提取條件對小麥麩皮阿拉伯木聚糖相對分子質量分布的影響

袁 建，范 哲，王 艷，何 榮，鞠興榮

提取條件對小麥麩皮阿拉伯木聚糖相對分子質量分布的影響

袁 建，范 哲，王 艷，何 榮，鞠興榮

（南京財經大學食品科學與工程學院，江蘇 南京 210046）

以小麥麩皮為原料，通過化學分析法和高效凝膠滲透色譜法，探討提取時間、pH值和溫度對阿拉伯木聚糖提取得率及其產品相對分子質量分布的影響。結果表明，隨著提取時間的延長、pH值和溫度的升高，阿拉伯木聚糖的得率顯著提高。延長提取時間（5 h），可以提高產品中低相對分子質量阿拉伯木聚糖的含量；提高反應的pH值（13.0）和溫度（90 ℃）則可以獲得富含多種高相對分子質量阿拉伯木聚糖的產品。

小麥麩皮；阿拉伯木聚糖；提取條件；相對分子質量分布

阿拉伯木聚糖（arabinoxylan）是高等植物，特別是禾谷類作物種子細胞壁的主要成分之一[1]，在燕麥、小麥和水稻的種皮細胞中約占70%，是一種重要的非淀粉性多糖[2]。Annison等于1992年提出了阿拉伯木聚糖的結構[3]，它是由阿拉伯糖和木糖兩種單糖組成的，故稱之為阿拉伯木聚糖或戊聚糖[4]。研究發現，阿拉伯木聚糖具有多種保健功能，作為膳食纖維，具有潤腸通便、減肥美容之功效[5]；作為免疫調節劑，可啟動自然殺傷細胞、T和B淋巴細胞，增強人體免疫功能[6]；阿拉伯木聚糖還具有抗氧化、降低膽固醇及調節血糖水平等功能[7]。

基于阿拉伯木聚糖的這些生理功能，開展了從不同原料中提取阿拉伯木聚糖的研究。宋曉慶等[8]采用水提法對黑麥中的水溶性阿拉伯木聚糖進行提取，由于水溶性阿拉伯木聚糖含量相對較少，工藝優化后最高得率也只有1.8%左右；而張曉娜等[9]采用酸水洗結合堿法的工藝提取小麥阿拉伯木聚糖，這種方法工藝優化后，最高得率可達到20.89%。不同提取方法獲得的阿拉伯木聚糖產品，其相對分子質量也有所差異。Emmanuelle等[10]得出水提法獲得的阿拉伯木聚糖組分的相對分子質量為7.0×103～8.0×103左右，而堿提法獲得的阿拉伯木聚糖產品中同時含有相對分子質量為7.0×103和4.2×105的組分。另一方面，研究表明，阿拉伯木聚糖的相對分子質量大小和它的生理活性以及在食品體系中的功能特性有著密切的關系。張曉娜[11]的研究認為，小麥麩皮中酶法提取（80%醇沉）的阿拉伯木聚糖產品的相對分子質量在1.2×104～7.0×104左右，具有清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基和羥自由基的效果，還能增強小鼠的特異性體液免疫功能；Courtin等[12]研究發現小麥中獲得的高相對分子質量阿拉伯木聚糖產品能夠顯著影響生面團的延展性，而低相對分子質量的阿拉伯木糖產品通過影響持水能力、氧化膠凝性質或黏度在面包烘焙過程中發揮作用。因此，對阿拉伯木聚糖相對分子質量進行分析有助于了解其生理功能的作用機理，并進一步指導阿拉伯木聚糖在實際生產中的開發和應用[13]。小麥麩皮中阿拉伯木聚糖含量比較豐富，通過現代加工技術可以在小麥麩中得到富集。提取條件對阿拉伯木聚糖得率的影響多有報道[14]，但提取條件對阿拉伯木聚糖產品相對分子質量分布的影響規律研究較少，本實驗擬以小麥麩皮作為原料，討論了不同提取工藝條件對所得阿拉伯木聚糖產品相對分子質量分布的影響，旨在為阿拉伯木聚糖的深入研究和產品開發提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥麩皮 南京海佳面粉廠。

阿拉伯木聚糖 實驗室自制；葡聚糖標準品 美國Sigma公司；地衣酚、硝酸鈉 上海阿拉丁試劑有限公司；鹽酸、苯酚、硫酸等均為分析純 南京化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

TGL-16 C高速離心機 上海安亭科學儀器廠；WH-2微型漩渦混合儀 上海滬西分析儀器廠有限公司；U-3900紫外-可見分光光度計 日本Hitachz公司；高效液相色譜儀（配有1525泵、2707自動進樣器、2414示差折光檢測器）、Ultrahydrogel liner柱（7.8 mm×300 mm） 美國Waters公司。

