蘇東民，李 雪，蘇東海，趙仁勇，魏雪琴，馬四平，邢麗艷

（1.河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.北京電子科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 100026）

小麥阿拉伯木聚糖及其功能性質(zhì)研究進展

蘇東民1，李 雪1，蘇東海2，趙仁勇1，魏雪琴1，馬四平1，邢麗艷1

（1.河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.北京電子科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 100026）

小麥阿拉伯木聚糖主要存在于小麥細(xì)胞壁中，是小麥細(xì)胞壁的主要聚合物，其含量、結(jié)構(gòu)以及理化性質(zhì)對小麥品質(zhì)、營養(yǎng)特性以及最終利用價值都有重要影響.綜述了近年來關(guān)于小麥阿拉伯木聚糖結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、提取及檢測方法等相關(guān)研究，并對其功能性質(zhì)進行了較為深入地介紹，對小麥阿拉伯木聚糖對饅頭品質(zhì)影響的研究潛力和方向進行了展望.

小麥；阿拉伯木聚糖；結(jié)構(gòu)；理化性質(zhì)；功能特性

0 引言

在小麥籽粒中，阿拉伯木聚糖（AX）是其細(xì)胞壁的主要高分子大聚體之一，也是小麥籽粒中非淀粉多糖（NSP）的重要組分之一.小麥AX在小麥中的含量并不高，只占小麥籽粒的4%～8%［1］.但是它在水中能形成黏性溶液并且具有水合、氧化凝膠等性質(zhì)，這些性質(zhì)強烈影響著面粉品質(zhì)、面團流變學(xué)特性以及面制品品質(zhì)，并對谷物的營養(yǎng)特性以及最終利用價值產(chǎn)生影響.AX還具有增強免疫力、防癌、抗腫瘤、通便、預(yù)防心血管疾病等生理功能性質(zhì).由于小麥AX具有獨特的理化性質(zhì)以及良好的生理功能，從而使這一領(lǐng)域受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注.

1 AX在小麥籽粒中的分布

AX在谷物中的含量并不高，但它與其他非淀粉多糖(β-葡聚糖、阿拉伯半乳聚糖、纖維素、木質(zhì)素等)共同構(gòu)成了小麥各組織的細(xì)胞壁，成為細(xì)胞骨架的重要組分［2］.鄭學(xué)玲［3］對不同小麥品種以及小麥不同部位的AX含量進行測定，發(fā)現(xiàn)小麥籽粒的不同部位AX含量不同，并且AX含量有從內(nèi)到外逐漸增加的趨勢，胚乳或面粉中AX含量大約為1.5%～2.5%，而麩皮中這一比例則高達20%～25%，整個小麥籽粒中AX的含量約為4%～8%.

2 AX的結(jié)構(gòu)及分類

2.1 AX的結(jié)構(gòu)

AX的基本結(jié)構(gòu)為以β-D-吡喃木糖殘基(Xyl)經(jīng)β-(1→4)糖苷鍵連接而成的木糖為線性主鏈，α-L-呋喃阿拉伯糖基(Ara)為側(cè)鏈.AX的結(jié)構(gòu)和含量在不同谷物、品種以及不同的組織間存在著差異，這種差異性影響了谷物最終的利用性質(zhì)以及營養(yǎng)特性［4］.AX結(jié)構(gòu)的差異主要表現(xiàn)為聚合度、取代程度（A/X比值）、取代方式及阿魏酸含量等.

AX分子中阿拉伯糖的取代特性是AX分子的一個重要特征.木糖通常被阿拉伯糖在C2或C3位單取代或在C2和C3位雙取代，也可以被葡萄糖醛酸在C2位進行單取代，還可以被雙阿拉伯糖、木糖、含有支鏈的半乳糖通過2,3-阿拉伯糖進行取代［4］.

在AX分子中阿拉伯糖與木糖的比值（A/X）也是一個重要參數(shù).通過對Sonalikas小麥的研究發(fā)現(xiàn)在小麥不同組織間A/X變化范圍為0.5～1，全麥粉中其數(shù)值為1.25，麩皮中為1.37［5］，胚乳中其比值小于麩皮中的比值.

在某些阿拉伯糖的C5位上存在著以酯鍵相連接的阿魏酸，這種阿拉伯糖通常連接在木糖的C3位上［6］.阿魏酸的存在影響AX分子的結(jié)構(gòu)性質(zhì).經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，阿魏酸二聚體的連接可能在AX分子的延長上起到了不確定的作用，AX分支可能來源于單個線性AX分子的連接，這種連接通過形成雙阿魏酸來完成［7］.

