功能性添加劑木寡糖技術(shù)特性研究

張建國

摘 要：木寡糖可以從多種多樣含木聚糖的原材料中通過化學(xué)法或酶法制得，然后再利用物理化學(xué)方法精制。作為食物配料，木寡糖具有許多有利的技術(shù)特性，并且具有調(diào)節(jié)腸功能的能力，能導(dǎo)致生物前效應(yīng)以及木寡糖在生物合成配置方面的作用以及它們的技術(shù)特性和市場前景。

關(guān)鍵詞：木寡糖；木聚糖酶；熱水處理；精制；生物效應(yīng)

中圖分類號：TQ464.8 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3198（2009）03-0281-01

1 木質(zhì)纖維素的自動水解

木寡糖是由含有木聚糖的LCM通過化學(xué)法，敏感底物的直接酶解法，或者是化學(xué)法與酶法處理相結(jié)合制得的。木寡糖直到2000年的生產(chǎn)和應(yīng)用狀況在以前已有所綜述，該項目的目的是縱覽同一領(lǐng)域內(nèi)的近期發(fā)展情況，提出一條可行性方案，該方案包含至少一種水處理以導(dǎo)致木聚糖降解以溶解碳水化合物。

當(dāng)含有木聚糖的LCM 的水化過程在合適的操作條件下得以進行時，半纖維素鏈會在水合氫離子的水解作用下分解，得到可溶性產(chǎn)品，然后在固相中殘留具有些許化學(xué)變化的纖維素和木質(zhì)素。

自動水解的殘留固體還可進一步加以利用，例如可以用于纖維素的酶解，還可用于飼料，燃料或者用于結(jié)構(gòu)材料。在該領(lǐng)域木質(zhì)纖維素產(chǎn)出多產(chǎn)品的過程具有良好的經(jīng)濟前景，并有效降低了溫室氣體的排放量。

水解反應(yīng)得到的主要可溶性產(chǎn)品通常指的是寡糖，這些寡糖的DP范圍通常在3－10之間，分子量較大的可用作食用纖維，木聚糖與木寡糖降解產(chǎn)品的主要化學(xué)區(qū)別是DP，而DP在食品研究中被作為寡糖。近來研究發(fā)現(xiàn)，對許多木材進行化學(xué)處理可以生產(chǎn)木寡糖，包括谷物殘渣，甘蔗渣，硬木，玉米穗軸，裸殼，釀酒廠的殘余谷物，杏核，谷物纖維，亞麻下腳料，麥桿以及竹子。

在自動水解處理過程中，木寡糖是一種傳統(tǒng)的反應(yīng)媒介物，最大濃度通過嚴格的條件達到，分子量分布依賴于所運用的基質(zhì)以及反應(yīng)條件，提高嚴格性的處理導(dǎo)致聚合度降低，同時也提高了將木寡糖分解為木糖的程度，從多種基質(zhì)生產(chǎn)木寡糖的動力學(xué)研究最近也作了相關(guān)報道。從自動水解得到的木寡糖極具代表性，保留了天然木聚糖的主要結(jié)構(gòu)特征，例如，與運用堿性物質(zhì)處理過程導(dǎo)致的皂化作用相比，熱水處理過程只造成小部分酯基的分裂。

2 木寡糖的精制

經(jīng)過水或蒸汽處理過程產(chǎn)生木寡糖以后，在反應(yīng)媒介中出現(xiàn)許多其他的化合物，包括單糖，乙酸，萃取衍生得到的產(chǎn)品，原料中的酸溶木質(zhì)素片斷，戊糖水解得到的糠醛，可溶的無機組分，蛋白質(zhì)衍生物等。為了得到食品級的木寡糖，自動水解溶液必須通過除去單糖和非糖化合物，得到木寡糖含量盡可能高的濃縮液。商業(yè)木寡糖的純度通常為75%－95％。木寡糖通過含有敏感木聚糖底物的酶法過程處理得以純化。該過程在木質(zhì)纖維素化學(xué)處理過程以及木聚糖酶的特殊作用下得以促進。

自動水解液的純化是一個復(fù)雜的問題，反應(yīng)成分分離都需要多級處理過程，例如，在單級自動水解反應(yīng)中，可溶原料中相當(dāng)一部分符合易萃取化合物的范疇，，他們可以通過溫和的水處理過程除去，而保留單纖維素聚合體性質(zhì)不變，以備在嚴格條件下進行進一步的水解過程，基于這樣的理論，兩步連續(xù)的水處理過程可以得到高純度的木寡糖或者是具有高敏度且可用于進一步精制處理的溶液。其中第一步水處理是要除去易萃取的化合物，而第二步則是要得到半纖維素的選擇性溶解性。

溶液的精制沉淀應(yīng)用于木寡糖的精制，溶劑主要有乙醇，丙酮，異丙醇。純化的程度及回收率依賴于所應(yīng)用的溶劑和木質(zhì)纖維素原材料，它們決定了木寡糖取代方式以及穩(wěn)定的非糖成分的存在幾率。

由于即使最小量的水也能影響衍生得到的半纖維素產(chǎn)品的沉淀，所以溶劑萃取過程采用同種溶劑用于沉淀，用乙醇可以得到最好的純化效果，但回收率卻不甚理想，吸附與其他處理結(jié)合用于精制木寡糖，可以從單糖中分離出寡糖，并且除去不想要的化合物。

