j 量3 ，在5 0 ( 2f 脱色3 h ，色素吸附率 达7 0 ，低聚木糖损失率9 & 右，所以刈酶解低聚木糖液町在此条件f 脱色。 利用超滤及透析对酶解低聚木糖液进 j - 脱特处理。利用超滤及透析的脱特率分别为 9 4 9 8 及9 6 5 7 。 在功能性试验中，通过便秘小鼠模型试验，经口给予小鼠不同剂量的低聚木糖后， 各剂量组均能明显增，n j 、鼠的小肠推进活动。缩短便秘小鼠的首次排便时问增加便秘 小鼠的排便粒数和排便夔最，晚明较低剂量就对小鼠起到润肠通便的功能。 建立高脂血症小鼠模，幽，高、中、1 1 1 , * 1 j 肇组均可以降低高脂血症小鼠j f i l 清总月h 固醇 ( t c ) 、付油t 酯( t g ) 和低密度脂蛋自驯刖醇( l d i ，c ) 水平，以中刺晕绡埘小鼠的 捅茧 降血脂作用效果最女f 。 通过对高脂m 癌小鼠血糖值的测定，出空白对照组与模型对照绀比较，说明小鼠血 糖模型成立高、中、低剂量均对小鼠有降血糖的作用，其中高剂量对小鼠有极镀著的 降血糖作用。 低聚木糖对小鼠肝脏体重比值的影响。模型对照组小鼠肝脏肿大，丽其它- - 2 个利 量组并没有肝肿大，表明低聚术糖时肝脏无损伤作用。 本论文的研究结果为低聚木糖的制备开辟了，一条新途径，既降低了低聚木糖的生产 成本，又提高了小麦麸皮的利用率，有很好的经济效益和社会效益。 关键词小麦麸皮；低聚木糖：提取：精制；功能性 u a b s t r a c t n o w a d a y s ，t h e r ei sar e s e a r c hu p s u r g eo ft h ef u n c t i o n a lf o o di nt h ew o r l d t h ep r o d e c t i o n o ff u n c t i o n a ll i g o s a c c h a r i d c sh a sb e c o m ear i s i n gi n d u s t r y t h ef u n c t i o n a li i g o s a e c h a d d e sh a v e b e e nak i n do fi m p o r t a n tf u n c t i o n a lf o o da d d i t i v eb e c a u s et h e yh a v es p e c i a lp h y s i o l o g i c a l f u n c t i o n t h e r ew i l lb caf a v o r a b l ed e v e l o p m e n to fp r e p a r a t i o no ff u n c t i o n a ll i g o s a c c h a r i d e s v i ab i o l o g i ce n z y m eo fm a t e r i a lo fw h e a tb r a n t h ep a p e rm a i n l ys t u d i e dx y l a ne x t r a c t i o nf r o mw h e a tb r a n ，i m p r o v e m e n to fa c q u i r e m e n t o fx y l o o l i g o s a e c h a r i d e s , r e f i n e m e n ta n df u n c t i o no fx y l o o l i g o s a c c h a r i d e s t h eb e t t e rc o n d i t i o n so fr e m o v i n gs t a r c hw a so b t a i n e d ：e n z y m a t i cq u a n t i t yw a s l 2 0 u g ，t h e r a t i oo fs o l i dt ol i q u i d1 ：1 2 , t e m p e r a t u r ew a s9 0 a n dt i m ew a s4 0 m i n p r o t e i n sb e t t e r c o n d i t i o n s ：e n z y m a t i cq u a n t i t yw a s1 6 0 u g , t h er a t i oo fs o l i dt ol i q u i d1 ：1 5 ，t e m p e r a t u r ew a s 柏a n dt i m ew a s4 0 m i n t h er e s i d u eo fs t a r c hw a s1 6 2 a n dt h a to fp r o