發(fā)酵麥麩獲取束縛型酚類研究方向與應(yīng)用前景

摘要：本文在于討論酚類物質(zhì)的制取歷程、概念、前景以及采用發(fā)酵法研究麥麩中束縛型酚類物質(zhì)的釋放規(guī)律及其機理。到目前為止，國內(nèi)外盡管有一些采用發(fā)酵法提高總酚含量的報道，但對于束縛性酚類物質(zhì)的釋放機理尚未見報道，研究麥麩束縛型酚類物質(zhì)釋放過程中微生物發(fā)酵的產(chǎn)酶規(guī)律及其對酚類物質(zhì)釋放的影響具有建設(shè)性的研究方向。

關(guān)鍵詞：麥麩；束縛型；酚類；發(fā)酵法

小麥是世界上種植面積最為廣泛的作物之一，約占糧食作物種植面積的26%，小麥產(chǎn)量約占糧食總產(chǎn)量的22%[1]。我國是小麥生產(chǎn)大國，早在幾年前，小麥年產(chǎn)量即突破1.10億噸，約占世界總量的19%[2]。小麥麩皮是小麥加工制粉過程中提取胚芽和胚乳后的殘留部分，因其粗纖維含量高，食感較差而作為面粉加工的主要副產(chǎn)物。麩皮由小麥的皮層和糊粉層組成，重量約為小麥籽粒重的22～25%[3]。由于我國小麥年產(chǎn)量高，小麥麩皮的年產(chǎn)量可達2000萬噸以上，但是一直以來對于麩皮的開發(fā)利用較少，基本上僅以作為飼料原料而加以利用[4]。

1小麥麩皮的成分

小麥麩皮中主要含有非淀粉多糖、淀粉、脂肪、木質(zhì)素、蛋白質(zhì)、維生素和酚類物質(zhì)等多種成分，其中以阿拉伯木聚糖為主的非淀粉多糖含46%[5，6]，是小麥細胞壁的主要成分。麩皮中還含有一定數(shù)量的酚酸類物質(zhì)，如阿魏酸（ferulic acid）、P-香豆酸（p-coumaricacid）、咖啡酸（caffeicacid）、芥子酸（sinapicacid）和丁香酸（syringicacid）等成分，其中以阿魏酸為主要成分，約為麩皮質(zhì)量的0.4%～0.7%[7～9]。阿魏酸主要通過酯鍵與細胞壁多糖和木質(zhì)素項鏈，一般可以使用強堿將酯鍵斷開而釋放出來[10]。

2麩皮中的酚類物質(zhì)

酚類物質(zhì)是一類具有廣泛生物活性的植物次生代謝物，相對于小麥植物細胞壁的碳水化合物成分而言含量較少，但對人體的生理機能有不可無視的重要作用。小麥麩皮中的酚類物質(zhì)主要有酚酸、類黃酮和木酚素等[11]。

2.1酚酸 酚酸組要存在于麥麩皮層中，其具有較強的抗氧化活性和抗腫瘤作用，并對環(huán)境中的有毒物質(zhì)如多環(huán)芳烴和亞硝酸胺以及真菌毒素有抗誘變作用[12]。有研究報道發(fā)現(xiàn)，在麥麩膳食纖維的離體發(fā)酵試驗中，結(jié)腸微生物能通過發(fā)酵作用將結(jié)合在麥麩膳食纖維上的阿魏酸釋放出來。

而阿魏酸可顯著降低人子宮頸癌細胞的生存能力、存活和抗氧化水平，同時提高癌細胞保內(nèi)的活性氧水平并增加癌細胞的脂質(zhì)過氧化及DNA損傷作用[13]。另有報道認為阿魏酸可通過對血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）、血小板源生長因子（PDGF）和缺氧誘導(dǎo)因子（HIF）的作用來調(diào)節(jié)血管的形成[14]。

