阿魏酰阿拉伯低聚木糖的制備、結(jié)構(gòu)鑒定及構(gòu)效關(guān)系研究進(jìn)展

鄧奉紅，胡秀婷，羅舜菁，劉成梅

（南昌大學(xué) 食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330047）

阿魏酰低聚糖（feruloyl oligosaccharides，F(xiàn)Os）是指低聚糖側(cè)鏈部分被阿魏酸取代的一類低聚糖，被美國(guó)食品和藥品管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）認(rèn)定為具有阿魏酸和低聚糖的雙重生理活性[1]。其中，阿魏酰阿拉伯低聚木糖（feruloyl arabinoxylanoligosaccharides，F(xiàn)-AXOs）是最常見的一類FOs，其主鏈由木糖構(gòu)成，側(cè)鏈連接有阿拉伯糖基。F-AXOs可作為烘焙食品、飲料、面食等食品的配料，提高食品的功能特性和營(yíng)養(yǎng)特性，應(yīng)用前景廣闊。谷物作為人類的主食，每年被大量地生產(chǎn)和消耗，同時(shí)在谷物碾磨的過程中也產(chǎn)生了大量的谷物麩皮等副產(chǎn)物。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，我國(guó)2021年糧食產(chǎn)量為68 284.75萬(wàn) t。其中，稻谷產(chǎn)量為21 284.24萬(wàn) t，小麥產(chǎn)量為13 694.45萬(wàn) t，玉米產(chǎn)量為27 255.06萬(wàn) t，若麩皮產(chǎn)量分別按8%、15%、17%計(jì)，則麩皮的年產(chǎn)量可達(dá)8 390.27萬(wàn) t。目前，大部分的谷物麩皮被用作動(dòng)物飼料，只有少部分被制作成可食用麩食品進(jìn)行出售，這導(dǎo)致了谷物麩皮的低附加值。谷物麩皮中含有豐富的阿魏酸和阿拉伯木聚糖，是制備F-AXOs的良好原料。因此，本文綜述了以谷物麩皮為原料制備F-AXOs的方法、F-AXOs的結(jié)構(gòu)鑒定手段以及其生物活性與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

1 阿魏酰阿拉伯低聚木糖的來(lái)源

F-AXOs通常由水解富含阿魏酰阿拉伯木聚糖（feruloyl arabinoxylans，F(xiàn)-AXs）的不溶性膳食纖維得到，是F-AXs部分水解的產(chǎn)物。因此，F(xiàn)-AXs的結(jié)構(gòu)決定了F-AXOs的結(jié)構(gòu)。F-AXs主要存在于單子葉禾本科植物的細(xì)胞壁中。由于麩皮部分的細(xì)胞壁比胚乳部分厚，F(xiàn)-AXs在谷物麩皮中的含量大于其在胚乳中的含量，故麩皮是F-AXs的主要來(lái)源。麩皮包括種皮、果皮、糊粉層等部分，其中糊粉層細(xì)胞是厚壁細(xì)胞，其細(xì)胞壁基質(zhì)主要由阿拉伯木聚糖和β-葡聚糖構(gòu)成，且積累了大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[2]，因此，糊粉層中的F-AXs含量最高。在不同的禾本科單子葉植物中，F(xiàn)-AXs的含量不同：F-AXs在玉米麩皮中約占24%，在黑麥、大麥、小麥麩皮中約占10%～16%，在米糠和燕麥麩皮中則分別只占7%和5%[3-6]。

圖1展示了F-AXs的一般結(jié)構(gòu)，F(xiàn)-AXs主鏈?zhǔn)荄-吡喃木糖由β-(1,4)糖苷鍵連接而成，α-L-呋喃阿拉伯糖通過α-(1,2)和/或α-(1,3)糖苷鍵與部分木糖的2/3號(hào)位連接形成側(cè)鏈，部分阿拉伯糖殘基5號(hào)位通過酯鍵或醚鍵與阿魏酸相連[7-8]。阿魏酸是F-AXs重要的組成部分。阿魏酸殘基之間可以發(fā)生自由基偶聯(lián)反應(yīng)，生成阿魏酸脫氫二聚體，使阿拉伯木聚糖分子內(nèi)或分子間交聯(lián)，從而達(dá)到穩(wěn)定和加強(qiáng)植物細(xì)胞壁中的阿拉伯木聚糖鏈的作用；或與木質(zhì)素、蛋白質(zhì)交聯(lián)，形成更復(fù)雜的聚合物，以維持細(xì)胞壁的剛性結(jié)構(gòu)[9]。這也導(dǎo)致了F-AXs多以不可溶的形式存在，可溶性F-AXs僅占總F-AXs的10%左右。因此，將F-AXs轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄缘腇-AXOs對(duì)于擴(kuò)大谷物麩皮在食品中的應(yīng)用范圍、提高其附加值具有重要的意義。

