大麥麥芽阿拉伯木聚糖的研究進(jìn)展

孫軍勇，陸健*

1 (江南大學(xué)，工業(yè)生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫，214122)2 (江南大學(xué)，糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫，214122) 3 (江南大學(xué) 生物工程學(xué)院，江蘇 無(wú)錫，214122)

大麥麥芽阿拉伯木聚糖的研究進(jìn)展

孫軍勇1,2,3，陸健1,2,3*

1 (江南大學(xué)，工業(yè)生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫，214122)2 (江南大學(xué)，糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫，214122) 3 (江南大學(xué) 生物工程學(xué)院，江蘇 無(wú)錫，214122)

隨著純生啤酒等高端啤酒產(chǎn)量的增加，啤酒生產(chǎn)對(duì)影響?zhàn)ざ群瓦^濾速度的大分子物質(zhì)含量的要求越來越高。阿拉伯木聚糖是組成大麥胚乳細(xì)胞壁的主要非淀粉多糖之一，能夠形成高黏度的溶液，影響麥汁和啤酒的黏度和過濾速度。文中從結(jié)構(gòu)、含量的檢測(cè)、降解及研究展望等方面分析了大麥麥芽阿拉伯木聚糖的研究現(xiàn)狀，指出了存在的問題。建立準(zhǔn)確的高分子量阿拉伯木聚糖檢測(cè)方法，研究不同分子量的阿拉伯木聚糖含量對(duì)黏度和過濾速度的影響，研究大麥麥芽的內(nèi)源木聚糖酶抑制劑對(duì)阿拉伯木聚糖降解的影響以及高效降解阿拉伯木聚糖的酶制劑配方是今后的發(fā)展方向。

大麥麥芽；阿拉伯木聚糖；降解；黏度；過濾速度；內(nèi)切木聚糖酶抑制劑

阿拉伯木聚糖(arabinoxylan，AX)和β-(1,3)(1,4)-D-葡聚糖(簡(jiǎn)稱β-葡聚糖，β-glucan，BG)是大麥中主要的非淀粉多糖(non-starch polysaccharides，NSP)，它們分別占大麥干重的4%～10%和3%～6%[1]。阿拉伯木聚糖和β-葡聚糖主要存在于大麥胚乳細(xì)胞壁中，其中阿拉伯木聚糖的含量占胚乳細(xì)胞壁干重的20%，β-葡聚糖占70%[2]。β-葡聚糖為大麥胚乳細(xì)胞壁的主要組分，已經(jīng)研究了近五十年[3-4]，其溶液具有較高的黏度，影響啤酒的過濾性能。經(jīng)過大麥育種專家和釀酒師的共同努力，目前大麥麥芽中β-葡聚糖含量普遍較低，絕大部分麥芽的協(xié)定麥汁β-葡聚糖含量低于國(guó)際上的控制標(biāo)準(zhǔn)250 mg/L[5]。啤酒釀造領(lǐng)域中阿拉伯木聚糖的研究主要集中在近20年[4,6-8]。中國(guó)由于2005年～2010年啤酒大麥原料短缺，大量使用小麥麥芽，而小麥胚乳細(xì)胞壁中的非淀粉多糖以阿拉伯木聚糖為主，所以目前僅有李胤[9]和郭萌萌[10]研究了小麥麥芽中的阿拉伯木聚糖對(duì)啤酒生產(chǎn)的影響，而大麥麥芽中阿拉伯木聚糖的相關(guān)研究未見報(bào)道。

2015年中國(guó)啤酒工業(yè)累計(jì)生產(chǎn)啤酒4715.72萬(wàn)kL[11]，雖然總產(chǎn)量已經(jīng)連續(xù)14年居世界第一，但自2014年開始出現(xiàn)持續(xù)負(fù)增長(zhǎng)，截至2016年9月，已連續(xù)28個(gè)月下跌。業(yè)績(jī)的波動(dòng)促使啤酒企業(yè)由單純的追求產(chǎn)量的增加，轉(zhuǎn)變?yōu)樽非笃【苾?nèi)在品質(zhì)的提升，以增加高端啤酒的產(chǎn)量來增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。純生啤酒等高端啤酒對(duì)大麥麥芽中影響啤酒過濾性能的物質(zhì)的含量有更高的要求。本文綜述了國(guó)際上啤酒生產(chǎn)中大麥麥芽阿拉伯木聚糖的研究進(jìn)展，存在的問題和今后的研究方向。