t e i nw a s1 1 8 2 m e t h e d so fe c t r a c t i o no fx y l a nw e r en a o hs o l u t i o n ，c o m b i n a t i o no fb r a i s i n go fa c i da n d a l k a l i ，k o hs o l u t i o na n dt h ec o m b i n a t i o no fh 2 0 2a n da l k a l i t h ev a r i a b l e sw h i c ha f f e c t e x t r a c t i o n ：a l k a l i n ec o n c e n t r a t i o n ，t h er a t i oo fs o l i dt ol i q u i d ，e x t r a c t i o nt i m ea n dt e m p e r a t u r e a n dc o n d i t i o n so fb r a i s i n g t h eb e t t e rc o n d i t i o n so fn a o hs o l u t i o n ：e x t r a c t i o nt e m p e r a t u r c w a s 8 5 ，t h er a t i oo fs o l i dt ol i q u i di ：1 2 ，e x t r a c t i o nt i m ew a s2 5 h ，c o n c e n t r a t i o no fn a o h s o l u t i o nw a s2 5 a n dt h ec o n t e n to fx y l a nw a s2 1 0 3 t h em e a n so fd i r e c ts e p a r a t i o no fe n z y m ea n dh i g h t e m p e r a t u r eb r a i s i n gw e r eu s e d a sa r e s u l t ，t h eb e t t e rc o n d i t i o n so fe n z y m e ：e n z y m a t i cq u a n t i t yw a s1 5 u g ，p h5 5 ，t e m p e r a t u r e w a s5 5 ca n dt i m ew a s5 h a n dt h ec o n t e n to f x y l o o l i g o s a c c h a r i d e sw a s2 7 0 2 x y l o o l j g o s a c c h a r i d e sf r o mh i g h t e m p e r a t u r eb r a i s i n gw a s 3 6 31 ：t e m p e r a t u r ew a s15 0 a n dt i m ew a so 5 h t h e nr e s i d u e s e p a r a t e d o f e n z y m ea g a i n , 3 4 1 9 o f x y l o o l i g o s a e c h a r i d e sw a s o b t a i n e do n c em o r e d e c o l o r a t i o no fx y i o o l i g o s a c c h a r i d e ss o l u t i o n ：a c t i v ec a r b o n ，h 2 0 2 ，d 2 9 0 p i g m e n tw a s a d s o r b e d7 0 a n dl o s s i n go fx y l o o l i g o s a c c h a r i d e sw a s9 u n d e r2 o fd 2 9 0 , 5 0 cd e c o l o r e d 3 h t h em e t h o d so fd e s a l t i n gw e r eh y p e r f i l t r a t i o na n dd i a l y s i sa n dt h er a t i oo fd e s a l t i n gw e r e 9 4 9 8 a n d 9 6 5 7 r e s p e c t i v e l y r a t sw i t hd i f f e r e n td o s e o fx y l o o l i g o s a c c h a r i d e si nf u n c t i o n