阿魏酰阿拉伯低聚木糖的制備、結構鑒定及構效關系研究進展

鄧奉紅，胡秀婷，羅舜菁，劉成梅

（南昌大學 食品科學與技術國家重點實驗室，江西 南昌 330047）

阿魏酰低聚糖（feruloyl oligosaccharides，FOs）是指低聚糖側鏈部分被阿魏酸取代的一類低聚糖，被美國食品和藥品管理局（Food and Drug Administration，FDA）認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-AXOs）是最常見的一類FOs，其主鏈由木糖構成，側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養特性，應用前景廣闊。谷物作為人類的主食，每年被大量地生產和消耗，同時在谷物碾磨的過程中也產生了大量的谷物麩皮等副產物。根據國家統計局數據，我國2021年糧食產量為68 284.75萬 t。其中，稻谷產量為21 284.24萬 t，小麥產量為13 694.45萬 t，玉米產量為27 255.06萬 t，若麩皮產量分別按8%、15%、17%計，則麩皮的年產量可達8 390.27萬 t。目前，大部分的谷物麩皮被用作動物飼料，只有少部分被制作成可食用麩食品進行出售，這導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的結構鑒定手段以及其生物活性與結構之間的關系。

1 阿魏酰阿拉伯低聚木糖的來源

F-AXOs通常由水解富含阿魏酰阿拉伯木聚糖（feruloyl arabinoxylans，F-AXs）的不溶性膳食纖維得到，是F-AXs部分水解的產物。因此，F-AXs的結構決定了F-AXOs的結構。F-AXs主要存在于單子葉禾本科植物的細胞壁中。由于麩皮部分的細胞壁比胚乳部分厚，F-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的主要來源。麩皮包括種皮、果皮、糊粉層等部分，其中糊粉層細胞是厚壁細胞，其細胞壁基質主要由阿拉伯木聚糖和β-葡聚糖構成，且積累了大量營養物質[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-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的一般結構，F-AXs主鏈是D-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號位連接形成側鏈，部分阿拉伯糖殘基5號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生自由基偶聯反應，生成阿魏酸脫氫二聚體，使阿拉伯木聚糖分子內或分子間交聯，從而達到穩定和加強植物細胞壁中的阿拉伯木聚糖鏈的作用；或與木質素、蛋白質交聯，形成更復雜的聚合物，以維持細胞壁的剛性結構[9]。這也導致了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轉變為可溶性的F-AXOs對于擴大谷物麩皮在食品中的應用范圍、提高其附加值具有重要的意義。

圖1 F-AXs的一般結構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酰基和醛基，這促進了乙酸和糖醛酸的生成，進而催化F-AXs的水解，最終生成F-AXOs[10]。一般通過劇烈的物理手段實現該過程，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，并發現180 ℃處理10 min和200 ℃處理2 min均獲得最高的F-AXOs得率；然而，過高的溫度和過長的處理時間不僅導致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量，不利于F-AXOs的生產。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-AXs的原料制備F-AXOs。值得注意的是，強酸水解也可導致阿魏酸的釋放。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和水解時間為1.36 h的最優條件下，F-AXOs得率為916.12 μg/g（以米糠質量計）。葛麗花[14]使用草酸水解麥麩，在草酸濃度為53 mmol/L、液料質量比為22.64∶1.00、水解時間為4.56 h的最優條件下，F-AXOs得率為14.51 μg/g（以麥麩質量計）。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酵法和生物酶法。生物發酵法是指將產木聚糖酶的微生物接種到含有F-AXs的培養基中進行發酵，微生物產生的酶直接作用于F-AXs從而制備F-AXOs。如解春艷[15]采用茶薪菇發酵麥麩，發酵時間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的產量為35.4 μmol/L。但生物發酵法耗時長，限制了其在食品工業中的應用。

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，從而產生不同取代或未取代的低聚木糖[16]。GH10內切β-1,4-木聚糖酶水解F-AXs的產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內切β-1,4-木聚糖酶水解F-AXs的產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，且內切β-1,4-木聚糖酶GH10、GH11都能在中間木糖上釋放1 個含有阿魏酰化阿拉伯糖取代基的木三糖[17-19]。由此可見，木聚糖酶水解的產物聚合度多在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，并鑒定發現得到的F-AXOs阿拉伯糖和木糖的物質的量比為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麩皮的水解效率[23]。因此，常采用多種酶聯合處理或物理結合酶處理以提高F-AXOs的得率。纖維素酶和木聚糖酶聯用能夠更有效地釋放麩皮中的F-AXOs，這是因為纖維素酶能夠分解結晶纖維素，使其暴露木聚糖結構，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]等物理預處理可以破壞纖維之間的緊密結合，暴露酶的作用位點，從而提高酶法水解谷物麩皮制備F-AXOs的得率。