1 大麥麥芽中的阿拉伯木聚糖的結(jié)構(gòu)及對(duì)啤酒生產(chǎn)的影響

阿拉伯木聚糖的分子結(jié)構(gòu)中D-吡喃木糖以β-(1,4)-糖苷鍵連接成為骨架，L-阿拉伯呋喃糖在α-(1,2)、α-(1,3)位以側(cè)鏈的形式單獨(dú)或同時(shí)進(jìn)行取代[12]，阿魏酸以酯鍵連接在阿拉伯呋喃糖的O-5位。阿拉伯木聚糖分子中存在的結(jié)構(gòu)單元如圖1所示[12]。

根據(jù)阿拉伯木聚糖在水中溶解性質(zhì)的差異分為水溶性阿拉伯木聚糖(water soluble arabinoxylan，WSAX)和水不溶性阿拉伯木聚糖(water insoluble arabinoxylan，WISAX)。阿拉伯木聚糖的水溶性受到其分子結(jié)構(gòu)的影響[13]，主要取決于分子量大小、支鏈程度(阿拉伯糖和木糖的比值)、L-阿拉伯呋喃糖取代方式及阿魏酸的含量等因素。與WSAX相比，WISAX的分子量較大，支鏈程度高(阿拉伯糖和木糖比值較低)，阿魏酸含量較高。水不溶性阿拉伯木聚糖分子的這些結(jié)構(gòu)，決定了其分子間具有較強(qiáng)的聚集能力，從而降低了其溶解性。

目前的文獻(xiàn)中關(guān)于阿拉伯木聚糖對(duì)啤酒生產(chǎn)的影響存在不同觀點(diǎn)：NARZISS[6]等認(rèn)為阿拉伯木聚糖的總量和分子量均與黏度沒有相關(guān)性，啤酒中的阿拉伯木聚糖總量與過濾速度也沒有相關(guān)性；LUCHSINGER[7]等認(rèn)為阿拉伯木聚糖在啤酒釀造中的作用不大，只對(duì)啤酒的黏度產(chǎn)生很大的影響；FINCHER[8]等發(fā)現(xiàn)，阿拉伯木聚糖在有β-葡聚糖存在時(shí)會(huì)形成高黏度的溶液，如果它們?cè)诎l(fā)芽或糖化時(shí)得不到充分降解，會(huì)影響啤酒的過濾速度；JIN[4]等認(rèn)為大麥麥芽中的β-葡聚糖影響啤酒的黏度和過濾速度，當(dāng)添加小麥或者小麥麥芽作為輔料時(shí)，阿拉伯木聚糖也會(huì)產(chǎn)生類似的影響。越來越多的研究[9-10,14-16]表明，阿拉伯木聚糖對(duì)啤酒的黏度和過濾速度有影響，是不可忽視的組分，值得深入研究，特別是大麥麥芽中的高分子量水溶性阿拉伯木聚糖。

a：未被取代的D-吡喃木糖；b：阿拉伯呋喃糖在α-(1,2)位上取代的D-吡喃木糖；c：阿拉伯呋喃糖在α-(1,3)位上取代的D-吡喃木糖，O-5位上以酯鍵連接阿魏酸；d：阿拉伯呋喃糖在α-(1,2)、α-(1,3)位上同時(shí)取代的D-吡喃木糖圖1 阿拉伯木聚糖的結(jié)構(gòu)單元[12]Fig.1 Structural elements in arabinoxylan

2 阿拉伯木聚糖含量的檢測(cè)

2.1 總量的檢測(cè)

啤酒生產(chǎn)中，β-葡聚糖含量已是常規(guī)檢測(cè)指標(biāo)，歐洲啤酒工業(yè)協(xié)會(huì)(European Brewery Convention，EBC)和美國(guó)釀造化學(xué)家協(xié)會(huì)(American Society of Brewing Chemists，ASBC)建立了統(tǒng)一的檢測(cè)方法，可以準(zhǔn)確測(cè)定大麥、麥芽、麥汁和啤酒中分子量大于10 kDa的β-葡聚糖的含量[17]。但目前阿拉伯木聚糖含量仍不是啤酒常規(guī)檢測(cè)指標(biāo)，且未能建立被廣泛認(rèn)可的檢測(cè)方法，所以阿拉伯木聚糖的含量與麥芽其他質(zhì)量指標(biāo)之間的關(guān)系仍不十分明確。