圖1 F-AXs的一般結(jié)構(gòu)Fig. 1 General structure of F-AXs

2 阿魏酰阿拉伯低聚木糖的制備與純化

2.1 制備方法

2.1.1 自水解法

自水解法是指水在高溫或高壓作用下，解離產(chǎn)生水合氫離子，其可作為一種弱酸裂解阿拉伯木聚糖主鏈上的乙?；腿┗@促進(jìn)了乙酸和糖醛酸的生成，進(jìn)而催化F-AXs的水解，最終生成F-AXOs[10]。一般通過劇烈的物理手段實(shí)現(xiàn)該過程，目前自水解的主要手段有微波[11]、蒸汽爆破[10]、加壓熱水法[12]等。如Rose等[11]用微波處理玉米麩皮，成功制備了F-AXOs，并發(fā)現(xiàn)180 ℃處理10 min和200 ℃處理2 min均獲得最高的F-AXOs得率；然而，過高的溫度和過長(zhǎng)的處理時(shí)間不僅導(dǎo)致F-AXs直接降解為單糖和游離阿魏酸，還增加了5-羥甲基糠醛和糠醛的產(chǎn)量，不利于F-AXOs的生產(chǎn)。類似地，Pazo-Cepeda等[12]用加壓熱水處理小麥麩皮，在200 ℃處理3.5 min的條件下獲得了最高的F-AXOs得率。

2.1.2 酸水解法

酸水解法是指利用酸水解富含F(xiàn)-AXs的原料制備F-AXOs。值得注意的是，強(qiáng)酸水解也可導(dǎo)致阿魏酸的釋放。因此目前多采用可控的溫和酸水解法制備F-AXOs，主要是利用低濃度的草酸和三氟乙酸。如Li等[13]使用三氟乙酸水解米糠，在三氟乙酸濃度為193 mmol/L和水解時(shí)間為1.36 h的最優(yōu)條件下，F(xiàn)-AXOs得率為916.12 μg/g（以米糠質(zhì)量計(jì)）。葛麗花[14]使用草酸水解麥麩，在草酸濃度為53 mmol/L、液料質(zhì)量比為22.64∶1.00、水解時(shí)間為4.56 h的最優(yōu)條件下，F(xiàn)-AXOs得率為14.51 μg/g（以麥麩質(zhì)量計(jì)）。理論上，堿亦可降解F-AXs，但是堿處理可斷裂阿拉伯糖殘基與阿魏酸之間的酯鍵，直接將F-AXs水解為AXOs和阿魏酸，由此堿水解并不適用于制備F-AXOs。

2.1.3 生物法

目前，生物法主要有生物發(fā)酵法和生物酶法。生物發(fā)酵法是指將產(chǎn)木聚糖酶的微生物接種到含有F-AXs的培養(yǎng)基中進(jìn)行發(fā)酵，微生物產(chǎn)生的酶直接作用于F-AXs從而制備F-AXOs。如解春艷[15]采用茶薪菇發(fā)酵麥麩，發(fā)酵時(shí)間6 d，在此過程中，茶薪菇合成了纖維素C1酶、β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶，最終F-AXOs的產(chǎn)量為35.4 μmol/L。但生物發(fā)酵法耗時(shí)長(zhǎng)，限制了其在食品工業(yè)中的應(yīng)用。

生物酶法是指利用酶斷裂糖苷鍵的作用將多糖水解為低聚糖。目前用于制備F-AXOs的水解酶主要是糖苷水解酶（glucoside hydrolase，GH）家族，如木聚糖酶，以及包括木聚糖酶在內(nèi)的混合酶系，如崩潰酶、纖維素酶、半纖維素酶等。其中，使用最多的酶是GH10、GH11中的內(nèi)切β-1,4-木聚糖酶（EC 3.2.1.8）。這類酶可催化F-AXs的木聚糖骨架中木糖殘基之間β-(1,4)糖苷鍵的斷裂，從而產(chǎn)生不同取代或未取代的低聚木糖[16]。GH10內(nèi)切β-1,4-木聚糖酶水解F-AXs的產(chǎn)物通常是阿魏酰化阿拉伯糖取代基在非還原端的木二糖，而GH11內(nèi)切β-1,4-木聚糖酶水解F-AXs的產(chǎn)物通常是阿魏酰化阿拉伯糖取代基在非還原端第二位的木四糖，且內(nèi)切β-1,4-木聚糖酶GH10、GH11都能在中間木糖上釋放1 個(gè)含有阿魏?；⒗侨〈哪救荹17-19]。由此可見，木聚糖酶水解的產(chǎn)物聚合度多在2～4之間，具有較好的均一性。