2.2 AX的分類%

AX通常根據(jù)溶解性質(zhì)可分為兩大類：水溶性阿拉伯木聚糖 （Water-extractable arabinoxylan，WEAX）和水不溶性阿拉伯木聚糖 （Water-unextractable arabinoxylan，WUAX）.AX由于其自身的結(jié)構(gòu)特性，以及AX分子之間，AX與其他細(xì)胞壁物質(zhì)如木質(zhì)素、纖維素分子之間存在著物理或化學(xué)性的結(jié)合，因此AX大部分為水不溶性的［6］.WEAX與WUAX兩者的結(jié)構(gòu)非常相似，只是WUAX的平均分子質(zhì)量和A/X比值稍高于WEAX.A/X比值偏高是由于WUAX含有高比例的單取代木糖和低比例的非取代木糖.然而兩者雙取代木糖的含量接近［8］.

3 AX的理化性質(zhì)

3.1 AX的相對分子質(zhì)量

AX的相對分子質(zhì)量不僅與谷物品種有關(guān),還與谷物生長環(huán)境、相對分子質(zhì)量測定方法、提取方法等有關(guān).小麥WEAX的相對分子質(zhì)量范圍為200～300 ku，多分散系數(shù)為1.7～2［9］，較高的多分散系數(shù)正說明了WEAX是由一系列不同相對分子質(zhì)量以及結(jié)構(gòu)的聚合物組成的.試驗證明，用梯度乙醇沉淀WEAX可以得到兩種不同相對分子質(zhì)量的AX，乙醇濃度小于40%時AX相對分子質(zhì)量為20 ku，乙醇濃度為40%～60%時沉淀所得AX相對分子質(zhì)量為5 ku［10］.WUAX與WEAX一樣也是由一系列不同相對分子質(zhì)量以及結(jié)構(gòu)的聚合物組成，但是其相對分子質(zhì)量較大.

3.2 AX的水溶解性%

多糖的水溶解性依賴于多糖鏈-鏈之間以及多糖鏈-溶劑之間微妙的平衡關(guān)系.鏈長、側(cè)鏈基團的存在以及分布這些結(jié)構(gòu)因素都能夠改變這種平衡，從而改變聚合物的溶解性質(zhì).大體說來，側(cè)鏈的存在能夠阻斷多聚物鏈-鏈間的相互作用使多聚物易溶于水.但是對于AX分子來說，水溶解性不只依賴于其分子結(jié)構(gòu)特性，還受AX分子與其他細(xì)胞壁多聚體的共價連接影響.例如：胚乳細(xì)胞中的WUAX，其A/X值高于WEAX，稍高的A/X值使WUAX的水溶性應(yīng)該高于WEAX，但是由于WUAX分子通過雙阿魏酸橋共價連接著其他多聚物，這大大削弱了WUAX的水溶性.

3.3 AX的水合性質(zhì)

WUAX具有強烈的吸水性，以及易膨脹的特點.將WUAX加入到面粉中通過粉質(zhì)儀測量水分吸收的上升值來測定AX持水性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)WUAX能吸收自身重量的6.7、7.0以及9.9倍的水，而WEAX只能保留其自身重量的6.3、4.4以及3.5倍的水［11-13］.

3.4 AX的黏性

聚合物的黏性與其分子的基本特性 （分子構(gòu)造、相對分子質(zhì)量以及相對分子質(zhì)量分布）以及聚合物濃度直接相關(guān).影響AX黏度特性的分子結(jié)構(gòu)因素主要有多糖分子的聚合度或主鏈長度(DP值)、阿拉伯糖取代基團的存在以及在主鏈上的分布方式、其他功能基團(阿魏酰)的存在等［14］.Martinant等［15］認(rèn)為，AX含量與溶液黏度成顯著的正相關(guān)，與A/X值呈顯著的負(fù)相關(guān)，WEAX中雙阿魏酸橋的形成通過增加相對分子質(zhì)量而強烈地影響AX的黏度.

B-WEAX在水溶液中能形成高黏度溶液，BWUAX本身沒有黏性，但是B-WUAX經(jīng)過堿液提取所得的堿溶性AX黏度卻很高，其黏度比市場上常用增稠劑瓜兒膠的黏度還要大.根據(jù)測定，WEAX與堿提AX的黏度值可達到2.75-8.5 dL/g［2,16-17］，遠遠高于其他非淀粉多糖.

3.5 AX的氧化凝膠性質(zhì)

氧化凝膠性質(zhì)是AX的一個重要性質(zhì),它是指在與能產(chǎn)生自由基的化合物（H2O2/過氧化物酶、過硫酸銨、FeCl3、亞油酸、脂肪氧化酶、漆酶）共存的情況下，AX在水溶液中發(fā)生相互交聯(lián)形成復(fù)雜的三維網(wǎng)狀凝膠結(jié)構(gòu).