目前，檢測(cè)麥汁和啤酒中阿拉伯木聚糖總量的方法主要有氣相色譜法[18-19]，地衣酚鹽酸比色法[20]，DOUGLAS法[21](間苯三酚比色法)等。其中氣相色譜法測(cè)定的是酸水解后的樣品中阿拉伯糖和木糖的含量，阿拉伯木聚糖的含量以2種單糖之和表示，這種測(cè)定方法特異性較強(qiáng)，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確。比色法中，DOUGLAS法的測(cè)定原理是阿拉伯木聚糖在熱酸的作用下水解生成糠醛，再與間苯三酚發(fā)生反應(yīng)生成有色物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，該方法與氣相色譜法的測(cè)定結(jié)果相關(guān)系數(shù)為0.949，具有較好的相關(guān)性[22]，并且操作簡(jiǎn)單、快速，通常作為測(cè)定阿拉伯木聚糖含量的常規(guī)方法。無(wú)論是氣相色譜法還是DOUGLAS法，均不是直接測(cè)定樣品中阿拉伯木聚糖的含量，而是利用酸將阿拉伯木聚糖分解成阿拉伯糖和木糖后，測(cè)定2種單糖的含量，通過公式阿拉伯木聚糖=(阿拉伯糖+木糖)×0.88來計(jì)算阿拉伯木聚糖的含量。由于阿拉伯木聚糖在大麥發(fā)芽過程中被內(nèi)源木聚糖酶部分降解[1]，因此麥汁中只有部分阿拉伯木聚糖是以多糖的形式存在，其他以阿拉伯糖和木糖的單體形式存在。啤酒生產(chǎn)中釀酒師關(guān)心的是以多糖形式存在的影響過濾速度的高分子量阿拉伯木聚糖的含量，現(xiàn)有的檢測(cè)方法將導(dǎo)致結(jié)果偏高，目前已經(jīng)公開發(fā)表的文獻(xiàn)[18-19,21]均存在這樣的問題，因此需要找到一種前處理方法將麥汁中以多糖形式存在的阿拉伯木聚糖分離出來。文獻(xiàn)中，硫酸銨[23-24]和乙醇[25-28]均被用來沉淀麥汁和啤酒中以多糖形式存在的阿拉伯木聚糖，但是不同的文獻(xiàn)中采用的硫酸銨飽和度和乙醇濃度均不同。研究不同飽和度的硫酸銨和不同濃度的乙醇沉淀麥汁中阿拉伯木聚糖的特性，對(duì)于準(zhǔn)確測(cè)定對(duì)麥汁和啤酒過濾性能有顯著影響的高分子量阿拉伯木聚糖至關(guān)重要。

2.2 分子量大小的檢測(cè)

SADOSKY[29]等指出，過濾速度與β-葡聚糖和阿拉伯木聚糖的總量和分子量大小均有關(guān)系，表明檢測(cè)阿拉伯木聚糖的分子量的必要性。多糖分子量大小的檢測(cè)方法主要有凝膠過濾色譜法(Size Exclusion Chromatography，SEC)和高效體積排阻色譜(High Performance Size Exclusion Chromatography，HPSEC)等。SADOSKY[29]等采用HPSEC研究了大麥發(fā)芽過程中發(fā)芽溫度、水分、時(shí)間，以及糖化過程中糖化溫度和時(shí)間等參數(shù)對(duì)麥汁中阿拉伯木聚糖和β-葡聚糖分子量大小的影響；DERVILLY[30]等采用SEC分離得到5種不同分子量的阿拉伯木聚糖，并對(duì)不同分子量的阿拉伯木聚糖的分子結(jié)構(gòu)差異進(jìn)行了研究；郭萌萌[10]采用HPSEC研究了在啤酒釀造過程中的工藝參數(shù)對(duì)4個(gè)品種的小麥麥芽水溶性阿拉伯木聚糖的含量、結(jié)構(gòu)與分子量分布的影響。啤酒的主要原料——大麥麥芽中阿拉伯木聚糖的分子量大小對(duì)麥汁、啤酒的黏度和過濾速度的影響未見報(bào)道。

3 阿拉伯木聚糖的降解

3.1 溶解和降解

啤酒生產(chǎn)過程中，阿拉伯木聚糖的溶解(solubilzation)和降解(degradation)同時(shí)發(fā)生。溶解是指大麥麥芽中水不溶性阿拉伯木聚糖在酶的作用下變?yōu)楦叻肿恿康乃苄园⒗揪厶牵芤褐懈叻肿恿堪⒗揪厶呛可?，黏度上升；降解是指高分子量水溶性阿拉伯木聚糖在酶的作用下分解為低分子量的阿拉伯木聚糖，甚至徹底分解為阿拉伯糖和木糖，溶液的黏度下降?/p>