Katapodis等[20]采用木聚糖酶水解小麥麩皮，成功制備了F-AXOs，并鑒定發(fā)現(xiàn)得到的F-AXOs阿拉伯糖和木糖的物質(zhì)的量比為1∶3。姚惠源[21]和儀鑫[22]等也采用木聚糖酶分別水解小麥麩皮和黑麥麩皮，成功制備了F-AXOs。然而，半纖維素與纖維素或木質(zhì)素之間存在高度支化和橋接，形成了空間位阻，阻礙了酶與底物中間體的形成，從而降低了木聚糖酶對(duì)麩皮的水解效率[23]。因此，常采用多種酶聯(lián)合處理或物理結(jié)合酶處理以提高F-AXOs的得率。纖維素酶和木聚糖酶聯(lián)用能夠更有效地釋放麩皮中的F-AXOs，這是因?yàn)槔w維素酶能夠分解結(jié)晶纖維素，使其暴露木聚糖結(jié)構(gòu)，有利于木聚糖酶的水解[24-25]。此外，擠壓[26]、超聲[27]、高溫高壓蒸煮[28]、亞臨界水萃取[29]等物理預(yù)處理可以破壞纖維之間的緊密結(jié)合，暴露酶的作用位點(diǎn)，從而提高酶法水解谷物麩皮制備F-AXOs的得率。

綜上所述，自水解法對(duì)物料的破壞性極強(qiáng)、處理效率高、耗時(shí)短，但對(duì)設(shè)備要求高，且在高溫條件下還可能生成糠醛等有害物質(zhì)；酸水解法成本低廉、易獲得，但在水解的過程中使用大量化學(xué)試劑，加重污水處理和環(huán)境負(fù)擔(dān)；而生物法是一種利用微生物及其產(chǎn)生的酶制備F-AXOs的方法，具備安全、高效、綠色的優(yōu)點(diǎn)，但成本較高。此外，多手段結(jié)合處理也成為制備F-AXOs的一種發(fā)展趨勢(shì)。

2.2 分離純化

目前常使用大孔樹脂或活性炭對(duì)F-AXOs進(jìn)行初步純化。最常使用的是Amberlite XAD-2大孔樹脂。Amberlite XAD-2是一種非極性大孔樹脂，可吸附芳香族化合物。上樣之后，通常用蒸餾水和體積分?jǐn)?shù)為50%的醇溶液分別洗脫，蒸餾水可洗脫除去未阿魏?；腁XOs，體積分?jǐn)?shù)為50%的醇溶液則可將阿魏?；腁XOs從樹脂上洗脫下來(lái)。因此，收集體積分?jǐn)?shù)為50%的醇溶液組分，濃縮凍干，即可得到初步純化的F-AXOs。此時(shí)，F(xiàn)-AXOs是不同聚合度F-AXOs的混合物。

若要獲得單一聚合度的F-AXOs，可用凝膠柱層析進(jìn)行進(jìn)一步分離。目前最常使用的是Sephadex LH-20凝膠。凝膠柱層析根據(jù)分子篩效應(yīng)對(duì)不同分子質(zhì)量樣品進(jìn)行分離，小分子質(zhì)量的物質(zhì)進(jìn)入凝膠內(nèi)，在柱上的流動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，故大分子質(zhì)量的物質(zhì)先被洗脫，小分子質(zhì)量的物質(zhì)后被洗脫。通過繪制洗脫曲線，收集單一峰組分，反復(fù)進(jìn)行凝膠柱層析，直到洗脫峰完全對(duì)稱，即可認(rèn)為獲得了單一聚合度的F-AXOs。此外，反相高效液相色譜也可用于F-AXOs的進(jìn)一步分離。不同聚合度的F-AXOs極性不同，導(dǎo)致其在流動(dòng)相和固定相中的分配不同，極性越大，保留時(shí)間越短，由此將不同聚合度的F-AXOs進(jìn)一步分離。

3 阿魏酰阿拉伯低聚木糖的鑒定

3.1 紫外光譜分析

一般的，糖分子中不含生色基團(tuán)，沒有紫外吸收峰。游離阿魏酸由于含有苯環(huán)和共軛體系而具有紫外吸收。因此，F(xiàn)-AXOs因含阿魏酸而具有紫外吸收。此外，在F-AXOs中阿魏酸與糖分子形成酯鍵，這使得最大吸收峰紅移，并且導(dǎo)致吸光度增大。研究發(fā)現(xiàn)，在3-(N-嗎啉基)丙磺酸緩沖液（100 mmol/L、pH 6.0）中，游離阿魏酸在286 nm波長(zhǎng)處有最大吸收，而結(jié)合阿魏酸在325 nm波長(zhǎng)處有最大吸收[30]。因此，可根據(jù)紫外光譜初步判定制備的化合物是否為F-AXOs。

3.2 紅外光譜分析

紅外光譜掃描可得到被測(cè)物質(zhì)官能團(tuán)的信息，故紅外光譜可用于鑒定F-AXOs特有的阿拉伯糖、木糖和阿魏酸的官能團(tuán)。以Singh等[31]的研究為例，其制備的F-AXOs在3 500～3 200、2 926、1 731、1 651、1 256、1 161、1 078、1 044、995、898 cm－1等處出現(xiàn)了特征峰。3 500～3 200 cm－1處的寬吸收帶表明了游離—OH的存在。在2 926 cm－1處的吸收峰是由糖類C—H伸縮振動(dòng)引起的。這些是糖類的特征峰。在1 044 cm－1處的吸收峰是由低聚木糖C—O、C—C伸縮振動(dòng)或C—OH彎曲振動(dòng)引起的。在898 cm－1處出現(xiàn)的強(qiáng)吸收峰表明木糖殘基之間存在β-糖苷鍵。在1 161、995 cm－1和1 078 cm－1處出現(xiàn)的弱吸收峰表明低聚木糖骨架上存在被取代的阿拉伯糖殘基。這些特征峰的出現(xiàn)證明了木糖和阿拉伯糖的存在。1 731 cm－1處的吸收峰歸因于阿魏酸的酯基，1 256 cm－1和1 651 cm－1處的吸收峰分別歸因于共軛雙鍵和苯環(huán)。這些峰是阿魏酸基團(tuán)的特征峰，由此可以推斷該化合物為F-AXOs。

