從稻殼中提取製備低聚木糖研究進展
2014 年 5 月 27 日
從稻殼中提取製備低聚木糖研究進展
摘要：低聚木糖是一種以天然植物纖維為原料 , 採用先進生物技術精製而得的功能性低聚醣類，具有增殖益生菌的功能。這種功能性食品新增劑的出現，不僅將促進我國低聚醣工業向乙個新的方向發展,而且還可以處理農林廢料,變廢為寶,保護環境。
我國稻殼資源豐富,**低,使得低聚木糖生產成本低 , 開發途徑具有很強的市場競爭能力和十分重大的經濟效益和社會效益。目前國內對以玉公尺芯 、 甘蔗渣 、稻草等纖維素物質為原料製備低聚醣進行了探索 , 而以稻殼為原料制低聚醣的報道很少 , 資源優勢尚未轉化為經濟優勢。本文對低聚木糖的物化性質和生理功能做了介紹,對從稻殼中提取低聚木糖的研究進展進行了綜述 , 並為合理利用稻殼提取低聚木糖進行了展望 。
關鍵詞: 稻殼 ; 低聚木糖 ; 生理功能 ; 發展前景.
progress in the preparation of xos extracted from rice husk
abstract: xos is a natural plant fiber as raw material, the use of advanced biotechnology refined functional oligosaccharides derived class, with the proliferation of robotic functions. when these functional food additives, will not only promote china oligosaccharide industry to a new direction, but can also deal with agriculture, forestry waste, waste to treasure and protect the environment.
china is rich in rice husk resources, low prices, ****** low xos production costs, development approach with strong market competitiveness and a very significant economic and social benefit. currently domestic corn cob, bagasse, straw and other cellulosic materials for the preparation of oligosaccharide material explored, and rice husk as raw materials oligosaccharides few reports, resource advantages into economic advantages yet. in this *****, chemical and physical properties and physiological function xos made the introduction, research progress xos extracted from rice husk were reviewed, and the prospects for the rational use of rice husk extract xos.
keywords: rice husk; xos; physiological functions; development prospects.
低聚木糖也稱木寡糖,是一種重要的功能性食品,它除了具有低熱、穩定、安全、無毒等良好的理化特性外,還有促進腸道內有益菌的繁殖、抑制有害菌生長的獨特生理功能,現已引起廣泛關注,但是目前製備低聚木糖的資源相對較少 。
稻殼又名碧糠或大糠,按質量計約佔稻穀20 %,是碾公尺廠的主要副產品之一。 據介紹,我國稻殼年產量達 8000 多t,但沒有很好地開發利用。稻殼堆密度小 , 運輸 、貯存不便 ; 外殼堅硬 , 難以被土壤消化 ; 營養價值低 , 不適合作飼料 ; α- 纖維素含量少 、纖維短 , 不適合造紙 ,因此被視為廢棄物 。
這不但是對資源的極大浪費 , 而且對環境也造成了很大汙染 。目前稻殼的主要利用途徑有 : 燃燒、熱解、製備含矽化合物、建築材料等,但並未真正形成規模生產,或經濟效益不顯著、增值不大;或在技術上、質量上 、環境汙染等方面還存在一些問題 。
木聚醣是植物半纖維素的主要成分 , 一般能佔到植物乾重的 7 % ～30 % , 而含木聚醣量較高的有玉公尺芯 ( 35 % ～40 % ) 、 蔗渣 ( 24 % ～28 % )、棉子殼 ( 24 % ～32 % )、樺木 ( 24 % ～32 % ) 等。因此低聚木糖的生產原料可採用木聚醣含量相對較高的農副產品 。目前,玉公尺芯和蔗渣主要用作木糖和糠醛的生產,而稻殼中的多戊糖含量達19.
9 % ,多戊糖主要是木聚醣 , 所以稻殼也是製備低聚木糖的較好原料 。我國對稻殼中提取低聚木糖的研究起步較晚,尚處初級階段,但開發前景廣闊[1-2]。
1 低聚木糖的物化性質
低聚木糖又稱木寡糖 , 是由 2～7 個木糖以 β- 1 , 4 - 糖苷鍵連線而成的低聚木糖混合物 , 其中木二糖、木三糖是主要有效成分,木二糖含量越高 , 則低聚木糖產品質量越好[3]。低聚木糖可由木聚醣為底物通過內切木聚醣酶水解木聚醣的 β- 1 , 4 - 糖苷鍵而得到。低聚木糖為淡黃色或淺褐色粉末 ,其甜度性質為砂糖的 40 %左右 。
低聚木糖的穩定性很好 ,具有較高的耐酸和耐熱性能 , 在 ph 2.5-8.0的範圍內相當穩定 , 在此 ph 範圍內經 100 ℃ 加熱1 h, 低聚木糖幾乎不分解 。
5%的低聚木糖水溶液在 ph 2.5 ～8.0的範圍內 ,煮沸 1 h 無明顯變化 。
1%低聚木糖的水溶液在 ph 2.5 ～7.0 範圍內,分別於 5 ℃ 、20 ℃ 、37 ℃ 溫度下貯存 3 個月 ,沒有發生明顯的變化。
ph 3.4 左右的飲料在室溫下貯藏一年 , 其中所含低聚木糖的保留量達到97 %以上 。 因 ph 2.