綜上所述，自水解法對物料的破壞性極強、處理效率高、耗時短，但對設備要求高，且在高溫條件下還可能生成糠醛等有害物質；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試劑，加重污水處理和環境負擔；而生物法是一種利用微生物及其產生的酶制備F-AXOs的方法，具備安全、高效、綠色的優點，但成本較高。此外，多手段結合處理也成為制備F-AXOs的一種發展趨勢。

2.2 分離純化

目前常使用大孔樹脂或活性炭對F-AXOs進行初步純化。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數為50%的醇溶液分別洗脫，蒸餾水可洗脫除去未阿魏酰化的AXOs，體積分數為50%的醇溶液則可將阿魏酰化的AXOs從樹脂上洗脫下來。因此，收集體積分數為50%的醇溶液組分，濃縮凍干，即可得到初步純化的F-AXOs。此時，F-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，可用凝膠柱層析進行進一步分離。目前最常使用的是Sephadex LH-20凝膠。凝膠柱層析根據分子篩效應對不同分子質量樣品進行分離，小分子質量的物質進入凝膠內，在柱上的流動時間長，故大分子質量的物質先被洗脫，小分子質量的物質后被洗脫。通過繪制洗脫曲線，收集單一峰組分，反復進行凝膠柱層析，直到洗脫峰完全對稱，即可認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的進一步分離。不同聚合度的F-AXOs極性不同，導致其在流動相和固定相中的分配不同，極性越大，保留時間越短，由此將不同聚合度的F-AXOs進一步分離。

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，沒有紫外吸收峰。游離阿魏酸由于含有苯環和共軛體系而具有紫外吸收。因此，F-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，并且導致吸光度增大。研究發現，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波長處有最大吸收，而結合阿魏酸在325 nm波長處有最大吸收[30]。因此，可根據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物質官能團的信息，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。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伸縮振動或C—OH彎曲振動引起的。在898 cm－1處出現的強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。這些峰是阿魏酸基團的特征峰，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生藍色熒光，經氨氣熏蒸后，藍色熒光轉變成綠色，用草酸苯胺試劑染色到至少產生5 個微紅色的亮點。儀鑫等[22]利用薄層層析定性檢測出不同聚合度的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，從而可進行分離鑒定。

4 阿魏酰阿拉伯低聚木糖的結構解析

如前所述，F-AXOs由阿魏酸和AXOs兩部分組成，故一般先水解F-AXOs測定其中的阿魏酸含量，再對糖鏈部分進行結構解析。

4.1 阿魏酸

F-AXOs中的阿魏酸是以結合形式存在的，測定其中的阿魏酸含量需要在堿性環境下進行皂化反應，這是因為堿可斷裂阿魏酸與阿拉伯糖基之間的酯鍵或醚鍵，將結合阿魏酸轉變為游離阿魏酸[33]。再將乙酸乙酯萃取得到的游離阿魏酸吹干、甲醇復溶，以阿魏酸標準品為對照進行液相色譜分析，即可測得F-AXOs中阿魏酸的含量。

4.2 單糖組成

單糖組成的測定是將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（high-performance anion-exchange chromatography with pulsed-amperometric detection，HPAEC-PAD）法或氣相色譜（gas chromatography，GC）進行測定。其中，HPAEC-PAD對糖類物質的檢測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器中有響應值。而GC測定則需要對單糖進行衍生化處理，操作復雜、耗時長。對于F-AXOs，其主鏈由木糖組成，側鏈連接有阿拉伯糖，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支鏈的復雜程度。

4.3 聚合度/相對分子質量

F-AXOs的平均聚合度（average degree of polymerization，avDP）可根據還原糖/總糖含量進行計算，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準品進行HPAEC-PAD分析，根據出峰時間定性，峰面積定量。但由于木糖標準品聚合度有限，更高聚合度的F-AXOs無法用HPAEC-PAD分析進行對照定性。

質譜在聚合度和相對分子質量解析方面也具有重要的應用。袁小平[32]采用高效液相色譜與電噴霧多級串聯質譜聯用，在一級質譜中，根據正、負離子質譜圖中的準分子離子峰m/z獲得F-AXOs的相對分子質量信息，電噴霧離子阱二級質譜通過一定的規律裂解F-AXOs，產生的碎片可用于確定F-AXOs的結構，最后鑒定得到麥麩中制備的F-AXOs結構為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 連接方式和構型