此外，袁小平[32]還利用紙色譜法鑒定了F-AXOs的存在，其原理是阿魏酸糖酯在紫外光照射下產(chǎn)生藍(lán)色熒光，經(jīng)氨氣熏蒸后，藍(lán)色熒光轉(zhuǎn)變成綠色，用草酸苯胺試劑染色到至少產(chǎn)生5 個(gè)微紅色的亮點(diǎn)。儀鑫等[22]利用薄層層析定性檢測(cè)出不同聚合度的F-AXOs組分，這是由于不同聚合度的F-AXOs在展開劑中的遷移速度不同，從而可進(jìn)行分離鑒定。

4 阿魏酰阿拉伯低聚木糖的結(jié)構(gòu)解析

如前所述，F(xiàn)-AXOs由阿魏酸和AXOs兩部分組成，故一般先水解F-AXOs測(cè)定其中的阿魏酸含量，再對(duì)糖鏈部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析。

4.1 阿魏酸

F-AXOs中的阿魏酸是以結(jié)合形式存在的，測(cè)定其中的阿魏酸含量需要在堿性環(huán)境下進(jìn)行皂化反應(yīng)，這是因?yàn)閴A可斷裂阿魏酸與阿拉伯糖基之間的酯鍵或醚鍵，將結(jié)合阿魏酸轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x阿魏酸[33]。再將乙酸乙酯萃取得到的游離阿魏酸吹干、甲醇復(fù)溶，以阿魏酸標(biāo)準(zhǔn)品為對(duì)照進(jìn)行液相色譜分析，即可測(cè)得F-AXOs中阿魏酸的含量。

4.2 單糖組成

單糖組成的測(cè)定是將AXOs水解成單糖，然后利用高效陰離子交換色譜-脈沖安培檢測(cè)（high-performance anion-exchange chromatography with pulsed-amperometric detection，HPAEC-PAD）法或氣相色譜（gas chromatography，GC）進(jìn)行測(cè)定。其中，HPAEC-PAD對(duì)糖類物質(zhì)的檢測(cè)具有很高的靈敏度和很低的檢出限，這是由于糖類遇堿后陰離子化，在恒定電位的安培檢測(cè)器中有響應(yīng)值。而GC測(cè)定則需要對(duì)單糖進(jìn)行衍生化處理，操作復(fù)雜、耗時(shí)長(zhǎng)。對(duì)于F-AXOs，其主鏈由木糖組成，側(cè)鏈連接有阿拉伯糖，故常以阿拉伯糖與木糖（A/X）的比例反映其分支程度，A/X比例越大表明F-AXOs的分支程度越大[12]。此外，除木糖與阿拉伯糖之外的單糖成分也可以表征F-AXOs支鏈的復(fù)雜程度。

4.3 聚合度/相對(duì)分子質(zhì)量

F-AXOs的平均聚合度（average degree of polymerization，avDP）可根據(jù)還原糖/總糖含量進(jìn)行計(jì)算，以確定F-AXOs總體聚合度的高低。具體的聚合度分布可用不同聚合度的木糖為標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行HPAEC-PAD分析，根據(jù)出峰時(shí)間定性，峰面積定量。但由于木糖標(biāo)準(zhǔn)品聚合度有限，更高聚合度的F-AXOs無(wú)法用HPAEC-PAD分析進(jìn)行對(duì)照定性。

質(zhì)譜在聚合度和相對(duì)分子質(zhì)量解析方面也具有重要的應(yīng)用。袁小平[32]采用高效液相色譜與電噴霧多級(jí)串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用，在一級(jí)質(zhì)譜中，根據(jù)正、負(fù)離子質(zhì)譜圖中的準(zhǔn)分子離子峰m/z獲得F-AXOs的相對(duì)分子質(zhì)量信息，電噴霧離子阱二級(jí)質(zhì)譜通過一定的規(guī)律裂解F-AXOs，產(chǎn)生的碎片可用于確定F-AXOs的結(jié)構(gòu)，最后鑒定得到麥麩中制備的F-AXOs結(jié)構(gòu)為O-β-D-吡喃型木糖基-(1→4)-O-[5-O-(反式-阿魏酸)-α-L-呋喃型阿拉伯糖基-(1→3)]-O-β-D-吡喃型木糖基-(1→4)-D-吡喃型木糖。