1.3 方法

1.3.1 阿拉伯木聚糖的提取[15-16]

脫脂麥麩粉→70%乙醇、70 ℃水浴滅內源酶→耐熱α-淀粉酶去除淀粉→離心、取沉淀→一定料液比、pH值、溫度、時間條件下進行提取→等電點法去除蛋白質→加入一定量的β-葡聚糖酶，除去β-葡聚糖→離心、取上清液，減壓濃縮→加入95%乙醇沉淀多糖→離心、取沉淀→冷凍干燥得到阿拉伯木聚糖粗提物

1.3.2 不同提取條件對阿拉伯木聚糖相對分子質量分布的影響

將小麥麩皮在料液比1∶20（m/V）、pH 12、80 ℃條件下，分別提取1、3、5 h，獲得阿拉伯木聚糖粗提物，探討不同提取時間下阿拉伯木聚糖的相對分子質量分布。

分別在pH 9、11、13（料液比1∶20、提取溫度80 ℃、時間為2 h）條件下提取，獲得阿拉伯木聚糖粗提物，探討不同pH值下阿拉伯木聚糖的相對分子質量分布。

分別在50、70、90 ℃（料液比1∶20、pH 13、時間為2 h）條件下提取，獲得阿拉伯木聚糖粗提物，探討不同溫度下阿拉伯木聚糖的相對分子質量分布。

1.3.3 阿拉伯木聚糖提取物的成分測定

蛋白質含量測定采用考馬斯亮藍法[17]；阿拉伯木聚糖含量測定采用地衣酚-鹽酸法[18]；根據下式計算阿拉伯木聚糖得率。

1.3.4 阿拉伯木聚糖相對分子質量分布測定

采用高效凝膠滲透色譜法（high performance gel permeation chromatography，HPGPC）測定不同提取條件下獲得的阿拉伯木聚糖產品的相對分子質量分布。色譜條件：Ultrahydrogel liner柱（7.8 mm×300 mm），柱溫、檢測器溫度為45 ℃，流動相為0.10 mol/L NaNO3溶液，流速為0.9 mL/min[19]。樣品分析：采用流動相溶解已知相對分子質量（1 000、5 000、25 000、150 000、670 000），質量濃度為1 mg/mL的葡聚糖標準品和不同提取工藝條件下得到的阿拉伯木聚糖樣品（10 mg/mL），高速離心后，上清液經0.45 μm濾膜過濾，進行分析。數據處理：采用Waters Empower 3操作系統，GPC分析軟件自動進行數據處理，結果可以得到數均相對分子質量（Mn）、重均相對分子質量（Mw）、相對分子質量分散系數（Mw/Mn）和峰面積。其中，Mn表示聚合物以分子數統計平均的相對分子質量；Mw表示聚合物以重量統計平均的相對分子質量；Mw/Mn表示高聚物混合物相對分子質量的分布寬度，比值大，說明相對分子質量分布寬，高聚物中長鏈短鏈混雜。

1.4 數據處理

采用SAS軟件對數據進行ANOVA方差分析、Duncan’s多重比較，顯著性差異選用P＜0.05。每組實驗重復3 次，結果均采用±s表示。

2 結果與分析

2.1 阿拉伯木聚糖的提取結果

表1 不同提取條件下阿拉伯木聚糖的相關指標Table 1 Influence of extraction conditions on protein content, purity and yield of araboxylan extract

由表1可知，獲得的多糖粗提物主要成分為糖和蛋白質，其中的蛋白質可能與阿拉伯木聚糖相結合，以糖-蛋白質復合物的形式存在。有研究表明堿法提取后獲得的產品是多糖粗提物，除去主成分阿拉伯木聚糖和蛋白質外，還含有少量的灰分和其他非淀粉多糖等雜質[20]。

不同提取工藝下得到的粗提物中阿拉伯木聚糖含量和得率差異較大，表1列出了部分提取條件下阿拉伯木聚糖產品的得率及其含量。隨著提取時間的延長、反應pH值和溫度的升高，阿拉伯木聚糖的含量和得率都逐漸增加。其中，與提取1 h相比，提取5 h（pH 12，80 ℃）獲得了較高的阿拉伯木聚糖含量和得率，分別為86.28%和（7.19±0.04）%。此外，反應的pH值和溫度對阿拉伯木聚糖的提取效果也有較大影響。與pH 9相比，在pH 13（80℃，2 h）條件下提取阿拉伯木聚糖的得率可達（11.28±0.07）%（P＜0.05）；在90 ℃（pH 13，2 h）的提取條件下，阿拉伯木聚糖的得率高達（13.09±0.16）%。可見高pH值、高溫有利于麥麩中阿拉伯木聚糖的溶出。同時也可以看出，隨著提取時間和pH值的增加，提取物中蛋白質的含量逐漸增大，可能是因為其中與多糖相結合的蛋白質組分增多；而隨著溫度的升高，粗提物中蛋白質含量則逐漸減小，可能是高溫導致部分蛋白質發生了變性，降低了蛋白質與多糖的結合程度。