AX的氧化凝膠性質(zhì)由Durham于1925年首次提出.Fausch認(rèn)為與AX通過酯鍵相連的阿魏酸與其氧化凝膠性質(zhì)有關(guān).在氧化凝膠初期阿魏酸的消失，以及雙阿魏酸，三阿魏酸的形成都證明了阿魏酸在氧化凝膠過程中的重要作用［18-19］.然而根據(jù)Carvajal-Millan的報道，通過膨脹性試驗獲得的AX凝膠的交聯(lián)密度比理論計算出的參加凝膠的雙阿魏酸、三阿魏酸的總量值要高,這說明除了共價連接,AX鏈間的非共價連接對AX凝膠結(jié)構(gòu)也有影響.AX凝膠能力與阿魏酸含量有關(guān)，然而凝膠結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與新形成的共價鍵含量有關(guān)［20-21］.

4 B-AX的提取、分離與檢測%

WEAX因其溶于水的特性，一般是先用水提取，然后將溶解在水中的蛋白質(zhì)、葡聚糖(α和β型)、阿拉伯半乳聚糖及淀粉等雜質(zhì)除去.蛋白質(zhì)的去除主要是通過加酶、黏土吸附、等電點沉淀、有機溶劑沉淀、加熱絮凝等，通過加入淀粉酶并透析的方法可以去除淀粉，利用35%～40%的（NH4）2SO4可沉淀β-D-葡聚糖，阿拉伯半乳聚糖的去除通過（NH4）2SO4沉淀和乙醇分級沉淀［14,22-23］.

B-WUAX由于其自身的結(jié)構(gòu)特性，以及AX分子之間，AX與其他細(xì)胞壁物質(zhì)例如木質(zhì)素、纖維素分子之間存在著物理或化學(xué)性的結(jié)合，使其難溶于水.在堿性條件下，上述結(jié)合會被打斷，使原來水不溶性的AX轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄缘腁X.文獻中常用氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鋇處理細(xì)胞壁不溶性物質(zhì)來提取WUAX，提取條件的不同導(dǎo)致提取率變化范圍為13%～44%［3,10,24］.

AX的測定方法主要有色譜法、比色法以及Duffau蒸餾法.色譜法是用酸將樣品水解為單糖，然后進行分離測定.比色法是用酸將樣品水解成糠醛，然后與顯色劑（地衣酚、間苯三酚）反應(yīng)，最后根據(jù)吸光度值來計算AX含量.Duffau蒸餾法是用酸將樣品水解成糠醛，再蒸餾出糠醛，并用四溴化法測定蒸餾出的糠醛含量.色譜法需要專門的儀器，但是測量精確度高.而比色法和Duffau蒸餾法準(zhǔn)確度不如色譜法高，但是操作簡單、快速，適用于一般實驗室［25］.鄭學(xué)玲［3］研究比較了幾種方法發(fā)現(xiàn)，Duffau蒸餾法與氣相色譜法的相關(guān)性最好，但是測定較為復(fù)雜，可在制定國際標(biāo)準(zhǔn)等要求測定精度較高的情況下使用，比色法與氣相色譜的相關(guān)性稍差，但是其測定簡單快速，可用于精確度不太高的日常測定.

5 AX的功能性質(zhì)%

5.1 AX對谷物加工品質(zhì)的影響

AX作為一種蛋白質(zhì)和淀粉之間的粘連物質(zhì),很大程度地影響蛋白質(zhì)和淀粉的有效分離.研究發(fā)現(xiàn),在小麥淀粉和谷朊粉的生產(chǎn)中,加入戊聚糖酶系可以非常有效地使蛋白質(zhì)和淀粉分離,并可以提高淀粉和谷朊粉的得率.

AX的含量還與小麥胚乳的硬度存在著一定的相關(guān)性，能夠影響出粉率、淀粉破碎率等小麥磨粉品質(zhì).經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，AX對硬質(zhì)小麥硬度的影響較小，對軟質(zhì)小麥的影響較大［26］.

AX是部分水溶性高分子復(fù)合物，是啤酒釀造過程中產(chǎn)生黏性以及膜過濾性的原因.當(dāng)小麥以及麥芽被用于輔助物時，這種問題更顯著，這是由于高的AX含量及其較高的分子質(zhì)量.經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，升高打漿溫度會逐漸升高被釋放到麥芽汁的AX被數(shù)量.谷物研磨得越細(xì)，AX被釋放到麥芽汁中的量越多.麥芽汁黏度與AX的含量有很好的相關(guān)性［27］.