4.4 連接方式和構(gòu)型

在糖類精細(xì)結(jié)構(gòu)的解析方面，核磁共振波譜法（nuclear magnetic resonance spectroscopy，NMR）發(fā)揮了重要的作用，NMR分為1D NMR（1H NMR和13C NMR）和2D NMR，它可以提供糖類連接方式和構(gòu)型等多方面的信息[34]。例如Saulnier等[33]采用1H NMR鑒定了從玉米麩皮中制備的F-AXOs中阿魏酸的存在形式，發(fā)現(xiàn)H7和H8的化學(xué)位移分別為7.15和5.96，這證明了阿魏酸基團(tuán)的存在，偶聯(lián)常數(shù)J7-8＝15.96 Hz表明存在的阿魏酸是反式異構(gòu)體。同樣地，Lequart等[35]從麥麩中制備得到了F-AXOs并進(jìn)行了NMR分析，1H NMR中偶聯(lián)常數(shù)J7-8＝16 Hz，證明了反式阿魏酸的存在。通過1H-異核多鍵相關(guān)（1H detected heteronuclear multiple bond correlation，HMBC）譜的碳?xì)渑悸?lián)常數(shù)，推斷阿魏酸是通過C5連接到阿拉伯糖殘基上。異核單量子關(guān)系（heteronuclear singular quantum correlation，HSQC）譜中的偶聯(lián)常數(shù)J1-2≈8 Hz被認(rèn)為來(lái)自β-D-木糖，偶聯(lián)常數(shù)J1-2≈3.6 Hz被認(rèn)為來(lái)自α-L-阿拉伯糖。HSQC譜顯示，中間木糖H3的化學(xué)位移為3.73，大于其他木糖H3化學(xué)位移，推斷該中間木糖的C3位與阿拉伯糖殘基相連。最后，再結(jié)合其質(zhì)譜結(jié)果，推斷F-AXOs結(jié)構(gòu)為O-β-D-吡喃型木糖基-(1→4)-O-[5-O-(反式-阿魏酸)-α-L-呋喃型阿拉伯糖基-(1→3)]-O-β-D-吡喃型木糖基-(1→4)-D-吡喃型木糖，與袁小平[32]得到的F-AXOs結(jié)構(gòu)一致。

5 阿魏酰阿拉伯低聚木糖的結(jié)構(gòu)

目前已從小麥麩皮、米糠、黑麥麩皮、玉米麩皮、燕麥麩皮、大麥麩皮、小米麩皮、竹子等物質(zhì)中制備分離得到多種F-AXOs，圖2展示了這些F-AXOs的結(jié)構(gòu)。其中均分離得到了O-β-D-吡喃型木糖基-(1→4)-O-[5-O-(反式-阿魏酸)-α-L-呋喃型阿拉伯糖基-(1→3)]-O-β-D-吡喃型木糖基-(1→4)-D-吡喃型木糖（F-AXOs-1）[9,17,36-37]，根據(jù)來(lái)源和提取方式的不同，其主鏈木糖數(shù)量在2～4 個(gè)之間。小麥麩皮是制備F-AXOs的主要原料。目前，以小麥麩皮為原料制得的F-AXOs還包括O-α-L-呋喃型阿拉伯糖基-(1→2)-O-β-D-吡喃型木糖基-(1→4)-O-[5-O-(反式-阿魏酸)-α-L-呋喃型阿拉伯糖基-(1→3)]-O-β-D-吡喃型木糖基-(1→4)-D-吡喃型木糖（F-AXOs-2）[17]、5-O-(反式-阿魏酸)-α-L-呋喃型阿拉伯糖基-(2→1)-D-吡喃型木糖（F-AXOs-3）[37]、3-O-乙酰-β-D-吡喃型木糖基-(1→4)-O-[5-O-(反式-阿魏酸)-α-L-呋喃型阿拉伯糖基-(1→3)]-O-β-D-吡喃型木糖基-(1→4)-D-吡喃型木糖（F-AXOs-4）[17]。利用玉米麩皮制備的F-AXOs結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，其中阿魏酸多以脫氫二聚體的形式存在，常通過5-5(F-AXOs-5)、8-O-4(F-AXOs-6)、8-8C(F-AXOs-7)之間的偶聯(lián)形成[38-39]。此外，從麥草中制備的F-AXOs的結(jié)構(gòu)是O-α-L-呋喃型阿拉伯糖基-(1→3)-O-β-D-吡喃型木糖基-(1→4)-O-[5-O-(反式-阿魏酸)-L-呋喃型阿拉伯糖基-(1→3)]-O-β-D-吡喃型木糖基-(1→4)-D-吡喃型木糖（F-AXOs-8）[9]。

圖2 F-AXOs的結(jié)構(gòu)Fig. 2 Structures of F-AXOs

6 阿魏酰阿拉伯低聚木糖的功能性質(zhì)

6.1 抗氧化活性及構(gòu)效關(guān)系

阿魏酸廣泛存在于植物細(xì)胞壁中，是一種抗氧化能力極強(qiáng)的酚酸類化合物，而低聚糖在一些研究中也顯示出抗氧化活性。目前，在細(xì)胞、斑馬魚、大鼠模型中均證實(shí)了F-AXOs的抗氧化活性，且F-AXOs的抗氧化活性可能來(lái)自于阿魏酸和AXOs的相互作用[40-42]。

