發酵麥麩獲取束縛型酚類研究方向與應用前景

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

關鍵詞：麥麩；束縛型；酚類；發酵法

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%，小麥產量約占糧食總產量的22%[1]。我國是小麥生產大國，早在幾年前，小麥年產量即突破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]。由于我國小麥年產量高，小麥麩皮的年產量可達2000萬噸以上，但是一直以來對于麩皮的開發利用較少，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、木質素、蛋白質、維生素和酚類物質等多種成分，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量的酚酸類物質，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

酚類物質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，并對環境中的有毒物質如多環芳烴和亞硝酸胺以及真菌毒素有抗誘變作用[12]。有研究報道發現，在麥麩膳食纖維的離體發酵試驗中，結腸微生物能通過發酵作用將結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的活性氧水平并增加癌細胞的脂質過氧化及DNA損傷作用[13]。另有報道認為阿魏酸可通過對血管內皮生長因子（VEGF）、血小板源生長因子（PDGF）和缺氧誘導因子（HIF）的作用來調節血管的形成[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。類黃酮物質可以防止低密度脂蛋白的氧化，清楚生物體內的自由基，減緩或消除集體對致癌物的吸收等。

目前根據這些研究，已在防衰老、防癌、預防心血管疾病等方面開發出了不少產品。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的抗突變作用，結果表明他們對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，屬于植物雌性激素類化合物。

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

3麥麩酚類物質研究前景

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

近年來，對酚類物質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、束縛型酚類物質的提取、測定及抗氧化活性等方面的報道[19～23]。

酚類物質的存在形與其含量及抗氧化活性有重要關系，束縛型酚類物質不僅含量遠遠高于游離型和結合型[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麥麩中酚類物質的提取

對于酚類物質的提取，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一般與其他物質以不同的鍵型相連接，傳統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的提取主要采用強酸強堿[26]或生物方法（酶法和發酵法[27]），其主要目的都是破壞細胞壁纖維成分致密的結構，以使束縛行酚類物質釋放出來。

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

對于麥麩進行發酵方面的多集中在低聚木糖生產[28]和產酶活性等領域，另外已有大量文獻報道麥麩經發酵后等到膳食纖維功能性質比發酵前有答復改善，如持水性、持油性和對有害物質的結合能力等。

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存在的，其游離型：結合型：束縛型的比例為0.1：1：100[19]。

5麥麩中酚類物質提取的研究方向探討

5.1發酵菌株的篩選 獲得2-3株對麥麩發酵性能較好、產束縛型酚類物質水平較高的菌株。

將脫脂麥麩中游離型和結合型酚類提取出來，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滅菌處理后的麥麩固體培養基中，以酚類物質的釋放率為指標，對發酵菌株進行篩選，對于發酵性能較好的菌種進行發酵條件的優化，以獲得高得率的束縛型酚類物質。

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

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

5.4束縛型酚類物質的活性及其抗腫瘤的構效關系 對麥麩束縛型酚類物質的體外抗氧化性（DPPH，ABTS，FRAP等自由基清除活性）、細胞抗氧化活性（TOSC）、絡蛋白酶抑制活性、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的組成及結構進行分析，以探明其抗腫瘤活性的構效關系。

6結論

目前已經又較多的研究證明植物中的酚類物質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物，其中酚類物質含量較豐富，但基本沒有得到很好的加工利用。前期的研究工作，初步證明采用發酵方式可以有效提高酚類物質的得率，因此采用發酵法講麥麩中的酚類物質釋放出來，在理論上是完全可行的。對于菌種的培養、麥麩接種發酵、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，微觀結構所采用的掃描電競（SEM）等方法目前已都廣泛使用，束縛型酚類物質體外、體內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。采用發酵法研究麥麩中束縛型酚類物質的釋放規律及其機理具有相當大的應用前景。

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