功能性添加劑木寡糖技術特性研究

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法或酶法制得，然后再利用物理化學方法精制。作為食物配料，木寡糖具有許多有利的技術特性，并且具有調節腸功能的能力，能導致生物前效應以及木寡糖在生物合成配置方面的作用以及它們的技術特性和市場前景。

關鍵詞：木寡糖；木聚糖酶；熱水處理；精制；生物效應

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

1 木質纖維素的自動水解

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

當含有木聚糖的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，得到可溶性產品，然后在固相中殘留具有些許化學變化的纖維素和木質素。

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，燃料或者用于結構材料。在該領域木質纖維素產出多產品的過程具有良好的經濟前景，并有效降低了溫室氣體的排放量。

水解反應得到的主要可溶性產品通常指的是寡糖，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品的主要化學區別是DP，而DP在食品研究中被作為寡糖。近來研究發現，對許多木材進行化學處理可以生產木寡糖，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，木寡糖是一種傳統的反應媒介物，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以及反應條件，提高嚴格性的處理導致聚合度降低，同時也提高了將木寡糖分解為木糖的程度，從多種基質生產木寡糖的動力學研究最近也作了相關報道。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構特征，例如，與運用堿性物質處理過程導致的皂化作用相比，熱水處理過程只造成小部分酯基的分裂。

2 木寡糖的精制

經過水或蒸汽處理過程產生木寡糖以后，在反應媒介中出現許多其他的化合物，包括單糖，乙酸，萃取衍生得到的產品，原料中的酸溶木質素片斷，戊糖水解得到的糠醛，可溶的無機組分，蛋白質衍生物等。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。該過程在木質纖維素化學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雜的問題，反應成分分離都需要多級處理過程，例如，在單級自動水解反應中，可溶原料中相當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用的溶劑和木質纖維素原材料，它們決定了木寡糖取代方式以及穩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。

膜技術在木寡糖的生產精制以及濃縮方面也有很好的應用，Izumi et al.應用膜技術濃縮木質纖維素的酶法水解產物，Yuan et al.應用膜技術濃縮酶解木聚糖得到的木寡糖，連續膜技術應用于濃縮和分餾木寡糖在多級純化過程中已有應用，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。

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鍵的作用，它們的作用不僅表現在胃腸道方面，還表現在對有規則的新陳代謝的作用，盡管對產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臟微生物的重要成分。

當木寡糖作為飲食成分被攝入時，可以通過結腸微生物群的調節導致生物前效應，（例如，作為功能性食品的活性成分），從營養學角度來看，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相關的生物效應，包括果糖，半乳糖，大豆寡糖，近來關于各種各樣寡糖的生物前效應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，，碳水化合物的發酵是一項復雜的過程，因為所用菌種的代謝終產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，但不能發酵。木寡糖的前生物效應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用。他還發現許多雙歧桿菌屬和短乳桿菌能夠通過運用木寡糖而高產率的生長，并且能夠通過一些類桿菌屬隔離群有效的發酵，而不是通過大腸桿菌，腸球菌，艱難梭菌或者是產氣夾膜梭菌。

除了促進微生物生長，結腸木寡糖發酵還能產生H₂，CO₂，短鏈脂肪酸（乙酸鹽，丙酸鹽，丁酸鹽）以及乳酸鹽，這些產物還可進一步進行系統或局部的發酵，為宿主提供能量。許多關于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，脂類代謝以及結腸癌發病率的降低等。

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，包括在酸性介質中的穩定性，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，刺激腸道礦物質吸收，木寡糖還可通過刺激細菌生長影響大便習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，經測定，對于男性成人，每天0.12g/kg體重是適宜的。適當的木寡糖給藥可以抑制病原菌的生長，從而引起結腸內發酵失調引起的紊亂，并且可以防止腸道平衡失調的發生，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。

5 結語

木聚糖是由日本SUNTARY公司在1989年率先生產的。此后其產量一直呈直線上升。1994年產量為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，有北京化工大學和無錫輕工業大學等多個單位進行研制，但產業化進程較慢，據報道，到目前為止國內僅有一個廠家可生產木寡糖，但產量很低，與龐大的國內需求市場相比，相形見拙。總的來講，在木寡糖的生產上，與國外水平相比，我們的產品在純度和產量方面差距較大，目前，Suntory公司已推出xylcollgo95P，其木寡糖含量在95％以上，而我國目前商業化的木寡糖并不能達到此純度。因此，針對目前國內木寡糖的狀況，我們需加快產業化進程，同時，應探討各種切實可行的廉價的生產方法，以盡可能地降低生產成本，增加產量，以滿足不斷增長的國內市場。

參考文獻

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