F-AXOs的抗氧化活性與阿魏酸的含量有關(guān)。與非阿魏?；腁XOs相比，F(xiàn)-AXOs的阿魏酸部分被認(rèn)為在抗氧化活性方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。抗氧化活性測(cè)定結(jié)果表明，與AXOs相比，F(xiàn)-AXOs對(duì)1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基、2,2’-聯(lián)氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二銨鹽（2,2’-azino-bis-(3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonate) diammonium salt，ABTS）陽(yáng)離子自由基、羥自由基和超氧陰離子自由基具有更強(qiáng)的清除能力和更強(qiáng)的金屬離子螯合能力[32,43-45]。阿魏酸含量是決定F-AXOs抗氧化能力的主要因素，F(xiàn)-AXOs抗氧化活性與阿魏酸含量具有顯著的相關(guān)性（r＝0.94）[46]。即阿魏酸含量越高，抗氧化能力越強(qiáng)，且呈現(xiàn)濃度依賴性[47]。由此可見，阿魏酸是F-AXOs主要的抗氧化組分。

此外，阿魏酸的存在形式也對(duì)抗氧化能力具有顯著的影響。Snelders等[48]研究發(fā)現(xiàn)，AXOs與游離單體阿魏酸組成混合物的水溶性VE等效抗氧化能力（Troloxequivalent antioxidant capacity，TEAC）和氧自由基吸收能力高于相同濃度的游離單體阿魏酸。然而，單阿魏?；疐-AXOs的TEAC卻低于游離單體阿魏酸；相比于單阿魏?；腇-AXOs，二阿魏酰化（dimeric ferulic acid，DiFA）的F-AXOs的TEAC進(jìn)一步降低。不同連接方式的阿魏酸脫氫二聚體也具有不同的抗氧化活性。Jia Yuan等[49]的研究表明，二阿魏酸8-5C DiFA的抗氧化活性弱于單體阿魏酸，但8-O-4 DiFA、5-5 DiFA和8-8C DiFA等二阿魏酸的抗氧化能力強(qiáng)于單體阿魏酸。這表明F-AXOs的抗氧化活性取決于F-AXOs中阿魏酸的存在形式。此外，F(xiàn)-AXOs的抗氧化活性還與抗氧化測(cè)試類型有關(guān)，不同類型的抗氧化測(cè)試得到的結(jié)果是不同的。如與F-AXOs相比，游離阿魏酸具有更強(qiáng)的DPPH自由基清除能力，但對(duì)低密度脂蛋白氧化的抑制作用較弱[20]。這可能是由于F-AXOs糖鏈部分的存在改變了阿魏酸的親水性，在后一種抗氧化活性的測(cè)定系統(tǒng)中，抗氧化劑水相和親脂性相之間的分配系數(shù)會(huì)影響其抗氧化能力。

F-AXOs的抗氧化活性還與F-AXOs的聚合度有關(guān)。Zhao Wenhong等[47]發(fā)現(xiàn)低聚合度的F-AXOs對(duì)DPPH自由基、超氧陰離子自由基與羥自由基的清除率和對(duì)鐵離子的還原能力高于游離阿魏酸。這可能是因?yàn)榈途厶峭ㄟ^影響自由基在阿魏?；械膯坞娮愚D(zhuǎn)移，從而影響自由基清除能力[46]。然而，在質(zhì)量濃度0.2～5.0 mg/mL范圍內(nèi)，高聚合度的F-AXOs對(duì)DPPH自由基的清除率和對(duì)鐵離子的還原能力低于游離阿魏酸。這可能是因?yàn)楦呔酆隙菷-AXOs的空間構(gòu)型對(duì)阿魏?；鶊F(tuán)形成空間位阻作用，阻礙了阿魏酸發(fā)揮抗氧化作用。馮麗然[43]也發(fā)現(xiàn)，低聚合度與中聚合度F-AXOs的羥自由基清除能力并無(wú)顯著差異，但顯著高于高聚合度F-AXOs，并將其歸因于空間位阻的作用。

此外，不同來(lái)源和方法制備的F-AXOs具有不同的抗氧化活性，這可能是因?yàn)椴煌瑏?lái)源和方法制備的F-AXOs在阿魏酸含量、聚合度和A/X比例方面存在差異。如Veenashri等[50]研究發(fā)現(xiàn)，從鴨腳稗中制備的F-AXOs清除12% DPPH自由基的最低質(zhì)量濃度為10 μg/mL，而大米、小麥、玉米中制備的F-AXOs在質(zhì)量濃度為100 μg/mL的條件下仍未顯示出抗氧化活性，鐵離子還原能力測(cè)定實(shí)驗(yàn)也得到了相同的結(jié)論。這表明從鴨腳稗中制備的F-AXOs具有最強(qiáng)的抗氧化活性，且該研究發(fā)現(xiàn)從玉米中制備的F-AXOs具有最低的抗氧化活性。此外，Malunga等[46]發(fā)現(xiàn)，綠色木霉處理小麥制得F-AXOs的抗氧化性是新緣乳酸菌處理小麥制得F-AXOs的1.4 倍。