目前在這個(gè)方面研究比較透徹的是以小麥面粉為原料的烘焙制品生產(chǎn)中阿拉伯木聚糖的溶解和降解，以及高分子量水溶性阿拉伯木聚糖對(duì)面團(tuán)特性和烘焙制品質(zhì)量的影響。研究發(fā)現(xiàn)[31-33]，高分子量水溶性阿拉伯木聚糖對(duì)烘焙和蒸煮制品的質(zhì)量有改善作用：面團(tuán)中的水不溶性阿拉伯木聚糖在微生物木聚糖酶的作用下部分溶解為高分子量水溶性阿拉伯木聚糖，這部分阿拉伯木聚糖能增加面團(tuán)的黏性和持水能力以及拉伸阻力和延伸度，增大烘焙制品的體積，并延緩其老化。即烘焙制品希望的是通過外加微生物木聚糖酶將小麥面粉中的水不溶性阿拉伯木聚糖溶解為高分子量水可溶性的阿拉伯木聚糖，但水可溶性的阿拉伯木聚糖不發(fā)生降解。目前，微生物來源的木聚糖酶已廣泛應(yīng)用于烘焙行業(yè)。

啤酒生產(chǎn)對(duì)阿拉伯木聚糖的溶解和降解的要求則不同。啤酒生產(chǎn)希望的是大麥麥芽中已存在的高分子量水溶性阿拉伯木聚糖能降解生成小分子量的阿拉伯木聚糖或者是徹底降解成阿拉伯糖和木糖，而在這個(gè)過程中水不溶性的阿拉伯木聚糖不要發(fā)生溶解，而是保留在麥糟中作為廢棄物。啤酒生產(chǎn)中阿拉伯木聚糖的溶解和降解研究的還不夠透徹。深入研究啤酒生產(chǎn)過程中阿拉伯木聚糖的溶解和降解機(jī)制對(duì)于指導(dǎo)微生物木聚糖酶在啤酒生產(chǎn)中的應(yīng)用，控制啤酒中高分子量阿拉伯木聚糖的含量以及降低黏度、提高過濾速度有理論意義。

3.2 阿拉伯木聚糖的降解及相關(guān)的酶

阿拉伯木聚糖完全降解為單糖(即阿拉伯糖和木糖)需要一系列酶的共同作用，主要包括：內(nèi)切-1,4-β-木聚糖酶(endo-1,4-β-xylanase，EC 3.2.1.8)，α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶(α-L-arabinofuranosidase，EC 3.2.1.55)，1,4-β-木糖苷酶(1,4-β-xylosidase，EC3.2.1.37)，阿魏酸酯酶(feruloyl esterase，EC 3.1.1.6)。大麥內(nèi)切-β-1,4-木聚糖酶催化分解木糖骨架中未被L-阿拉伯呋喃糖取代的1,4-β-木糖苷鍵，其降解產(chǎn)物被β-木糖苷酶從非還原端降解生成β-木糖，α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶水解側(cè)鏈的取代基團(tuán)生成阿拉伯糖，阿魏酸酯酶從O-5上釋放與阿拉伯呋喃糖基團(tuán)以酯鍵相連的阿魏酸。這些酶的具體作用位點(diǎn)見圖2。

A：內(nèi)切-1,4-β-木聚糖酶；B：α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶；C：阿魏酸酯酶；D: β-D-木糖苷酶圖2 與阿拉伯木聚糖的降解有關(guān)酶的酶切位點(diǎn)Fig.2 Schematic diagram of the enzyme related to the degradation of arabinoxylan

大麥麥芽的阿拉伯木聚糖水解酶系統(tǒng)同時(shí)溶解和降解阿拉伯木聚糖。有文獻(xiàn)[34]報(bào)道，內(nèi)切-1,4-β-內(nèi)切木聚糖酶在降解阿拉伯木聚糖、降低黏度和提高過濾速度方面作用最大，其他3種相關(guān)酶在提高大麥麥芽過濾速度上分別所起的作用仍然需要系統(tǒng)評(píng)估，因?yàn)橛绊懘篼滬溠窟^濾速度的主要是大分子量的阿拉伯木聚糖，并不需要(也完全沒必要)將阿拉伯木聚糖徹底降解為單糖。

表1分別列出了大麥、麥芽中阿拉伯木聚糖與β-葡聚糖的含量。從表1的數(shù)據(jù)可以看出，在制麥過程中，約50%的阿拉伯木聚糖降解[19]，而β-葡聚糖有近90%的降解。

表1 大麥、麥芽中阿拉伯木聚糖和β-葡聚糖含量[19]

糖化過程中，阿拉伯木聚糖的含量基本不變，且主要由麥芽中水溶性阿拉伯木聚糖的含量決定[35]，這意味著麥汁和成品啤酒中會(huì)殘留大量的阿拉伯木聚糖。LI[36]的研究表明，所檢測(cè)的36種啤酒中均殘留大量的阿拉伯木聚糖，最高含量達(dá)到了849 mg/L，而殘留的β-葡聚糖含量最高只有232 mg/L，阿拉伯木聚糖的最高含量是β-葡聚糖最高含量的3.66倍。