2.2 阿拉伯木聚糖相對分子質量的分布

為了進一步了解上述提取條件下獲得的阿拉伯木聚糖，采用高效凝膠滲透色譜法分析不同條件下產物中的阿拉伯木聚糖相對分子質量分布情況，明確不同提取條件對阿拉伯木聚糖得率和相對分子質量分布的影響。

2.2.1 標準曲線的建立

通過HPGPC分析葡聚糖標準品的相對分子質量分布，并采用GPC分析軟件，以標準品的洗脫體積（V）和相對分子質量對數（lgMw）建立葡聚糖相對分子質量標準曲線，并作三階擬合校正，發現lgMw與V之間存在較好的非線性關系，回歸方程為lgMw=s-42.9V+5.0V2-0.198V3（R2=0.999 283），說明該標準曲線可以用于計算樣品的相對分子質量。

2.2.2 不同提取時間下阿拉伯木聚糖的相對分子質量分布

圖1 不同提取時間下獲得的阿拉伯木聚糖產品的色譜圖Fig.1 Chromatogram of araboxylan obtained at different extraction times

由圖1可知，在pH 12、提取溫度80 ℃條件下，分別提取1、3、5 h，獲得的阿拉伯木聚糖的HPGPC色譜峰的峰形基本相同，每個樣品都含有2 個主要的色譜峰（峰1、峰2），其Mw分別為2.64×105～3.05×105和1.60×104～1.96×104，且尖峰處的保留時間比較接近，也就是說，其他反應條件相同時，不同時間下提取的阿拉伯木聚糖產品中多糖的種類可能相同。

表2 不同時間下提取的阿拉伯木聚糖產品的相對分子質量分布Table 2 Relative molecular weight distribution of araboxylan obtained at different extraction times

由表2可知，隨著提取時間的延長，峰1的面積逐漸減小，峰2的面積逐漸增大，也就是說，延長提取時間，增加了原料中低相對分子質量阿拉伯木聚糖的溶出或者促進了高相對分子質量的阿拉伯木聚糖的降解[21]。同時，阿拉伯木聚糖峰1的分散系數較小，說明相對分子質量分布相對均一；峰2的分散系數則隨著提取時間的延長逐漸增大，說明相對分子質量分布不均勻，獲得的低相對分子質量阿拉伯木聚糖的種類在逐漸增加。因此，提取時間對阿拉伯木聚糖提取效果的影響主要表現為延長提取時間，可以提高產品中低相對分子質量阿拉伯木聚糖的含量，對于其中的高相對分子質量阿拉伯木聚糖的影響不大。

2.2.3 不同提取pH值下阿拉伯木聚糖的相對分子質量分布

圖2 不同pH值下提取的阿拉伯木聚糖的色譜圖Fig.2 Chromatogram of araboxylan obtained at different extraction pH levels

由圖2可知，在提取溫度80 ℃、時間2 h時，pH 9和pH 11條件下得到的阿拉伯木聚糖色譜圖基本相似，只有1 個主要色譜峰；但是在pH 13下得到的阿拉伯木聚糖成分比較復雜，其HPGPC色譜圖中有4 個明顯的色譜峰，說明高pH值會顯著影響阿拉伯木聚糖的相對分子質量分布情況，這與之前高pH值會顯著影響阿拉伯木聚糖得率的分析結果比較一致。

表3 不同pH值下提取的阿拉伯木聚糖產品的相對分子質量分布Table 3 Relative molecular weight distribution of araboxylan obtained at different extraction pH levels

另外，雖然pH 9和pH 11條件下獲得的阿拉伯木聚糖的HPGPC色譜峰峰形比較接近，但是pH 11條件下所得阿拉伯木聚糖的Mw（5.43×104）和分散系數相對較大，表明較高pH值在一定程度上促進了高相對分子質量阿拉伯木聚糖的溶出，同時也增加了相對分子質量分布的不均勻程度。然而，pH 13條件下所得阿拉伯木聚糖峰1的Mw為4.18×105，遠大于pH 9和pH 11條件下所得阿拉伯木聚糖峰1的相對分子質量，說明高pH值進一步增加了高相對分子質量多糖的溶出；其色譜峰中還出現了2 個小相對分子質量峰（峰3、4），可能是高pH值下，高相對分子質量的阿拉伯木聚糖部分糖苷鍵發生斷裂，降解成了低相對分子質量多糖。總的看來，提取溶液的pH值對阿拉伯木聚糖相對分子質量分布的影響較大，高pH值有利于大相對分子質量阿拉伯木聚糖的溶出，并且同時會使其發生部分降解[22]，得到多種相對分子質量大小的阿拉伯木聚糖。