小麥代替玉米做為家禽飼料時，如果日糧中小麥添加量過多會引起畜禽生產(chǎn)性能下降，產(chǎn)生濕糞，環(huán)境污染以及胴體質(zhì)量下降等問題.其中起主要作用的是AX，它通過增加消化物的黏性而影響?zhàn)B分的消化吸收.向飼料中添加酶可以解決這一問題，加入酶后AX被降解，不再形成黏性膠狀物，家禽消化吸收恢復(fù)正常［28］.

5.2 AX對面制品加工品質(zhì)的影響%

在面粉混合階段，B-WEAX可以明顯改善面團特性，表現(xiàn)在增加面團吸水量，增加面團的穩(wěn)定時間，改善面團內(nèi)部質(zhì)地結(jié)構(gòu)等.但是關(guān)于WUAX對面團流變學(xué)的影響卻存在著很大的分歧，鄭學(xué)玲等［29］認(rèn)為，WUAX對面團特性有明顯的負(fù)作用.Courtin等［30］研究發(fā)現(xiàn)WUAX能使面團黏稠度增加，增加面團的彈性和抗延伸性，得到硬度較高的面團，并且降低混合時間. Rouau等［31］報道，B-WUAX對面團可起改良和惡化雙重作用.各學(xué)者的研究結(jié)果不統(tǒng)一的主要原因是WUAX相比WEAX，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，分支更多，對面團的作用更復(fù)雜.%%

在發(fā)酵階段，WUAX與WEAX都能夠作用于面團水相使其黏度增加，從而提高氣壁周圍液膜的穩(wěn)定性，降低二氧化碳向面團外擴散的速率，提高面團的持氣性，增加面團的發(fā)酵穩(wěn)定性［11］.同時，WUAX還能夠穿破氣壁，加強氣壁的合并，降低面團持氣性. WUAX的不同性質(zhì)對面團有不同的影響.

在面包烘焙階段，AX作用于烘焙階段的原理與發(fā)酵階段相同.由于WEAX能夠保持氣壁的穩(wěn)定性，從而改善面包性質(zhì)，增大面包體積.而WUAX加強了氣壁的合并，氣體保持性差，使面包質(zhì)量變差同時減小面包體積［32］.當(dāng)向面團中添加WUAX時，不僅面包體積受到影響，面包其他的性質(zhì)，例如面包質(zhì)地以及面包心質(zhì)地隨之惡化.而面團中添加堿溶性AX能夠改善面包性質(zhì)，其添加可以優(yōu)化面包心結(jié)構(gòu)使面包平均體積增大35%.

面制品老化，儲藏過程中面包以及饅頭等面制品變得不新鮮的主要原因是由于淀粉回生，水分含量能夠影響淀粉回生，從而影響面包心硬度、面制品老化.向面制品中添加WEAX，儲藏第1天時WEAX促進面制品的老化，然而隨后的5 d內(nèi)WEAX明顯延緩了面制品的老化.WUAX在延緩面制品老化方面比WEAX效果更好［33］.

5.3 AX的生理功能性質(zhì)%

增強免疫力：米糠來源的AX(MGN-3)被稱為已知自然界免疫增強功能最佳的天然提取物，已被用于艾滋病、癌癥等的臨床治療.AX抗腫瘤、抗病毒的活性也主要與其增強宿主的免疫水平有關(guān)［34］.

防癌、抗腫瘤：Lupton等［35］經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，在所有測試的高纖維素補品中，富含AX的麩皮纖維素對防護腫瘤最有效.麩皮膳食纖維能夠降低高脂肪膳食老鼠的腫瘤發(fā)生率.這些非溶解性膳食纖維能夠?qū)X動物的化學(xué)引誘型癌細(xì)胞產(chǎn)生抑制性.經(jīng)過3周的膳食實驗發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞被移除并進行ACF評價，結(jié)果表明，在各混合物中的不溶性以及可溶性膳食纖維對ACF的數(shù)量及大小都有顯著的降低作用［36］.AX通過對糞便中膽汁酸含量，短鏈脂肪酸，以及結(jié)腸微生物菌群的影響可以預(yù)防和控制結(jié)腸癌.

降低心血管疾?。亨崒W(xué)玲［3］通過研究發(fā)現(xiàn)AX有降血脂效果，給老鼠喂食AX，老鼠糞便中膽固醇含量明顯增加.Lu等［37］通過臨床試驗證明，對于Ⅱ型糖尿病人，每天攝入15 g富含AX的膳食纖維能夠顯著提高血糖控制水平.