3.3 內(nèi)切木聚糖酶抑制劑

DEBYSER[37]等以未發(fā)芽小麥釀造比利時(shí)白啤酒時(shí)，首次發(fā)現(xiàn)小麥中含有抑制大麥麥芽?jī)?nèi)切木聚糖酶活性的抑制劑。近年來研究人員已在小麥中發(fā)現(xiàn)了3種不同類型的木聚糖酶抑制劑，分別為TAXI型[38-39](Triticumaestivumxylanase inhibitor)，TLXI型[40](thaumatin-like xylanase inhibitor)，及XIP型[41](xylanase inhibitor protein)。這些木聚糖酶抑制劑不僅抑制小麥內(nèi)源的內(nèi)切木聚糖酶，也抑制部分微生物來源的內(nèi)切木聚糖酶。GOESAERT[42]等研究小麥中TAXI型和XIP型抑制劑對(duì)不同微生物來源的內(nèi)切木聚糖酶的抑制情況見表2。

表2 小麥中TAXI型和XIP型抑制劑對(duì)不同微生物來源的內(nèi)切木聚糖酶的抑制情況

從表2可以看出，小麥中TAXI型和XIP型抑制劑分別對(duì)多種微生物產(chǎn)生的G10和G11家族的內(nèi)切木聚糖酶有抑制作用。大麥和大麥麥芽中可能也存在類似的情況，但關(guān)于大麥麥芽中內(nèi)切木聚糖酶抑制劑對(duì)阿拉伯木聚糖降解的影響文獻(xiàn)相對(duì)較少。GOESAERT[43]等則首次從大麥中分離得到內(nèi)切木聚糖酶抑制劑HVXI (HordeumvulgareL. xylanase inhibitor)，經(jīng)分析為分子量為40 000 Da的蛋白，等電點(diǎn)約為9.3；KANAUCHI[44]等研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)切木聚糖酶抑制劑的含量在大麥發(fā)芽過程中逐漸升高，并推測(cè)大麥麥芽中存在的木聚糖酶抑制劑是造成糖化過程中阿拉伯木聚糖未被大量降解殘留到麥汁和成品啤酒中的主要原因。

谷物中的內(nèi)切木聚糖酶抑制劑是其應(yīng)對(duì)外界環(huán)境變化的一種應(yīng)激反應(yīng)，可能有2方面的作用[45-46]：①抑制谷物內(nèi)源木聚糖酶的活性，調(diào)節(jié)谷物發(fā)芽過程中的生長(zhǎng)速度；②谷物免疫系統(tǒng)的防御性反應(yīng)，以抑制谷物病原菌產(chǎn)生的微生物木聚糖酶的活性，抵抗病原菌的侵害。進(jìn)一步研究大麥麥芽中木聚糖酶抑制劑對(duì)內(nèi)源和部分微生物來源木聚糖酶的抑制機(jī)理，篩選出對(duì)大麥來源的木聚糖酶抑制劑具有良好抗逆性的微生物木聚糖酶，以在糖化過程中徹底降解高分子量阿拉伯木聚糖是今后的研究方向。

3.4 高效降解阿拉伯木聚糖的微生物酶

微生物來源的β-葡聚糖酶在啤酒釀造中的作用已得到釀酒師的重視，外加微生物β-葡聚糖酶提高純生啤酒過濾速度及延長(zhǎng)無(wú)菌濾膜的使用壽命的效果比較明顯[47]。目前，絕大部分中國(guó)啤酒企業(yè)在糖化工藝中添加微生物酶制劑，這些微生物酶制劑的主要成分通常為β-葡聚糖酶和木聚糖酶，添加的目的主要是消除β-葡聚糖和阿拉伯木聚糖引起的麥汁、啤酒的黏度高和過濾速度慢的問題。這些微生物酶制劑在降解β-葡聚糖方面效果均較好，但其中所含的木聚糖酶的作用效果受糖化過程的溫度、pH、內(nèi)源木聚糖酶抑制劑和底物特異性等多重因素的影響，在降解阿拉伯木聚糖方面的效果并不理想。簡(jiǎn)單地測(cè)定木聚糖酶酶活并不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其在糖化過程中降解阿拉伯木聚糖和提高過濾速度的效果。微生物木聚糖酶的最優(yōu)添加量，作用機(jī)制，作用效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)仍然沒有系統(tǒng)研究，經(jīng)常出現(xiàn)添加效果不明顯甚至大量水不溶性阿拉伯木聚糖溶解為水溶性阿拉伯木聚糖導(dǎo)致過濾性能變差的情況，不但達(dá)不到預(yù)期的效果，甚至起到相反的效果，還造成生產(chǎn)成本的上升。