在糖類精細結構的解析方面，核磁共振波譜法（nuclear magnetic resonance spectroscopy，NMR）發揮了重要的作用，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，發現H7和H8的化學位移分別為7.15和5.96，這證明了阿魏酸基團的存在，偶聯常數J7-8＝15.96 Hz表明存在的阿魏酸是反式異構體。同樣地，Lequart等[35]從麥麩中制備得到了F-AXOs并進行了NMR分析，1H NMR中偶聯常數J7-8＝16 Hz，證明了反式阿魏酸的存在。通過1H-異核多鍵相關（1H detected heteronuclear multiple bond correlation，HMBC）譜的碳氫偶聯常數，推斷阿魏酸是通過C5連接到阿拉伯糖殘基上。異核單量子關系（heteronuclear singular quantum correlation，HSQC）譜中的偶聯常數J1-2≈8 Hz被認為來自β-D-木糖，偶聯常數J1-2≈3.6 Hz被認為來自α-L-阿拉伯糖。HSQC譜顯示，中間木糖H3的化學位移為3.73，大于其他木糖H3化學位移，推斷該中間木糖的C3位與阿拉伯糖殘基相連。最后，再結合其質譜結果，推斷F-AXOs結構為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結構一致。

5 阿魏酰阿拉伯低聚木糖的結構

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、竹子等物質中制備分離得到多種F-AXOs，圖2展示了這些F-AXOs的結構。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]，根據來源和提取方式的不同，其主鏈木糖數量在2～4 個之間。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結構更加復雜，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)之間的偶聯形成[38-39]。此外，從麥草中制備的F-AXOs的結構是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的結構Fig. 2 Structures of F-AXOs

6 阿魏酰阿拉伯低聚木糖的功能性質

6.1 抗氧化活性及構效關系

阿魏酸廣泛存在于植物細胞壁中，是一種抗氧化能力極強的酚酸類化合物，而低聚糖在一些研究中也顯示出抗氧化活性。目前，在細胞、斑馬魚、大鼠模型中均證實了F-AXOs的抗氧化活性，且F-AXOs的抗氧化活性可能來自于阿魏酸和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。與非阿魏酰化的AXOs相比，F-AXOs的阿魏酸部分被認為在抗氧化活性方面發揮著至關重要的作用。抗氧化活性測定結果表明，與AXOs相比，F-AXOs對1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基、2,2’-聯氮-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）陽離子自由基、羥自由基和超氧陰離子自由基具有更強的清除能力和更強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-AXOs抗氧化活性與阿魏酸含量具有顯著的相關性（r＝0.94）[46]。即阿魏酸含量越高，抗氧化能力越強，且呈現濃度依賴性[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抗氧化能力具有顯著的影響。Snelders等[48]研究發現，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，單阿魏酰化F-AXOs的TEAC卻低于游離單體阿魏酸；相比于單阿魏酰化的F-AXOs，二阿魏酰化（dimeric ferulic acid，DiFA）的F-AXOs的TEAC進一步降低。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-AXOs的抗氧化活性還與抗氧化測試類型有關，不同類型的抗氧化測試得到的結果是不同的。如與F-AXOs相比，游離阿魏酸具有更強的DPPH自由基清除能力，但對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定系統中，抗氧化劑水相和親脂性相之間的分配系數會影響其抗氧化能力。

F-AXOs的抗氧化活性還與F-AXOs的聚合度有關。Zhao Wenhong等[47]發現低聚合度的F-AXOs對DPPH自由基、超氧陰離子自由基與羥自由基的清除率和對鐵離子的還原能力高于游離阿魏酸。這可能是因為低聚糖通過影響自由基在阿魏酰基中的單電子轉移，從而影響自由基清除能力[46]。然而，在質量濃度0.2～5.0 mg/mL范圍內，高聚合度的F-AXOs對DPPH自由基的清除率和對鐵離子的還原能力低于游離阿魏酸。這可能是因為高聚合度F-AXOs的空間構型對阿魏酰基團形成空間位阻作用，阻礙了阿魏酸發揮抗氧化作用。馮麗然[43]也發現，低聚合度與中聚合度F-AXOs的羥自由基清除能力并無顯著差異，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，不同來源和方法制備的F-AXOs具有不同的抗氧化活性，這可能是因為不同來源和方法制備的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]研究發現，從鴨腳稗中制備的F-AXOs清除12% DPPH自由基的最低質量濃度為10 μg/mL，而大米、小麥、玉米中制備的F-AXOs在質量濃度為100 μg/mL的條件下仍未顯示出抗氧化活性，鐵離子還原能力測定實驗也得到了相同的結論。這表明從鴨腳稗中制備的F-AXOs具有最強的抗氧化活性，且該研究發現從玉米中制備的F-AXOs具有最低的抗氧化活性。此外，Malunga等[46]發現，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-AXOs的抗氧化活性與阿魏酸含量、阿魏酸的存在形式、聚合度和抗氧化測試類型有關。然而，抗氧化能力不僅受以上因素的影響，還取決于F-AXOs的精細結構，包括側鏈取代基種類、取代位置、A/X比例等。