a le x p e r i m e n t a t i o nw e r e a c c e l e r a t e dm o v e m e n to fi n t e s t i n e ，s h o r t e n e dt i m eo fd e f e c a t i n g ，i n c r e a s e dg r a n u l ea n dw e i g h t o fd e j e c t a e s t a b l i s ht h ef o r m e ro fh i 【g i ib l o o df a t ，r a t so fm i dd o s eh a dt h eb e s te f f e c ti ng r o u p so f h j g h m i da n dl o wd o s e a n dt h et h r e eg r o u p sa l lh a df u n c t i o no fr e d u c i n gb l o o d f a t 1 1 1 t h ec o m p a r i s o no fb l a n ka n df o r m e ri nb l o o ds u g a re x p l a i nt h ef o r m e ro fb l o o ds u g a rw a s s u c c e e d a n dt h eh i g hd o s eh a dr e m a r k a b l ef u n c t i o nt or a t s t h er a t s l i v e rh a ds w e l l e di n c o m p a r a t i v eg r o u p w h i l et h eo t h e rt h r e eg r o u p s d i s a p p e a r e ds w e l l i n g i tw a s o b v i o u st h a tx y l o o l i g o s a c c h a r i d e sh a da l m o s tn oh a r mo i ll i v e r t h i sp a p e ro f f e r e dan e wm e t h o df o ra d v a n c i n gx y l o o l i g o s a c c h a r i d e s sp r e p a r a t i o n i t c o u l dd e l i n et h ec o s to fx y l o o l i g o s a c c h a r i d e sp r o d u c t i o na n di n c r e a s et h ev a l u eo fw h e a tb r a n i th a dg o o de c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t k e y w o r d s w h e a tb r a n ；x y l o o l i g o s a c c h a r i d c s ；e x t r a c t i o n ；r e f i n e m e n t ；f u n c t i o n i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 塞韭盐些盘堂或其他教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在 论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：琶删删签字日期：w 刁年6 月、泪 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 塞童垦盐些盘堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权壅i 垦盐些盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期：枷句年月p 日签字日期： 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 弼 矗摔e 月) 。日 j 绪论 1 绪论 近年来，随着经济的发展，大众生活水平的提高，人们对自身的健康越来越关注。功能 性低聚糖因其具有独特的生理功能，特别是能促进肠道内双歧秆菌的增殖，有益于人体链康 而备受重视低聚木糖( x y l o o l i g o s a c c h a r i d e s ) 属于功能性低聚糖，它具有比其它功能性低 聚糖更好的选择利用性和促双歧杆菌增殖性。