目前，以雙向凝膠電泳、基質(zhì)輔助激光解吸/電離飛行時(shí)間質(zhì)譜、生物信息學(xué)和蛋白質(zhì)功能分析為主的蛋白質(zhì)組學(xué)研究平臺(tái)已在啤酒行業(yè)應(yīng)用[48]。借助蛋白質(zhì)組學(xué)研究平臺(tái)，研究高效降解大麥麥芽中高分子量阿拉伯木聚糖的木聚糖酶的微生物來源、酶蛋白種類、功能和比例，使這種酶制劑能夠高效地發(fā)揮作用，不受大麥麥芽中內(nèi)源木聚糖酶抑制劑的影響，解決阿拉伯木聚糖給啤酒生產(chǎn)帶來的困擾，滿足啤酒工業(yè)的需求。

4 展望

研究現(xiàn)狀表明，制麥過程中只有約50%的阿拉伯木聚糖發(fā)生降解，糖化過程中麥芽中的內(nèi)切木聚糖酶受到內(nèi)源木聚糖酶抑制劑的影響，阿拉伯木聚糖的降解受到限制，導(dǎo)致遠(yuǎn)高于β-葡聚糖含量的阿拉伯木聚糖殘留于麥汁和啤酒中。由于中國(guó)啤酒大麥未能像歐美國(guó)家一樣建立一套從大麥品種選育到種植到加工的完整體系，國(guó)產(chǎn)啤酒大麥品種的阿拉伯木聚糖含量普遍高于進(jìn)口大麥品種[9]。阿拉伯木聚糖在中國(guó)啤酒生產(chǎn)中扮演的角色仍值得深入研究，具體可從以下幾方面進(jìn)行：

(1)大麥麥芽不同分子量的阿拉伯木聚糖對(duì)麥汁黏度和過濾速度的影響。

(2)大麥麥芽中β-葡聚糖和阿拉伯木聚糖的協(xié)同作用對(duì)麥汁黏度和啤酒過濾速度的影響。

(3)影響大麥麥芽中的阿拉伯木聚糖在糖化中無(wú)法完全降解的因素以及內(nèi)源木聚糖酶抑制劑在其中所扮演的角色。

(4)研究微生物來源的木聚糖酶，以高效降解大麥麥芽中水溶性的高分子量阿拉伯木聚糖，并且能夠抗逆大麥麥芽自身存在的內(nèi)切木聚糖酶抑制劑。

[1] STEVEN E U.Barley:Production, improvement, and uses[M].UK:Blackwell Publishing Ltd., 2011:414-417.

[2] FINCHERG B.Morphology and chemical composition of barley endosperm cell walls[J].Journal of Institute of Brewing,1975,81:116-122.

[3] COMINOAP,COLLINSBH,LAHNSTEINBJ.Characterisation of soluble and insoluble cell wall fractions from rye, wheat and hull-less barley endosperm flours [J].Food Hydrocolloids,2014,41:219-226.

[4] JIN Yu-lai,SPEERSR A,PAULSONA T.Barley β-glucan and their degradation during malting and brewing [J]. Technical Quarterly Master Brewers Association of the Americas,2004,41(3):231-240.

[5] ROURKET O.Malt specifications and brewing performance [J].The Brewer International,2002, 2(10):27-30.

[6] KUNZE W.Technology brewing and malting [M].Berlin:VLB,1999:262-263.

[7] LUCHSINGER W.The role of barley and malt gums in brewing [J].Brewer Digest, 1967, 42:56-63.

[8] POMERANZ Y.Advances in cereal science and technology (Volume VIII)[M].Minnesota,USA: American Association of Cereal Chemists,1986:221-242.

[9] 李胤.阿拉伯木聚糖溶解、降解機(jī)制的研究及酸性木聚糖酶基因的克隆、表達(dá)[D].無(wú)錫:江南大學(xué), 2006.

[10] 郭萌萌.阿拉伯木聚糖在啤酒釀造中的變化[D]. 泰安:山東農(nóng)業(yè)大學(xué), 2014.

[11] 劉暢.2015年中國(guó)啤酒產(chǎn)量4715.72萬(wàn)千升.[2016-02/02]. http://www.haicent.com/List.asp?ID=64693.

[12] VIETORR J,KORMELINKF J M,ANGELINOS A G F,et al.Substitution patterns of water-unextractablearabin oxylans from barley and malt [J]. Carbohydrate Polymers,1994,2(24):113-118.