膜技術(shù)在木寡糖的生產(chǎn)精制以及濃縮方面也有很好的應(yīng)用，Izumi et al.應(yīng)用膜技術(shù)濃縮木質(zhì)纖維素的酶法水解產(chǎn)物，Yuan et al.應(yīng)用膜技術(shù)濃縮酶解木聚糖得到的木寡糖，連續(xù)膜技術(shù)應(yīng)用于濃縮和分餾木寡糖在多級純化過程中已有應(yīng)用，主要用于從乳糖中分離葡萄糖，從淀粉水解得到的單糖和寡糖中分離單糖以及從寡糖中去除單糖，寡糖的回收，牛奶中寡糖的純化，以及含寡糖的低乳糖牛奶的生產(chǎn)。

3 木寡糖對腸功能的作用

人類越來越了解到微生物在維持主體健康方面起到很關(guān)鍵的作用，它們的作用不僅表現(xiàn)在胃腸道方面，還表現(xiàn)在對有規(guī)則的新陳代謝的作用，盡管對產(chǎn)生作用的單個菌種的信息不是太清楚，但通常認為雙歧桿菌和乳酸桿菌組成了有用的內(nèi)臟微生物的重要成分。

當(dāng)木寡糖作為飲食成分被攝入時，可以通過結(jié)腸微生物群的調(diào)節(jié)導(dǎo)致生物前效應(yīng)，（例如，作為功能性食品的活性成分），從營養(yǎng)學(xué)角度來看，木寡糖是一種非消化性寡糖（NDOS）也稱為短鏈碳水化合物（SCCS），并且顯示出與其他寡糖引起的效應(yīng)相關(guān)的生物效應(yīng)，包括果糖，半乳糖，大豆寡糖，近來關(guān)于各種各樣寡糖的生物前效應(yīng)已有試驗性以及綜述性的報道，包括木寡糖。

作為NDOS，木寡糖在低PH胃液和消化酶的作用下無法降解，只能在大腸中代謝，，碳水化合物的發(fā)酵是一項復(fù)雜的過程，因為所用菌種的代謝終產(chǎn)物可以用作其它菌種的底物，一些微生物可以在這些底物上生長，但不能發(fā)酵。木寡糖的前生物效應(yīng)的特性與它們能刺激有效菌（雙歧桿菌，乳酸桿菌）生長的特性息息相關(guān)的。多種寡糖的體外評估表明，與其他寡糖相比，木寡糖能增加雙歧桿菌的數(shù)量，Crittenden et al.已報道了木寡糖作為碳源通過有效菌的選擇性應(yīng)用。他還發(fā)現(xiàn)許多雙歧桿菌屬和短乳桿菌能夠通過運用木寡糖而高產(chǎn)率的生長，并且能夠通過一些類桿菌屬隔離群有效的發(fā)酵，而不是通過大腸桿菌，腸球菌，艱難梭菌或者是產(chǎn)氣夾膜梭菌。

除了促進微生物生長，結(jié)腸木寡糖發(fā)酵還能產(chǎn)生H₂，CO₂，短鏈脂肪酸（乙酸鹽，丙酸鹽，丁酸鹽）以及乳酸鹽，這些產(chǎn)物還可進一步進行系統(tǒng)或局部的發(fā)酵，為宿主提供能量。許多關(guān)于SCFA的健康特效也有所報道，包括許多方面的進展，例如腸功能，鈣吸收，脂類代謝以及結(jié)腸癌發(fā)病率的降低等。

4 木寡糖的其它特性

作為食品配料，木寡糖顯示出良好的工藝特點，包括在酸性介質(zhì)中的穩(wěn)定性，耐熱性以及提供較低能量的能力，以及低日攝取量下重要的生物效能。木寡糖還能影響胰腺的胰島素分泌，刺激腸道礦物質(zhì)吸收，木寡糖還可通過刺激細菌生長影響大便習(xí)慣以及輕度緩瀉的作用，服用木寡糖亦可增加腸道微生物的數(shù)量從而達到治療腹瀉的作用。盡管最大允許服用劑量依個體因素差異而定，經(jīng)測定，對于男性成人，每天0.12g/kg體重是適宜的。適當(dāng)?shù)哪竟烟墙o藥可以抑制病原菌的生長，從而引起結(jié)腸內(nèi)發(fā)酵失調(diào)引起的紊亂，并且可以防止腸道平衡失調(diào)的發(fā)生，如便秘，腸炎，腹瀉，胃炎。木寡糖對孕婦的便秘有顯著療效，并無不良反應(yīng)。

5 結(jié)語

木聚糖是由日本SUNTARY公司在1989年率先生產(chǎn)的。此后其產(chǎn)量一直呈直線上升。1994年產(chǎn)量為70t，96年為300t，1998年已達400t。而我國在這方面起步較晚，九十年代末，有北京化工大學(xué)和無錫輕工業(yè)大學(xué)等多個單位進行研制，但產(chǎn)業(yè)化進程較慢，據(jù)報道，到目前為止國內(nèi)僅有一個廠家可生產(chǎn)木寡糖，但產(chǎn)量很低，與龐大的國內(nèi)需求市場相比，相形見拙?？偟膩碇v，在木寡糖的生產(chǎn)上，與國外水平相比，我們的產(chǎn)品在純度和產(chǎn)量方面差距較大，目前，Suntory公司已推出xylcollgo95P，其木寡糖含量在95％以上，而我國目前商業(yè)化的木寡糖并不能達到此純度。因此，針對目前國內(nèi)木寡糖的狀況，我們需加快產(chǎn)業(yè)化進程，同時，應(yīng)探討各種切實可行的廉價的生產(chǎn)方法，以盡可能地降低生產(chǎn)成本，增加產(chǎn)量，以滿足不斷增長的國內(nèi)市場。

參考文獻

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