低聚木糖的制备以富含木聚糖的植物资源如木 屑、玉米芯、稻壳、秸秆、麦麸等为原料，经内切木聚糖酶水解后，再进行精制而得大部 分的研究报道来自以玉米芯为原料的研究结果。 1 1 植物纤维中的木聚糖 1 1 1 木聚糖的结构 植物细胞壁的组分除纤维素外还有大量结构性多塘，其中包括半纤维素 ( h c m i c e l l u l o s e ) 。1 9 5 8 年，w h i s t e 在第四次国际生化会议上提出半纤维素的定义，“高等植 物细胞壁中非纤维素也非果胶类物质的多糖”，已被采用1 1 j 禾本科植物的半纤维素结构主 要是木聚塘。半纤维素的聚合度在8 0 2 0 0 ，木聚糖的聚合度在2 0 0 左右1 2 1 不司植物来源 的半纤维素不仅在于耱单位的不同，还在于分支上基团的不同或者侧链的位置不同唧。有报 道1 4 j ，麸皮半纤维素为异质木聚糖，主要由木糖和阿拉伯糖组成，其摩尔比为0 8 5 ：1 ，同时 还含有少量的半乳糖、葡萄糖和葡萄糖醛酸。d 木糖通过a - 1 , 4 键形成木聚糖主链。阿拉伯 糖通过a 1 ，2 和a 1 ，3 键合于主链的木糖残基上，如图1 1 中b 、c 、d 所示i s l ，a 是未被取 代的毗喃型木糖残基，b 是木糖残基在2 位o 上被呋喃型阿拉伯糖取代，c 是木糖残基在3 位。上被阿拉伯糖取代，阿魏酸连接于阿拉伯糖的5 位。上，d 是木塘残基被阿拉伯糖双 取代。 葡萄糖醛酸以及它的4 甲基醚存在于侧链的非还原末端嘲。统计资料表明，全球植物每 年，七成的半纤维素有3 x 1 0 1 0 t 之多，是地球上最丰富的最廉价的可再生资源之一木聚糖的 生物转化利用不仅可以减少农林废弃物的环境污染，而且有着广泛的工业应用价值小麦麸 皮富含半纤维素，麦粒果皮及外种皮中木聚糖含量达6 4 t 7 1 。利用小麦麸皮制备低聚木糖这 样有较高附加值的产品，可以提高相关生产者的经济效益。 h o a b o y ，。， n ，。 o 图1 - 1 术糖及其与阿拉伯糖的连接 1 1 2 木聚糖的提取 术聚祧是制备低聚术糖的主要原料，在植物细胞罐中小聚船与水质索及纤维索相结 合：术聚聃与木质索共价结合，与纤鲥i ：素以氢键结合。因i f l j t 耍使木聚特有效地降解，常常 需犯j e 从+ i f 物组织巾提取出来。 常蚪j 的术聚糖提取方式有以f j l 种。 ( 1 ) 酸法植物组织中的半纤维素在l o o c 以下能够较好地溶解在稀酸中f o 3 3 o ) 。半纤维素由下+ 酸的作用发生降解。然而稀酸提取半纤维袭时木聚糖基本上都水解成 单糖。不利于低聚糖的制备1 8 。 ( 2 ) 碱法木聚搪可以溶解于碱液中，因此可以用碱液提取木聚糖。碱处理主要是用 n a o h 或k o h 处理纤维质原料，通常所用碱的浓度为2 1 8 ，选取浓度视植物材料而 异，般为1 0 i ”。 ( 3 ) 蒸汽爆破法蒸汽爆破技术是近年束发艘较侠、成本低、尢行染的项新技术 将物料先用2 0 0 2 4 0 c 的水蒸气处理适当时| 日j ( 0 5 2 0 m i n ) ，岛温岛肚f ，木聚糖链发 生水解断裂。水蒸气同物料一起从反应器中急速放出而爆破，压力骤减引起的强大气流，对 植物细胞壁立体结构产生机械破坏作用，会使木聚糖分子进步降解。细胞壁结构破坏，本 质素因烯内醚键断裂而生成低分子物质，纤维素和半纤维素充分暴露、分离，町降解性进一 步提高。 她 1 绪论 ( 4 ) 蒸煮法蒸煮法与蒸汽爆破法原理基本相同。只是温度稍低，一般低于1 8 0 ( 2 ， 且无释压喷放过程。纤维质原料经蒸煮后，部分半纤维素溶于水中，离心分离后，可得到含 木聚塘和低聚木塘的水溶液l 1 0 1 ( 5 ) 直接蒸煮不对物料做任何前处理直接蒸煮 ( 6 ) 酸预处理后湿法蒸煮先用稀酸浸泡物料一定时闽， 物料，之后加水蒸煮。 ( 7 ) 酸预处理后干法蒸煮将物料经稀酸处理一定时间， 的物料再加水打浆浸提木聚糖。 1 2 木聚糖酶 滤去浸泡液。洗涤浸泡后的 洗去表面酸后蒸煮。蒸煮后 d - 木聚糖酶分为6 1 ，3 n 木聚糖酶和昏l , 4 - d - 木聚糖酶肛l ，3 - 0 - 木聚糖酶作用于b 1 d 木聚糖，生成n 本糖和m 木寡糖，包括外切肛l m 木聚糖酶( e c 3 2 1 7 2 ) 和内切b - 1 3 一d 一木聚糖酶( e c 3 2 ：1 3 2 ) 。这类木聚糖酶主要来源于海洋细菌、绿藻、褐藻和红藻以及 陆地真菌。 8 1 a d 木聚糖酶水解b 1 m 木聚糖，包括b 1 胁木聚糖酶( e c 3 2 1 8 ) 和b 一木塘苷 酶( e ( 3 2 1 3 7 ) 前者从主链内部作用于木稽营键，作用底物包括阿拉伯木聚耱、阿拉伯 葡萄糖木聚糖、阿拉伯4 0 甲基糖醛酸木聚糖和葡萄糖醛酸木聚糖，水解产物主要为低聚 木糖：而后者作用于木寡糖的末端，释放出木糖，但仅b 木糖苷酶能水解木二糖l l l l 。