[13] PHILIPPE S,TRANQUET O,UTILLE J P,et al.Investigation of ferulate deposition in endosperm cell walls of maturing and developing wheat grains by using a polyclonal antibody[J].Planta,2007,225:1 287-1 299.

[14] STEWART D C,HAWTHORNE D, EVANS D E. Cold sterile filtration: A small scale filtration test and investigation of membrane plugging[J].Journal of the Institute of Brewing,1998,104(6):321-326.

[15] EGI A, SPEERS R A,PAULSON A T.The physical behavior of arabinoxylans in model brewing solutions[J].Technical quarterly - Master Brewers Association of the Americas,2004,41:268-276.

[16] SADOSKY P T,SCHWARZ P B,HORSLEY R D.Effect of arabinoxylans, β-glucans, and dextrins on the viscosity and membrane filterability of a beer model solution[J].Journal of the American Society of Brewing Chemists,2002,60(4):153-162.

[17] Europen Brewery Convention Analysis Committee.Analytica-EBC[M].Nurnberg:Verlag Hans Carl Getranke-Fachverlag,2010:162-165.

[18] SCHWARZ P B,HAN J Y.Arabinoxylan content of commercial beers[J].Journal of the American Society of Brewing Chemists,1995,53(4):157-159.

[19] DEBYSER W,DERDELINCKX G,DELCOUR J A.Arabinoxylan and arabinoxylanhydrolysing activities in barley malts and worts derived from them[J].Journal of Cereal Science,1997,26(1):67-74.

[20] 李胤,陸健,顧國(guó)賢.啤酒中戊聚糖的測(cè)定-地衣酚-鹽酸法[J].食品與發(fā)酵工業(yè), 2003, 29(9):35-38.

[21] KANAUCHI M,ISHIKURAW,BAMFORTHC W.β-glucans and pentosans and their degradation products in commercial beers[J].Journal of the Institute of Brewing,2011,117(1):120-124.

[22] 李利民,朱永義,宮俊華,等.谷物中戊聚糖含量測(cè)定方法的比較研究[J].河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004,19(3):64-66.

[23] CYRANM,IZYDORCZYKM S,MACGREGORA W.Structural characteristics of water-extractable nonstarch polysaccharides from barley malt[J].Cereal Chemistry,2002,79(3):359-366.

[24] IZYDORCZYKM S,MACRIL J,MACGREGORAW.Structure and physicochemical properties of barley non-starch polysaccharides - I.Water extractable β-glucans and arabinoxylans[J].Carbohydrate Polymers, 1998,35:249-258.

[25] VIETORR J,ANGELINOG F,VORAGENAGJ.Structural features of arabinoxylans from barley and malt cell wall material[J].Journal of Cereal Science,1992,15(3):213-222.

[26] HANJ Y.Structural characteristics of arabinoxylan in barley, malt, and beer[J].Food Chemistry, 2000,70(2):131-138.

[27] VIETORR J,VORAGENA G J,ANGELINOG F.Composition of non-starch polysaccharides in wort and spent grain from brewing trials with malt from a good malting quality barley and a feed barley[J].Journal of the Institute of Brewing,1993,99(3):243-248.

[28] IRAKLIM,BILIADERISCG,IZYDORCZYKM S.Isolation, structural features and rheologicalproperties of water-extractable β-glucansfrom different Greek barley cultivars[J].Journal of the Science of Food and Agriculture,2004,84:1 170-1 178.

[29] SADOSKYP T.Effects of malting and mashing conditions on the molecular weights of arabinoxylan and β-glucan in wort[D]: North Dakota: North Dakota State University, 2008.

[30] DERVILLYG,LECLERCQC,ZIMMERMANND,et al. solation and characterization of high molar mass water-soluble arabinoxylans from barley and barley malt[J].Carbohydrate Polymers,2002, 47(2):143-149.

[31] 任順成,馬瑞萍,韓素云.木聚糖酶對(duì)冷凍面團(tuán)和饅頭品質(zhì)的影響[J].中國(guó)糧油學(xué)報(bào),2013, 28(12):17-22.

[32] 馬四平.麩皮水溶性阿拉伯木聚糖對(duì)面團(tuán)特性及饅頭品質(zhì)的影響[D].鄭州:河南工業(yè)大學(xué),2012.

[33] VANHAMEL S,CLEEMPUT G,DELCOUR J,et al.Physicochemical and functional properties of rye nonstarchpolysaccharides .IV. theeffect of high molecular weight watersoluble pentosans on wheat bread quality in a straight dough procedure[J].Cereal Chemistry,1993,70(3):306-311.

[34] ZHANG Guo-ping,LI Cheng-dao. Genetics and improvement of barley malt quality [M]. Hangzhou and Heidelberg: Zhejiang University Press and Springer, 2010, 216-223.