綜上所述，F(xiàn)-AXOs的抗氧化活性與阿魏酸含量、阿魏酸的存在形式、聚合度和抗氧化測(cè)試類型有關(guān)。然而，抗氧化能力不僅受以上因素的影響，還取決于F-AXOs的精細(xì)結(jié)構(gòu)，包括側(cè)鏈取代基種類、取代位置、A/X比例等。

6.2 益生性及構(gòu)效關(guān)系

F-AXOs是一種非消化性低聚糖，因此，人體攝入之后，F(xiàn)-AXOs進(jìn)入大腸被腸道微生物利用。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)-AXOs可調(diào)節(jié)腸道菌群組成，具有益生性[51]。

FOs的益生性與阿魏酸的含量和存在形式有關(guān)。與AXOs相比，與阿魏酸連接的F-AXOs在結(jié)腸中發(fā)酵速度更慢。這是因?yàn)槟c道菌群須首先分泌酯酶釋放F-AXOs中的阿魏酸，然后才能將AXOs進(jìn)一步水解為單糖作為碳源。釋放的阿魏酸可影響腸道菌群的生長(zhǎng)，調(diào)節(jié)腸道菌群比例與豐度，影響腸道中微生物酶的表達(dá)與活性，進(jìn)而影響乙酸、丁酸、丙酸等短鏈脂肪酸和異丁酸、異戊酸等支鏈脂肪酸的產(chǎn)生[52]。Gong Lingxiao等[53]研究發(fā)現(xiàn)阿魏酸顯著降低了厚壁菌門與擬桿菌門的比例，而F-AXOs和AXOs均顯著提高了厚壁菌門與擬桿菌門的比例，但相比于AXOs，添加F-AXOs的發(fā)酵組中厚壁菌門與擬桿菌門的比例更低，這表明F-AXOs對(duì)腸道菌群的調(diào)節(jié)作用取決于阿魏酸和AXOs二者對(duì)腸道菌群的綜合影響。此外，與阿魏酸取代程度較低的F-AXOs（阿魏酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.30%）相比，高阿魏酸取代的F-AXOs（阿魏酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.17%）發(fā)酵程度低，這是因?yàn)榘⑽核崛〈诳臻g上阻礙了微生物酶的作用[54]，表明阿魏酸取代可以抑制AXOs的發(fā)酵。Zhang Xiaowei等[55]的研究表明，DiFA的F-AXOs顯著降低了體外發(fā)酵速率，并導(dǎo)致乙酸、丙酸和總短鏈脂肪酸減少。這表明DiFA進(jìn)一步增強(qiáng)空間位阻作用，阻礙了微生物酶對(duì)F-AXOs的降解。

木聚糖主鏈的avDP亦可影響F-AXOs的益生性。低聚合度的AXOs（avDP≤4）可以促進(jìn)雙歧桿菌增殖，并產(chǎn)生更多的乙酸鹽和丁酸鹽，但它們對(duì)蛋白質(zhì)發(fā)酵的抑制作用不太明顯；高聚合度的AXOs（avDP＝61）發(fā)酵速度較慢，對(duì)蛋白質(zhì)發(fā)酵的抑制作用更強(qiáng)，特別是在結(jié)腸的遠(yuǎn)端部分，但它們既不能增加結(jié)腸丁酸鹽濃度，也不能促進(jìn)盲腸中雙歧桿菌的增殖[56]。然而，Snelders等[54]發(fā)現(xiàn)AXOs（avDP＝3）與AXOs（avDP＞12）在發(fā)酵48 h后，發(fā)酵程度無(wú)顯著性差異，但AXOs（avDP＝3）的發(fā)酵程度似乎有更快的趨勢(shì)，并且含AXOs（avDP＝3）發(fā)酵液的木糖酶活性更高。類似地，Damen等[57]發(fā)現(xiàn)小麥阿拉伯木聚糖僅在結(jié)腸中部分發(fā)酵，而AXOs在盲腸中幾乎完全發(fā)酵。由此可見，低avDP的AXOs發(fā)酵程度更高。

此外，F(xiàn)-AXOs的益生性與側(cè)鏈阿拉伯糖的平均取代程度（average degree of substitution，avDS）有關(guān)。Pollet等[58]發(fā)現(xiàn)，取代程度高的AXOs發(fā)酵程度低，且未發(fā)酵組分的A/X比例大于已發(fā)酵組分的A/X比例，表明阿拉伯糖取代程度低的AXOs優(yōu)先被腸道菌群利用。同樣地，Pastell等[59]研究表明，雙歧桿菌幾乎完全發(fā)酵無(wú)取代或單取代的AXOs，而不能發(fā)酵雙取代的AXOs（O2和O3位置被阿拉伯糖基取代），這說明取代程度低的AXOs可發(fā)酵性更強(qiáng)。此外，avDP＝12/avDS＝0.69和avDP＝15/avDS＝0.27的兩種AXOs腸道發(fā)酵特性相似，這表明avDS對(duì)發(fā)酵特性的影響有限，而avDP對(duì)發(fā)酵特性的影響更加顯著[60]。van Craeyveld等[56]也發(fā)現(xiàn)，不同avDS的AXOs發(fā)酵特性相似。然而，也有一些研究發(fā)現(xiàn)，高avDS降低了AXOs可發(fā)酵性[57-58]。