根据 酶分子大小，微生物中木聚糖酶又分成两类：低分子量木聚塘酶含1 8 2 2 3 4 个氨基酸残 基；高分子量木聚糖酶含2 6 9 8 0 9 个氨基酸残基。根据能否将阿拉伯糖基从带有阿拉伯糖 侧链的木聚糖上释放出来将木聚糖酶分为阿拉伯糖释放型和非阿拉伯糖释放型1 嘲。 木聚糖酶来源很广，具多样性特点。细菌、真菌以及酵母等都能产生木聚糖酶，不同来 源的木聚糖酶催化特性也有差异，如黑曲霉( a s p e r g i l l u sn i g e r ) 的两个木聚糖酶( p 1 8 0 和 p 1 9 6 ) 所催化的反应的产物中没有阿拉伯糖，而且对去除了阿拉伯糖残基的木寡聚糖作用 很小或不起作用，由此看出其作用位点要求近旁有阿拉伯糖残基存在绝大多数b ，1 ，4 - 内切 木聚糖酶的最适p h 值小于7 0 ，最适反应温度在4 5 ( 2 7 5 1 2 i 嘲。 1 3 低聚木糖 1 3 1 低聚糖 低聚糖( o l i g o s a c c h a r i d e ) 又称寡糖，是由2 1 0 个单糖通过糖苷键连接形成直链或支 链的低度聚合塘，分子量3 0 0 2 0 0 0 ，分成普通低聚塘和功能性低聚糖两大类。 蔗糖、麦芽糖、乳耱、海藻糖和麦芽三糖等属于普通低聚糖，它们町以被机体消化吸 收，不能作为肠道有益菌双歧杆菌的增殖因子。 水苏糖、棉子糖、帕拉金糖、乳酮搪、低聚果糖、低聚木糖、低聚半乳糖、低聚乳果 糖、低聚异麦芽糖、低聚龙胆糖等属于功能性低聚糖，在进入人体后难以被消化吸收，不产 ，七热量，不是新糖源，丽只是有某些糖类的属性。这些低聚糖虽然不能够成为人体的营养物 乐北朴业人乍坝l i t 论艾 质，但在某些方面却具有它的生理功能，所以称其为功能性低聚糖，除了具有低热，稳定、 安全、无毒等良好的理化特性外还有促进肠内有益菌繁殖、抑制有害菌生长的生理功能。 自然界中。竹笋根部、水果、蔬菜、牛奶、蜂蜜中含有少量的低聚木塘1 1 3 l 。木二糖 ( x y i o b i o s e ) 分子式c l o h l 哂，分子量2 8 2 2 5 ，熔点1 8 5 1 8 6 0 ，结晶，溶于水。木三 糖( x y l o t r i o s e ) 的熔点2 0 5 2 0 6 1 3 2 低聚木糖的理化性质 ( 1 ) 甜度与甜味在低聚木糖的成分中，木二糖的甜度为蔗糖的4 0 ，一般地，含量 为5 0 的低聚木糖产品甜度约为蔗糖的3 0 。低聚木糖的甜味纯正，与蔗糖类似 ( 2 ) 稳定性与其它低蒙糖相比，低聚木糖的突出特点是耐酸、热稳定性好。5 的低 聚木糖的水溶液在p h 值2 5 8 0 范围内非常稳定，1 0 0 加热1 h 后低聚木糖几乎不发生分 解；l 低聚木糖的水溶液在p h 值2 5 7 0 范围内，分别在2 0 、3 7 、5 0 下贮存3 个月， 没有发生明显的变化，其保留率仍为1 0 0 ：p h 值3 4 左右含低聚木糖的酸性饮料在室温下贮 存1 年，其中低聚木糖的保留量达n 9 7 以上i i “。该范围基本覆盖了绝大多数食品体系的p h 值。因而可添加于几乎所有的食品中与之相比，低聚果糖与低聚半乳塘的酸热稳定性则差 得多，低聚木糖货架寿命明显长于其他功能性低聚糖。 1 3 3 低聚木糖的生理功能 ( 1 ) 显著的双歧杆菌增殖能力低聚木糖有明显的双歧杆菌增殖作用，而且除青春双 歧杆菌、婴儿双歧杆菌和长双歧杆菌外，大多数肠道菌对低聚木糖的利用都比较差即低聚 木糖对双歧卡t 菌有高选择性增殖效果。低聚小张娃h 阿发现的有效用量最少的低聚糖。 试验表明，每天只需口服n 7 9 ，2 周后肠道荫君丫i | j 的双歧杆菌的比例从8 9 增加到1 7 9 ， 而拟杆菌( 可能的致病菌) 则从5 2 6 减少剑4 4 4 ，3 周后，双歧杆菌的比例增加到2 0 2 ， 拟杆菌降至3 2 9 。整肠作用明强。对十烈歧卤的增殖能力，与低聚小船的日有效摄入量 0 7 9 褶比，其它功能性低聚糖的有效摄入亟，人刚瓯聚糖l o g 、低聚采糖5 9 7 9 、低聚半乳 塘3 9 5 9 、低聚异麦芽糖1 0 9 - - 1 5 9 。经研究太i ，低聚木糖对人体无毒副作用，经急性毒 性、亚急性毒性、致突变试验研究证实低聚小耱安全无毒性1 1 6 j ( 2 ) 不被消化特性与其他的低聚糖相比低聚木糖在消化系统中稳定，很难被消化 酶水解，人体唾液、胃液、胰液和小肠液对低聚术糖的消化试验见表1 1 t 切。低聚木糖代谢 不依赖胰岛素，可满足患有诸如糖尿病、肥肿炳嗣i 高血脂症等特殊人群的需要。与某些低聚 檐产品含有可消化性单糖相比。它的主要什随成分为木塘也是一种不消化单糖因此普通 浓度的低聚木耱产品就能满足特殊人群的食晶加i 的要求，同时又降低了生产成本。