[35] HENRY R J.Pentosan and β-(1,3)(1,4)-Glucan Concentrations in Endosperm and Wholegrain of Wheat, Barley, Oats and Rye[J].Journal of Cereal Science,1987,6:253-258.

[36] LI Yin, LU Jian,GU Guo-xian, et al.Studies on water-extractable arabinoxylans during malting and brewing[J].Food Chemistry,2005,93:33-38.

[37] DEBYSER W,DERDELINCKX G,DELCOUR JA.Arabinoxylansolubilization and inhibition of the barley maltxylanolytic system by wheat during mashing with wheat wholemeal adjunct: evidence for a new class of enzyme inhibitors in wheat[J].Journal of the American Society of Brewing Chemistry,1997, 55(4):153-156.

[38] DEBYSER W,PEUMANS W,DAMME E,et al.Triticumaestivumxylanase inhibitor(TAXI), a new class of enzyme inhibitor affecting breadmaking performance[J].Journal of Cereal Science,1999,30(1): 39-43.

[39] GOESAERTH,GEBRUERSK,BRIJSK,et al.TAXI type endoxylanaseinhibitors in different cereals [J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2003,51(13):3 770-3 775.

[40] FIERENS E,ROMBOUTS S,GEBRUERS K,et al.TLXI,a novel type of xylanase inhibitor from wheat (Triticumaestivum) belonging to the thaumatin family[J].Journal of Biochemistry,2007,403(3):583-591.

[41] GOESAERT H,GEBRUERS K, BRIJS K,et al.XIP-type endoxylanase inhibitors in different cereals [J].Journal of cereal science,2003,38(3):317-324.

[42] GOESAERT H,ELLIOTT G,KROON P A,et al.Occurrence of protein aceousendoxylanase inhibitors in cereals[J].Biochimicaet BiophysicaActa,2004, 696:193-202

[43] GOESAERT H,DEBYSER W,GEBRUERS K,et al.Purification and partial characterization of an endoxylanase inhibitor from barley [J].Cereal Chemistry,2001,78(4):33-41.

[44] KANAUCHI M,CHIJIMI A,MAYUMI O K,et al.An investigation of two xylan-degrading enzymes and a novel xylanase inhibitor in malted barley[J].Journal of Institute of Brewing,2013,119:32-40.

[45] DEBYSER W,PEUMANS W,DAMME E,et al.Triticumaestivumxylanase inhibitor (TAXI),a new class of enzyme inhibitor affecting breadmaking performance [J].Journal of Cereal Science,1999,30(1):39-43.

[46] 馬名章,侯春曉,王謙,等.谷物中蛋白類木聚糖酶抑制劑研究進(jìn)展[J].中國(guó)生物工程雜志,2011,31(4):129-133.

[47] 崔云前,王成忠.改善純生啤酒膜過濾系統(tǒng)堵塞的主要措施[J].中國(guó)釀造,2006(4):64-67.

[48] 金昭,官筠,陸健.啤酒行業(yè)蛋白質(zhì)組學(xué)的研究進(jìn)展[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2011, 37(4):153-158.

Research advances on arabinoxylan in barley malt

SUN Jun-yong1,2,3, LU Jian1,2,3*

1 (The Key Laboratory of Industrial Biotechnology, Ministry of Education, School of Biotechnology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China) 2(National Engineering Laboratory for Cereal Fermentation Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China) 3(School of Biotechnology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)

With the increase of production of the premium beer such as draft beer, there are more and more demands for controlling the content of substances which affects the viscosity and filtration rate during beer production. Arabinoxylan is one of the major non-starch polysaccharides of the endosperm cell wall in barley, which could form highly viscous solution and have a negative effect on the viscosity and filtration rate of wort and beer. In this paper, the structure, determination and degradation of arabinoxylan, the existing problems and further research direction were discussed. Establishment of an accurate determination method for high molecular weight arabinoxylan, the influence of different molecular weight of arabinoxylan on the viscosity and filtration rate, the effect of malt-derived endoxylanase inhibitor on arabinoxylan degradation, and the enzyme preparation for highly efficient degradation of arabinoxylan were research directions in future.

barley malt; arabinoxylan; degradation; viscosity; filtration rate; endoxylanase inhibitor

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201705042

博士研究生(陸健教授為通訊作者，E-mail：jlu@jiangnan.edu.cn)。

江蘇省產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目(BY2016022-04)；國(guó)家高技術(shù)發(fā)展(863)計(jì)劃(2013AA102109)；高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃(111計(jì)劃)資助項(xiàng)目(111-2-06)；江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助

2016-12-12，改回日期：2017-01-06