2.2類黃酮 類黃酮主要位于麥麩皮層中，是一類具有廣泛生物活性的植物雌激素，目前對于雷黃酮的研究已較為深入，類黃酮主要位于麥麩皮層中，是一類具有廣泛生物活性的植物雌激素，目前對于黃酮的研究已較為深入。類黃酮物質(zhì)可以防止低密度脂蛋白的氧化，清楚生物體內(nèi)的自由基，減緩或消除集體對致癌物的吸收等。

目前根據(jù)這些研究，已在防衰老、防癌、預(yù)防心血管疾病等方面開發(fā)出了不少產(chǎn)品。Brindzova等以鼠傷沙門氏菌S.tuphimurium為對象，研究了蕎麥麩皮和小麥麩皮類黃酮物質(zhì)的抗突變作用，結(jié)果表明他們對S.tuphimurium受試菌種具有較強的抗突變作用，說明蕎麥麩皮和小麥麩皮是天然抗氧化劑和生物活性物質(zhì)的很好替代來源。

2.3木酚素 木酚素在小麥麩皮中的含量較高而在胚乳中幾乎沒有。其重要是木酚素的原始物質(zhì)，屬于植物雌性激素類化合物。

研究結(jié)果表明，木酚素對乳腺癌、子宮粘膜癌以及前列腺素等有關(guān)激素的癌癥疾病有一定的預(yù)防作用[16]，此外木酚素能阻礙膽固醇-7α-羥化酶形成初級膽酸，從而具有預(yù)防腸癌的作用[17]。

3麥麩酚類物質(zhì)研究前景

目前，研究表明酚類物質(zhì)主要以游離型、結(jié)合型和束縛型等幾種形式存在于植物機體內(nèi)[18～20]，一般來說，游離性和結(jié)合型酚類物質(zhì)為可溶性酚類；束縛型則為不溶性酚類物質(zhì)，以酯鍵、糖苷鍵和醚苷鍵形式與其他物質(zhì)（包括蛋白質(zhì)、糖類、有機酸等）相結(jié)合[18]。

近年來，對酚類物質(zhì)存在形式的研究逐漸成為新的研究熱點。目前已對一些游離型、酯化型、糖苷型、束縛型酚類物質(zhì)的提取、測定及抗氧化活性等方面的報道[19～23]。

酚類物質(zhì)的存在形與其含量及抗氧化活性有重要關(guān)系，束縛型酚類物質(zhì)不僅含量遠遠高于游離型和結(jié)合型[18]，且抗氧化性活性和抑制DNA損傷方面亦要高于其他兩種類型[22]。

4麥麩中酚類物質(zhì)的提取

對于酚類物質(zhì)的提取，一般采用有機溶劑為媒介，輔以超聲[24]、微波[25]、亞臨界[25]等方法進行。由于束縛型酚類物質(zhì)一般與其他物質(zhì)以不同的鍵型相連接，傳統(tǒng)的提取方法不足以將酯鍵、糖苷鍵或醚鍵斷裂，因此對束縛型酚類物質(zhì)的提取主要采用強酸強堿[26]或生物方法（酶法和發(fā)酵法[27]），其主要目的都是破壞細胞壁纖維成分致密的結(jié)構(gòu)，以使束縛行酚類物質(zhì)釋放出來。

盡管化學方法操作簡單、效率高，但是后續(xù)需要處理提取廢液，不利于可持續(xù)性發(fā)展。因此相比較而言，采用生物方法更符合綠色、環(huán)保的發(fā)展要求。

對于麥麩進行發(fā)酵方面的多集中在低聚木糖生產(chǎn)[28]和產(chǎn)酶活性等領(lǐng)域，另外已有大量文獻報道麥麩經(jīng)發(fā)酵后等到膳食纖維功能性質(zhì)比發(fā)酵前有答復(fù)改善，如持水性、持油性和對有害物質(zhì)的結(jié)合能力等。

阿魏酸作為麥麩中的主要酚酸，目前對其獲得的方式主要為酶法，以發(fā)酵方式的報道較少，特別需要指出的是，麥麩中的阿魏酸基本適宜束縛型的形態(tài)存在的，其游離型：結(jié)合型：束縛型的比例為0.1：1：100[19]。