通便：小麥麩皮中起潤腸通便作用的是AX，并且AX的潤腸通便效果可能與其溶解性有關(guān)，不溶性的組分潤腸通便效果較好.而在高脂飼料中添加不同AX組分的各組實驗小鼠，其糞便重量及糞便水分含量均高于正常對照組，這說明不同AX組分對非便秘型的正常小鼠也具有一定的通便效果［3］.

減肥，作為益生源：經(jīng)實驗證實麩皮AX經(jīng)過酶解產(chǎn)生的低分子量AX有營養(yǎng)學(xué)作用.在飼料中添加AX極大地增加了飼料轉(zhuǎn)化率而沒有增加動物體的質(zhì)量，因此AX能夠提高營養(yǎng)利用效率.AX極大地增加了雞盲腸中的雙歧桿菌的水平但是總細(xì)菌數(shù)量沒有增加.這些數(shù)據(jù)表明麩皮AX有利的營養(yǎng)學(xué)價值，使其可作為益生源.還有研究者認(rèn)為，未經(jīng)降解的AX有抗?fàn)I養(yǎng)作用，它們能夠增加消化道食糜黏性、影響消化道生理及形態(tài)、影響腸道菌群，從而影響營養(yǎng)物質(zhì)正常的消化吸收［39］.

抗氧化：阿魏酸是AX的重要組成成分，同時也是國際公認(rèn)的天然抗氧化劑.阿魏酸的存在提供了AX抗氧化性，袁小平等［40］利用枯草芽孢桿菌木聚糖酶水解小麥麩皮，得到了AX的酶解產(chǎn)物阿魏酰低聚木糖，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)其具有抗氧化和清除自由基的活性，并且能抑制紅細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化.

6 結(jié)論與展望

經(jīng)過多年的探索，人們發(fā)現(xiàn)小麥AX雖然是小麥籽粒中含量較少的組分之一，但卻具有極為重要的功能特性.人們以往較為系統(tǒng)地研究了小麥AX的分子結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)、生理功效、功能特性等.然而，有關(guān)小麥AX對小麥面制品加工工藝及品質(zhì)影響的研究，主要局限于以面包為代表的面團體系、加工方法和產(chǎn)品品質(zhì)領(lǐng)域，而以中國饅頭品種小麥及饅頭面團體系為對象的深入系統(tǒng)的科學(xué)研究還很薄弱.因此，以中國優(yōu)質(zhì)饅頭品種小麥為對象，開展對AX的系統(tǒng)研究，搞清楚AX各組分及其理化特性在面團形成、發(fā)酵和蒸制過程中的作用和影響，以及對饅頭品質(zhì)產(chǎn)生的影響，能從一個新的視角了解面團及饅頭品質(zhì)形成的科學(xué)機理，可以增進對小麥NSP主要組分AX高分子的結(jié)構(gòu)、功能特性的科學(xué)理解與認(rèn)識，為研究開發(fā)全谷物或高膳食纖維饅頭提供理論參考.

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RESEARCH PROGRESS ON WHEAT ARABINOXLANS AND ITS FUNCTIONAL PROPERTIES

SU Dong-min1,SU Dong-hai2,ZHAO Ren-yong1,WEI Xue-qin1,MA Si-ping1,XING Li-yan1
(1.School of Food Science and Technology,Henan University of Technology,Zhengzhou 450001,China; 2.Beijing Vocational College of Electronic Science，Beijing 100029,China）

Wheat arabinoxylans mainly exist in wheat grain cell walls and are the major polymers in wheat grain cell wall.The content,structure and physiochemical properties of arabinoxylans affect the quality,nutritional property and utilization value of wheat.In this paper,we summarized related studies of structure,physiochemical properties, extraction and detection method of wheat arabinoxylans,and deeply introduced its functional properties,and prospected the study potential and direction of the effects of wheat arabinoxylans on the Mantou quality.

wheat;Arabinoxylans;structure;physicochemical properties;functional property

TS201.2

A

1673-2383(2012)04-0085-06

http://www.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20120829.1722.201204.85_020.html

網(wǎng)絡(luò)出版時間：2012-08-29 05:22:00 PM

2012-03-19

國家自然科學(xué)基金項目（31071597）；北京市屬高等學(xué)校人才強教計劃資助項目；河南工業(yè)大學(xué)2010年研究生科技創(chuàng)新基金項目

蘇東民（1963—），男，河南汝南人，博士，教授，研究方向為糧食資源利用轉(zhuǎn)化及中國傳統(tǒng)主食工業(yè)化.