另外， 低聚木糖还具有膳食纤维的部分生理功能，如人体摄入低聚木糖后可增加大便中的水分、改 变大便的形态，从而防止便秘的出现。因而有文献将低聚木糖归入膳食纤维中抗性低聚糖一 类 4 l 绪逾 表1 - 1 低聚木糖和麦芽糖经体外消化试验后的残留率f 单位：质量分数9 的 ( 3 ) 无龋齿性低聚木糖不能被口腔内变异链球菌等细菌分解成粘着性的单糖如葡萄 糖、果糖、半乳糖等，与蔗糖并用时能阻止蔗糖被龋齿病原菌作用而生成水不溶性的高分子 葡聚糖( 牙垢) ，因此无龋齿性并具有抗龋齿性，适合作为儿童食品的甜味添加剂。 ( 4 ) 促进钙吸收摄入低聚木塘后，大鼠对钙的消化吸收率可提高2 3 体内钙的保 留率提高2 1 l “因此低聚木糖可作为开发孕妇、老年食品的理想添加原料 1 3 4 低聚木糖的应用 日本市场率先把低聚木糖同食品相结合起来。2 0 0 2 年，经日本政府批准的特殊保健食 品增加到3 2 4 项，其中以低聚糖作为功能性成分的保健食品占5 0 以上i 堋。如今，大概有 6 0 家公司在t 0 0 多种产品中使用了低聚木糖，一些是被批准的特殊保健食品，如s u n t o r y l a d 公司生产的y o g h u r i n a ，m a m s h i g eu e d ac o 公司生产的m a r u s h i g eg e n k i s u ， e n z a m i nl a b o r a t o r yl n c 公司生产的l - o n e 以及l o t t e c o 公司生产的s u k k i r i k a i c h o 。由 s u n t o r y 首次生产的这种食品“b i k k l e ，从1 9 9 3 年就成功地占领了市场，它含有双歧杆菌、 低聚木糖、乳清矿物和乌龙茶的萃取物。 低聚木糖应用于植物促生长研究表明，由蒸汽爆破木材制取的低聚木糖在极低的浓度下 ( s m g l 5 0 m g l ) 可对豆科植物的种子根系产生明显的促生长作用l 螂 低聚木糖在动物饲料添加剂方面的应用研究刚刚起步，但其对双歧轩菌的高选择性增殖 作用预示着在该领域的广阔应用日 景l b l 。 1 3 5 低聚木糖生产现状 低聚木糖在许多领域都很有实用潜力，包括医药、饲料和农业应用，但是它们最重要的 市场前景是在食品方面的应用。根据健康功能和浓度阈值，低聚木糖比其他低聚糖更有优越 性，但是相对比较高的生产成本砥在阻碍它的受广泛和更快速的发展。为此，进一步提高加 j ：技术将是非常必要的。 从1 9 9 4 年起，对低聚木耱的巨大需求谢：州厂它在食品中应用的意义。低聚糖作为新一 代生物制品在中国具有很大的市场，发展前景广阔。它可最大限度地满足喜爱甜品又担心耱 尿病和肥胖人群的要求，特别适宜肥胖症、糖尿病高血压、动脉硬化、龋齿患者食用。低 聚木糖在低聚糖中以服用量少这一最大优势而具有极大的竞争力和市场开发前景1 1 9 1 在国内，有一些厂家已经丌始少量低聚木糖的商业化生产，但由于在这方面的研究丌发 尚不充分，因此生产规模和产量都较小，和异麦芽低聚糖等相比较生产成本较高，商业应用 东| 匕林业人学坝i j 7 位论卫_ 较少低聚木糖国内市场价格约为2 0 0 元k g ，估计国内低聚木糖年需求量不少于3 0 0 0 吨 在国外，低聚木糖由f 1 本s u n t o r y 公司丌发成功，用酶法生产，1 9 8 9 年上市，当年产：量 1 5 0 吨；1 9 9 8 年生产能力达到1 1 0 0 吨( 其中糖浆1 0 0 0 吨，固体粉末1 0 0 吨) ，糖浆低聚木 糖含量7 0 以上，价格约2 5 0 0h f r k g 粉末低聚木糖含量9 5 以上，约8 0 0 0 同元瓜g i s l 近两年，日本国内对于低聚木糖和棉子糖等的年需求量在1 0 0 0 2 0 0 0 吨。国际市场对低聚 木糖的年需求量以2 5 的速度递增。男一方面，大部分的龙头企业开发了功能性食品，巩 固了市场。其他文献也阐述了功能性低聚木塘的应用广泛性和原料的多样性。关于当前的趋 势，由于生产成本的降低和消费者的认可使得低聚木糖工业将会持续增长。用酶法生产的低 聚木糖产品n o v e l 食品在此领域仓造了新的机遇和挑战。 1 3 6 低聚木糖的制备 低聚木糖的制备方法可分为：( 1 ) 黢水解法；( 2 ) 热水抽提法( 含蒸汽喷爆法) ；( 3 ) 酶水解法( 含物理或化学酶联合法) 。多糖的酸水解采用三氟醋酸、盐酸及硫酸等稀酸 部分水解木聚糖。酸法水解由于存在各种问题而未能广泛应用。如它需要耐酸、由 压、耐热 设备，投资大，技术要求高；水解速度快，很难在低聚木糖水平上停止反应，且酸水解反应 会伴随有害物生成，造成后续的精制工艺烦琐。产物得率低，不适合工业生产。