6.2 益生性及構效關系

F-AXOs是一種非消化性低聚糖，因此，人體攝入之后，F-AXOs進入大腸被腸道微生物利用。研究發現，F-AXOs可調節腸道菌群組成，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。與AXOs相比，與阿魏酸連接的F-AXOs在結腸中發酵速度更慢。這是因為腸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，調節腸道菌群比例與豐度，影響腸道中微生物酶的表達與活性，進而影響乙酸、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生[52]。Gong Lingxiao等[53]研究發現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的發酵組中厚壁菌門與擬桿菌門的比例更低，這表明F-AXOs對腸道菌群的調節作用取決于阿魏酸和AXOs二者對腸道菌群的綜合影響。此外，與阿魏酸取代程度較低的F-AXOs（阿魏酸的質量分數為0.30%）相比，高阿魏酸取代的F-AXOs（阿魏酸的質量分數為7.17%）發酵程度低，這是因為阿魏酸取代在空間上阻礙了微生物酶的作用[54]，表明阿魏酸取代可以抑制AXOs的發酵。Zhang Xiaowei等[55]的研究表明，DiFA的F-AXOs顯著降低了體外發酵速率，并導致乙酸、丙酸和總短鏈脂肪酸減少。這表明DiFA進一步增強空間位阻作用，阻礙了微生物酶對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）可以促進雙歧桿菌增殖，并產生更多的乙酸鹽和丁酸鹽，但它們對蛋白質發酵的抑制作用不太明顯；高聚合度的AXOs（avDP＝61）發酵速度較慢，對蛋白質發酵的抑制作用更強，特別是在結腸的遠端部分，但它們既不能增加結腸丁酸鹽濃度，也不能促進盲腸中雙歧桿菌的增殖[56]。然而，Snelders等[54]發現AXOs（avDP＝3）與AXOs（avDP＞12）在發酵48 h后，發酵程度無顯著性差異，但AXOs（avDP＝3）的發酵程度似乎有更快的趨勢，并且含AXOs（avDP＝3）發酵液的木糖酶活性更高。類似地，Damen等[57]發現小麥阿拉伯木聚糖僅在結腸中部分發酵，而AXOs在盲腸中幾乎完全發酵。由此可見，低avDP的AXOs發酵程度更高。

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

由此可見，F-AXOs的益生性來自于AXOs部分和阿魏酸部分。因此，F-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和側鏈阿拉伯糖的avDS，可能還與AXOs的精細結構相關，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用

目前，F-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、蛋白質氧化產物和晚期糖基化終末產物的產量，但對餅干的質地和外觀產生了負面影響。楊梅[62]將F-AXOs制備成海藻酸鈉-F-AXOs微膠囊添加至面團中，既保持了面制品的質構和風味，又保留了F-AXOs的抗糖化作用。由此可見，F-AXOs的包埋與控制釋放對其在食品中的應用具有重要的影響，在未來值得深入研究。

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，提高食品的營養特性，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，常被用于增強生物膜的抗菌性能[63]，延長水產品保質期[64]。由此推測，F-AXOs也可能具有較好的抗菌性能，可應用于食品的保鮮領域，延長食品的貨架期，應用前景廣闊。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素，可進一步用于生物煉制（如生物燃料乙醇的生產），以實現谷物麩皮的綜合利用。

近年來，研究者發現蛋白質與阿魏酰化多糖通過酶法交聯能夠顯著改善蛋白質的溶解性、乳化性等功能特性[65-66]，然而，關于F-AXOs與蛋白質交聯的研究較少。相比于阿魏酰化多糖，F-AXOs的相對分子質量顯著降低，水溶性提高，因此，蛋白質分子與F-AXOs可能具有更高的交聯程度。此外，由于F-AXOs具有更低的相對分子質量，蛋白質與F-AXOs的交聯物可能具有更高的蛋白質含量。由此推測，蛋白質與F-AXOs交聯是一種改善蛋白性質的有效手段，值得進一步研究。

8 結 語

綜上所述，F-AXOs的結構取決于F-AXs的結構，而F-AXs的結構由谷物種類決定。不同的制備方式或不同的酶作用于F-AXs也會得到不同結構的F-AXOs，這是因為糖苷鍵的斷裂具有隨機性或酶的作用位點和偏好不同。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的來源、阿魏酸的含量與存在形式、糖鏈的聚合度以及側鏈的分支程度有關，且與F-AXOs的精細結構相關，在未來需進一步探究。目前，對于F-AXOs的安全性風險評估和體內的功能評價研究較少，完善毒理學評價對推動F-AXOs在食品中的應用至關重要。我國谷物麩皮產量巨大，開發F-AXOs資源能夠提高谷物麩皮的附加值，減少資源浪費及環境污染，故F-AXOs的應用前景十分廣闊。