2.2.4 不同提取溫度下阿拉伯木聚糖的相對分子質量分布

圖3 不同提取溫度下獲得的阿拉伯木聚糖產品的色譜圖Fig.3 Chromatogram of araboxylan obtained at different extraction temperatures

由圖3可知，在pH 13、時間2 h，不同溫度下（50、70、90 ℃）條件下提取所得阿拉伯木聚糖的相對分子質量分布差異較大，50 ℃條件下的阿拉伯木聚糖有3 個主要相對分子質量色譜峰，70 ℃和90 ℃條件下所得阿拉伯木聚糖有4 個主要色譜峰，且峰形大致相似。

表4 不同溫度下提取的阿拉伯木聚糖產品的相對分子質量分布Table 4 Relative molecular weight distribution of araboxylan obtained at different extraction temperatures

進一步分析（表4）可知，隨著提取溫度的升高，產品中阿拉伯木聚糖峰1的Mw和峰面積逐漸增大，說明高溫具有增溶作用[23]，促進了高相對分子質量阿拉伯木聚糖的溶出。同時，隨著溫度升高，峰1的分散系數逐漸增大，相對分子質量范圍逐漸變寬，高相對分子質量阿拉伯木聚糖的種類增加，也說明了高溫有利于阿拉伯木聚糖的溶出。峰2的Mw為2.05×104～2.45×104左右，相差不大，且隨溫度升高，分散系數逐漸減小，相對分子質量分布逐漸變得均一，并且峰2的面積也不斷減小，可能是高溫導致了該相對分子質量段的阿拉伯木聚糖發生了降解。此外，70 ℃和90 ℃條件下阿拉伯木聚糖峰3的相對分子質量相近，分散系數也較小，相對分子質量分布相對均一。50、70、90 ℃條件下所得阿拉伯木聚糖的最小相對分子質量（峰4）基本相同，與上述不同提取時間和pH值條件下的阿拉伯木聚糖相對分子質量色譜圖比較，可以認為此部分低相對分子質量阿拉伯木聚糖是高相對分子質量阿拉伯木聚糖高溫、高pH值條件下的降解產物。由上可知，提取溫度也顯著影響阿拉伯木聚糖的提取效果，高溫有利于高相對分子質量阿拉伯木聚糖的溶出。

3 結 論

提取時間、pH值和溫度對小麥麩皮中阿拉伯木聚糖的提取效果和產品的相對分子質量分布有較大的影響。延長提取時間、提高pH值和溫度，可以顯著提高阿拉伯木聚糖的得率。延長提取時間，可以提高產品中低相對分子質量阿拉伯木聚糖的含量，而提高提取pH值和溫度則可以獲得富含多種高相對分子質量阿拉伯木聚糖的產品。研究認為，通過控制提取條件，可以實現高得率、特定相對分子質量范圍的阿拉伯木聚糖的提取，而相關的提取工藝則需要進一步優化。

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Influence of Extraction Conditions on Relative Molecular Weight Distribution of Arabinoxylan from Wheat Bran

YUAN Jian, FAN Zhe, WANG Yan, HE Rong, JU Xing-rong
(College of Food Science and Engineering, Nanjing University of Finance and Economics, Nanjing 210046, China)

The influence of extraction time, pH and extraction temperature on the yield and relative molecular weight distribution of arabinoxylan from wheat bran was investigated by chemical analysis and high performance gel permeation chromatography. The results showed that the yield of arabinoxylan was significantly enhanced with increasing extraction time, pH and extraction temperature. The content of low relative molecular weight arabinoxylan was increased when the extraction time was extended to 5 h, and a variety of arabinoxylans with high relative molecular weights could be obtained by increasing pH and extraction temperature.

wheat bran; araboxylan; extraction conditions; relative molecular weight distribution

TS201.2

A

1002-6630（2014）17-0027-05

10.7506/spkx1002-6630-201417006

2013-07-28

國家高技術研究發展計劃（863計劃）項目（2012AA101609）

袁建（1965—），男，教授，本科，研究方向為食品質量與安全。E-mail：yjian_nj@163.com