目前，酸水 解法多用于实验室内制各少量低聚木糖。多糖降解中热水抽提法，1 9 7 8 年r 本专利曾提 出，利用热水或饱和蒸汽作用于植物原科制备低聚木糖，但此法得到的糖液及低聚木糖结品 颜色深，很大程度上限制了其用途，而且后续 艺烦琐，产物得率低不适合工业化生，“ 蒸汽喷爆后的半纤维素土要以低聚本糖的形式存在，随着喷爆温度的提高，低聚木瓣的甲均 聚合度呈下降趋势，一般地，温度范闱为1 7 0 2 2 0 。有报道认为高温高址- 卜喷爆处理 制备低聚木糖精制烦琐，产品得率低。多话降解中生物酶法，工业上。一般采片j 内切木聚糖酶 分解木聚糖，然后经分离提纯可制得低聚木塘。“lf 足利用内切型木聚糖酶定向酶解半纤绷 素，故副产物较少，有利于后续：l ：艺c l t 低聚术糖的分离、提纯和精制。 1 3 7 低聚木糖的精制 木聚糖经木聚糖酶定向水解得到的酶解液中有效成分为低聚木糖，但同时也含有木糖、 糖醛酸、未降解的残存木聚糖、木质素、酶蛋向和无机赫等杂质，可根据产品的品质要求， 利用生物化工下游技术，如超滤、反渗透、同相吸附和液相萃取及柱层析技术等对酶解低聚 木糖液进行分离纯化以制取不同需要的精制低聚小糖产品f 冱栩1 。低聚木糖产品精制主要包括 木聚糖水解液的脱色、脱敲、浓缩等l 艺 由于柱层析技术存存处王l f ! 量小、，“晶冰隍低、操作要求高等不足，会大幅度增加低聚术 糖产品的成本，目前该技术尚未应用于低聚木糖分离提纯工业化生产。 超滤是指在一定巨力( 0 1 m p a 0 8 m p a ) 下，液体经过装置内部的膜表面时依据超 滤的物理化学性能，只允许溶剂、无机特和小分子物质通过，而截流溶液中的大分子物质， 于是不仅分离了分f 量大小不同的物质而h 对其各自都进行了浓缩。所以，采片 超滤技术可 以分离酶解液中的低聚木糖和木聚塘。使用界由吸附的方法也可以对粗低聚木糖液进行脱色 l 结论 净化和分离提纯。如采用固相吸附剂活性炭、硅胶、硅酸镁和磷酸钙无机黼等吸附脱色 l 切 1 4 小麦麸皮资源及开发利用情况 小麦麸皮是小麦制面粉时制粉过程中提取小麦粉和胚芽后的残留部分，是小麦面粉厂的 主要加工副产品，以皮层为主( 包括果皮、种皮、珠心层和糊粉层) 。混入少量的胚芽和未 剥刮干净的胚乳，通常占小麦重量的1 4 1 9 它由小麦的果皮、种皮、糊粉层及少量胚 和胚乳组成，富含纤维素和半纤维素，是膳食纤维的主要来源，包含4 6 的非淀粉多糖， 其中阿拉伯木聚糖约为7 0 ，纤维素约为2 4 $ - 0 3 x 1 甜) 一葡聚糖约为6 ，另外还有少量 来自于胚乳和糊粉层的阿糖基半乳糖和葡聚糖以及少量的木聚错。麦麸还含有4 5 的植 酸和o 4 1 ( 畅的与植酸相结合的阿魏酸。阿拉伯木聚糖、植酸和阿魏酸是麦麸中的重要 生理活性物质，具有保水性、稳定性及抗肿瘤、抗氧化等功能，在食品添加剂和功能性食品 开发上有广泛应用。目前小麦麸皮除少许用于制味精、面包及提取麸皮蛋白外，主要用做饲 料，经济价值不高。因此，有必要寻找麸皮的其它利用途径，提高麸皮的利用价值。 小麦麸皮纤维素和半纤维素是具有代表性的膳食纤维，具有很多生理功能。小麦麸皮作 为膳食纤维的重要来源，其有很广的开发空问。目前小麦麸皮膳食纤维主要应用于面包、饼 干、糕点等食品中作为品质改良剂和膳食纤维强化剂。利用膳食纤维的吸水性、吸油性、 保水性、保油性，添加到豆制品及肉制品中，可以保鲜和防止水的渗透；用于粉状品时，可 作为载体，制成冲剂；加到沙司、蛋黄酱中可作为黏度调节制：加入到饼干食品可使面团易 于成型；加入到冰淇淋、糖果中可作为防固结剂。 麦麸低聚耱可作为功8 9 性甜味；嗽加到食品中。 近年来，小麦麸皮的开发利用已引起国际上的普遍重视。从2 0 世纪9 0 年代起，国际上 已开始研究并开发麸皮食品。美国、日本等一些发达国家在小麦麸皮中添加柠檬酸、乳酸、 蔗糖、葡萄糖、麦芽糖等用于制成低脂肪、高纤维面粉，成为新兴的食品添加剂：用小麦麸 皮开发的高纤维食品饮料已成为国际市场上的抢手货。我国开发小麦麸皮食品虽然起步较 晚，但近几年进展较快，上海、广东、山东，福建等地科研部门和食品企业已开发出高纤维 面粉加工的面包、饼干、保健粥等食品，投入市场后颇受消费者青睐，产品供不应求。另 外，小麦麸皮中富含的半纤维素是低聚耱的良好来源，利用小麦麸皮为原料提取阿拉伯木聚 糖生产低聚木糖不仪原料来源广泛，成本低廉，而且可以实现对麦麸的综合利用，提高其经 济价值，实现资源的合理丌发利用。小麦麸皮世界年加工量约2 亿吨3 亿吨，我国小麦麸 皮年产量7 0 0 0 万u 屯 8 0 0 0 万吨，如果将其全部用于丌发食品，将带来乒大的收益。与小麦 麸皮相比，同样提取条件下，麸皮木聚糖提取率达3 5 时小麦秸秆木聚蓿只有1 8 1 2 2 1 。 1 5 本课题研究的主要内容 本研究以小麦麸皮为原料，主要分为麸皮中木聚糖的分离提取和低聚木糖的制备两大 部分。