5麥麩中酚類物質(zhì)提取的研究方向探討

5.1發(fā)酵菌株的篩選 獲得2-3株對麥麩發(fā)酵性能較好、產(chǎn)束縛型酚類物質(zhì)水平較高的菌株。

將脫脂麥麩中游離型和結(jié)合型酚類提取出來，收集備用，然后以處理后的麥麩作為原料。

將不同菌種分別介導(dǎo)滅菌處理后的麥麩固體培養(yǎng)基中，以酚類物質(zhì)的釋放率為指標，對發(fā)酵菌株進行篩選，對于發(fā)酵性能較好的菌種進行發(fā)酵條件的優(yōu)化，以獲得高得率的束縛型酚類物質(zhì)。

5.2發(fā)酵過程中纖維素酶、酯酶和蛋白酶等酶的產(chǎn)酶規(guī)律 隨著發(fā)酵的進行和深入，會產(chǎn)生集中或多種酶系，而在發(fā)酵過程中各種酶的產(chǎn)生或活性變化規(guī)律對于揭示束縛型酚類物質(zhì)的釋放具有重要意義。選取幾株產(chǎn)束縛型酚類物質(zhì)性能較好的菌株，研究發(fā)酵過程中發(fā)酵條件對纖維素酶、酯酶和蛋白酶等活性變化的影響，掌握發(fā)酵過程中各受試菌株的產(chǎn)酶規(guī)律。

5.3束縛型酚類物質(zhì)的釋放機理探討 分析麥麩在發(fā)酵過程中，在產(chǎn)生的不同酶系的作用下，其細胞壁成分（纖維素、半纖維素、木質(zhì)素）、微量元素、單糖組成的變化，同時結(jié)合掃描電鏡SEM、原子力顯微鏡（AFM）觀測比較不同發(fā)酵程度下的微觀結(jié)構(gòu)變化。同時，對束縛型酚類物質(zhì)的產(chǎn)生進行監(jiān)控，在結(jié)合產(chǎn)酶規(guī)律的研究結(jié)果，對麥麩束縛型酚類物質(zhì)的釋放機理進行分析。以束縛型酚類物質(zhì)得率、發(fā)酵時間、產(chǎn)酶活力等為對象，研究麥麩在菌種發(fā)酵作用下束縛型酚類物質(zhì)釋放的動力學模型。

5.4束縛型酚類物質(zhì)的活性及其抗腫瘤的構(gòu)效關(guān)系 對麥麩束縛型酚類物質(zhì)的體外抗氧化性（DPPH，ABTS，F(xiàn)RAP等自由基清除活性）、細胞抗氧化活性（TOSC）、絡(luò)蛋白酶抑制活性、體外腫瘤細胞的抑制活性進行研究，并對束縛型酚類物質(zhì)對小鼠腫瘤生長的一直進行研究，同時采用HPLC-MS、NMR等方法對束縛型酚類物質(zhì)的組成及結(jié)構(gòu)進行分析，以探明其抗腫瘤活性的構(gòu)效關(guān)系。

6結(jié)論

目前已經(jīng)又較多的研究證明植物中的酚類物質(zhì)具有不同的存在形式，且其活性因存在的形式而異。麥麩作為大宗糧食加工副產(chǎn)物，其中酚類物質(zhì)含量較豐富，但基本沒有得到很好的加工利用。前期的研究工作，初步證明采用發(fā)酵方式可以有效提高酚類物質(zhì)的得率，因此采用發(fā)酵法講麥麩中的酚類物質(zhì)釋放出來，在理論上是完全可行的。對于菌種的培養(yǎng)、麥麩接種發(fā)酵、酶活的測定等均已有了較為成熟的標準方法。細胞化學成分的變化采用的高效液相色譜法或氣象色譜法，微觀結(jié)構(gòu)所采用的掃描電競（SEM）等方法目前已都廣泛使用，束縛型酚類物質(zhì)體外、體內(nèi)活性的測定方法也都是采用公用成熟的化學或生物學方法。采用發(fā)酵法研究麥麩中束縛型酚類物質(zhì)的釋放規(guī)律及其機理具有相當大的應(yīng)用前景。

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