由此可見，F(xiàn)-AXOs的益生性來(lái)自于AXOs部分和阿魏酸部分。因此，F(xiàn)-AXOs的益生性不僅取決于阿魏酸含量與存在形式、主鏈木糖的avDP和側(cè)鏈阿拉伯糖的avDS，可能還與AXOs的精細(xì)結(jié)構(gòu)相關(guān)，包括阿拉伯糖和阿魏酸的取代位置等。

7 阿魏酰阿拉伯低聚木糖的應(yīng)用

目前，F(xiàn)-AXOs主要被作為食品配料添加于面制品中，如餅干、面包、饅頭等。黃俊卿[61]將F-AXOs添加至餅干中，顯著降低了餅干中二羰基化合物、蛋白質(zhì)氧化產(chǎn)物和晚期糖基化終末產(chǎn)物的產(chǎn)量，但對(duì)餅干的質(zhì)地和外觀產(chǎn)生了負(fù)面影響。楊梅[62]將F-AXOs制備成海藻酸鈉-F-AXOs微膠囊添加至面團(tuán)中，既保持了面制品的質(zhì)構(gòu)和風(fēng)味，又保留了F-AXOs的抗糖化作用。由此可見，F(xiàn)-AXOs的包埋與控制釋放對(duì)其在食品中的應(yīng)用具有重要的影響，在未來(lái)值得深入研究。

F-AXOs具有良好的抗氧化活性與益生性，可將其作為益生元添加至食品中，提高食品的營(yíng)養(yǎng)特性，是用于制備功能性食品的良好配料。研究表明，阿魏酸具有良好的抗菌作用，常被用于增強(qiáng)生物膜的抗菌性能[63]，延長(zhǎng)水產(chǎn)品保質(zhì)期[64]。由此推測(cè)，F(xiàn)-AXOs也可能具有較好的抗菌性能，可應(yīng)用于食品的保鮮領(lǐng)域，延長(zhǎng)食品的貨架期，應(yīng)用前景廣闊。此外，制備F-AXOs后，谷物麩皮剩余的部分主要為纖維素和木質(zhì)素，可進(jìn)一步用于生物煉制（如生物燃料乙醇的生產(chǎn)），以實(shí)現(xiàn)谷物麩皮的綜合利用。

近年來(lái)，研究者發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)與阿魏?；嗵峭ㄟ^酶法交聯(lián)能夠顯著改善蛋白質(zhì)的溶解性、乳化性等功能特性[65-66]，然而，關(guān)于F-AXOs與蛋白質(zhì)交聯(lián)的研究較少。相比于阿魏?；嗵?，F(xiàn)-AXOs的相對(duì)分子質(zhì)量顯著降低，水溶性提高，因此，蛋白質(zhì)分子與F-AXOs可能具有更高的交聯(lián)程度。此外，由于F-AXOs具有更低的相對(duì)分子質(zhì)量，蛋白質(zhì)與F-AXOs的交聯(lián)物可能具有更高的蛋白質(zhì)含量。由此推測(cè)，蛋白質(zhì)與F-AXOs交聯(lián)是一種改善蛋白性質(zhì)的有效手段，值得進(jìn)一步研究。

8 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，F(xiàn)-AXOs的結(jié)構(gòu)取決于F-AXs的結(jié)構(gòu)，而F-AXs的結(jié)構(gòu)由谷物種類決定。不同的制備方式或不同的酶作用于F-AXs也會(huì)得到不同結(jié)構(gòu)的F-AXOs，這是因?yàn)樘擒真I的斷裂具有隨機(jī)性或酶的作用位點(diǎn)和偏好不同。F-AXOs具有出色的抗氧化活性和益生性，這些功能特性與F-AXOs的來(lái)源、阿魏酸的含量與存在形式、糖鏈的聚合度以及側(cè)鏈的分支程度有關(guān)，且與F-AXOs的精細(xì)結(jié)構(gòu)相關(guān)，在未來(lái)需進(jìn)一步探究。目前，對(duì)于F-AXOs的安全性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和體內(nèi)的功能評(píng)價(jià)研究較少，完善毒理學(xué)評(píng)價(jià)對(duì)推動(dòng)F-AXOs在食品中的應(yīng)用至關(guān)重要。我國(guó)谷物麩皮產(chǎn)量巨大，開發(fā)F-AXOs資源能夠提高谷物麩皮的附加值，減少資源浪費(fèi)及環(huán)境污染，故F-AXOs的應(yīng)用前景十分廣闊。