首先埘小麦麸皮进行除淀粉，除蛋白的预处理；然后提取小麦麸皮中的木聚糖，通过 乐i t 朴业人掌坝i 学位论空 对不同提取方法的研究和比较，综合考虑木聚糖得率和操作的可行性，确定最佳提取方案： 利用酶法对木聚糖进行降解根据小麦麸皮中半纤维素的特点，选用木聚糖酶，对已提取的 木聚糖进行降解，以制取低聚木糖，同时比较高温蒸煮获得的低聚木糖。对制备的低聚木糖 液进行脱色处理，并进行一些功能的动物试验研究。 对小麦麸皮进行有效的综合利用，提高麸皮经济价值，充分利用这一可再生植物资源， 对实现生物资源的可持续发展有重要意义。 8 2 小麦差主皮术聚塘的提取 2 小麦麸皮木聚糖的提取 木聚糖( x y l a n ) 是种非均一多聚五碳糖，是植物半纤维素的重要组成部分半纤维 素主要存在于揸物的细胞壁中，是一种可再生资源，存在量仅次于纤维素。对于本试验所用 小麦麸皮，半纤维素的含量超过纤维素，是提取木聚糖的较好的原料选择。由于木聚糖与木 质素、纤维素结合紧密且木聚糖本身结构较复杂，若直接酶解麸皮获得低聚木糖则会受到很 多因素的限制而影响得率，因此，有必要先从麸皮中对木聚糖进行充分的提取 2 1 试验材料 2 1 1 主要试验试剂 东北小麦麸皮 耐高温a 淀粉酶 中性蛋白酶 氢氧化钠 氢氧化钾 浓硫酸 盐酸 h 2 0 2 碘 碘化钾 硝酸钙 酒年i 酸钾钠 硼酸 3 , 5 二硝基水杨酸 无水乙醇 酚酞 2 1 2 主要仪器设备 宅热恒温水浴锅 离心机 超滤设备 电f 天平 电热恒温鼓_ i ) 吨f q 燥箱 循蚪水多用真窄泵 旋转蒸发器 可觅分光光度计 p h 计 电热恒温水浴摇床 灭菌锅 生化试剂 生化试剂 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 指示剂 d k s 1 2 t g l 厂1 6 g t p l m 2 0 j a 2 0 0 3 d h g 一9 2 4 0 s h b - 3 l 也5 2 a 7 2 1 w p b 1 0 s w r b 2 0 0 p v l 北大荒麦业 天津利华酶制剂技术有限公司 天津利华酶制剂技术有限公司 天津市博迪化工有限公司 天津市大陆化学试剂厂 天津市化工试剂三厂 天津市化工试剂三厂 天津市瑞金特化学品有限公司 天津市化学试剂六厂 天津市科密欧化学试剂开发中心 天津市东丽区天大化学试剂厂 天津市东丽区天大化学试剂厂 哈尔滨市新达化工厂 北京笃信精细试剂厂 天津市东丽区天大化学试剂厂 天津市化学试剂三厂 上海森信试验仪器有限公司 上海安亭科学仪器厂 天津膜天膜有限公司 上海良平仪器表有限公司 上海恒一科技有限公司 郑州杜甫仪器f 上海哑荣生化仪器厂 上海成光仪器有限公司 s a r t o r i u s a u t os c 正n c e 长春市百奥生物仪器有限公司 2 2 试验方法 2 2 1 小麦麸皮中各组分含量的测定 2 2 1 1 小麦麸皮中淀粉含量的测定： 本试验采用碘显色洌驯测量麸皮淀粉含量取0 2 5 9 小麦麸皮原料对其淀粉含量进行测 定。 2 2 1 2 小麦麸皮中蛋白质含量的测定； 本试验采用凯氏定氮法j 测量麸皮蛋白质含量。量取0 5 9 小麦麸皮原料对其蛋白质含 量进行测定 2 2 1 3 小麦麸皮中脂类物质含量的测定： 本试验采用索氏提取法l 川，取5 9 小麦麸皮原料以石油醚( 沸程6 0 c 9 0 c ) 在8 5 3 3 下 回流6 小时后。网收石油醚将收集瓶烘至恒重后称量，计算脂类物质含量。 2 2 1 _ 4 小麦麸皮中纤维素含量的测定： 将原料粉碎后过2 0 目筛，称取o 2 9 原料，加入5 m l 醋酸和硝酸的混合液，臂沸水浴 中加热5 m i n ：冷却后离心；向沉淀中加入1 0 m l 质量分数1 0 的硫酸和1 0 m l 0 1 m o l l 的 重铬酸钾溶液。摇匀，沸水浴中1 0 r a i n ，转入三角瓶中，冷却后加入5 m l 质量分数2 0 溶液和l m l 质量分数0 5 的淀粉溶液，用0 2 m o i f l 硫代硫酸钠滴定，另外单独滴定加入 了1 0 m l 质量分数l o 的硫酸和1 0 m l 0 1 m o l l 的重铬酸钾溶液作为宅白样，纤维素含量按 式2 - 1 计算例： x = 0 2 0 - b ) ( 0 2 2 4 )( 2 - 1 ) 式中2 4 l m o l c 6 h l 0 0 5 牛i 当于硫代硫酸钠的当量数； a 空白滴定所托硫代硫酸钠体积( m l ) b 溶液所耗硫代硫酸钠体积( m l ) 2 2 1 5 小麦麸皮中卜纤绗素含量的测定： 将原料粉碎后过2 0 - i 筛，称取o 2 9 原料，加入1 0 m l 质量分数8 0 的l i f i i 酸钙溶液，沸 水浴