5 ～8.0 幾乎覆蓋了所有的食品體系 , 說明低聚木糖能在食品中得到廣泛應用 。 低聚木糖不但穩定性好 , 而且還具有降低水分活度的作用 , 其對水分活度的影響與葡萄糖相近 , 但高於木糖而低於麥芽糖和蔗糖 。
此外 ,低聚木糖的黏度也比其他的低聚醣低 , 在各種形式產品的加工處理上 , 顯得極為方便[4-6] 。
2 低聚木糖的生理功能
功能性低聚木糖的某些生理功能類似於膳食纖維 , 但它不具備膳食纖維的物理特性 , 諸如黏稠性 、 持水性和膨脹性等 , 功能性低聚木糖的生理功能完全歸功於其獨有的發酵特性 。
3 從稻殼中提取低聚木糖的研究進展
3.1低聚木糖生產原料 — 木聚醣的製備
製備低聚木糖的原料為木聚醣 , 它存在於稻殼細胞的細胞壁中 , 與其他的一些成分以一定的方式相互作用。在低聚木糖生產過程中 , 這些成分會防礙木聚醣與木聚醣酶之間的作用,從而降低形成速率和產率 , 因此在水解之前 , 必須對原料進行有效地處理,提取出木聚醣 。木聚醣的製備方法通常有以下幾種 :
蒸煮法提取木聚醣、酸水解法提取木聚醣、鹼法提取木聚醣等。對該法劉寶亮等報道了以稻殼為原料 ,採用製備綜纖維素再鹼提取的方法 ,從稻殼中提取木聚醣 , 並且確定了最佳提取條件 。影響鹼抽提的影響因素有:
鹼濃度 、固液比 、抽提時間 、抽提溫度等 , 用鹼提取稻殼中木聚醣的最佳方法為 :預處理 : 先將稻殼用 80 ℃ 水浸泡 3 h, 再進行鹼提取 ; 提取條件 :
鹼質量分數為 10 % , 固液比 ( g∶ml ) 為 1∶10 , 提取時間為 3 h, 提取溫度為80 ℃, 然後將木聚醣溶液乾燥製成木聚醣粉沫[7]。此法木聚醣提取率達原料中木聚醣總含量67.50%以上 。
3.2 低聚木糖的分離與純化
熊素敏用不同濃度的乙醇溶液對纖維寡糖和低聚木糖產品進行提純 , 通過 tlc 分析,最終確定用 30 %乙醇溶液提純纖維寡糖產品 , 用 20 %乙醇溶液提純低聚木糖產品 。比較適合酶法降解所得低聚木糖的純化 , 並且得出 50 %濃度的乙醇對該樹脂具有很好的洗脫效能 。其他分離純化方法還有 :
凝膠過濾層析、離子交換層析、吸附層析、膜分離、生物法分離等。
4 發展前景
低聚木糖穩定的物化性質及對雙歧桿菌高效的增殖作用使其具有廣闊的市場前景 。在食品中新增低聚木糖 , 不用擔心由於食品加工或食品在貯藏過程中可能導致有效成分分解 , 使用起來十分方便 , 而且適用於在各種食品體系中使用 。由於人體的胃腸道內沒有水解低聚木糖的酶系統 , 低聚木糖很難為唾液 、胃液 、胰液 、小腸液等消化液等降解 ,能量很低 , 服用後不會引起血糖公升高 , 因此低聚木糖還是糖尿病人和肥胖患者的理想甜味劑 。
在日本 , 低聚木糖替代蔗糖而廣泛應用於飲料 、糖果 、 糕點 、冰淇淋 、 乳製品及調味品等食品的生產上[8]。
在農業方面 , 低聚木糖可以作為農作物的營養物 , 不僅能提高作物的生長速度 , 還能提高作物的抗病能力 。用低聚木糖對番茄種子進行浸種 , 盆栽試驗結果表明 , 低聚木糖不僅能促進番茄種子的發芽生長 , 而且對番茄植株的生物量 、根重有明顯的增加效果 。因此低聚醣作為生態肥料在農業中具有廣闊的應用前景 。
在飼料工業中 , 低聚木糖是一類新型綠色 、保健飼料新增劑 。 它可通過對動物腸道內雙歧桿菌的高選擇性增殖作用 , 減少腸道內有害菌的數
目 , 明顯提高動物免疫力及飼料轉化率 。對蛋雞使用該新增劑後 , 能顯著提高蛋雞的產蛋效能 ,降低料蛋比 , 增加養雞效益 。試驗結果表明 , 在飼料中新增 0105 %低聚木糖 , 能提高蛋雞產蛋率4 % ～5 %。
可見 , 低聚木糖已經成為國際新型低聚醣類產品 , 以其功效強而受到業內人士的廣泛關注 。在日本 , 對低聚木糖的研究開發已經有20多年的歷史 , 並且被認為是最有前途的功能性低聚醣之一 , 歐洲各國對低聚木糖的開發熱情也正不斷公升溫 。在國外 , 人們對集營養 、保健於一體的低聚木醣類產品需求旺盛 。
因此 , 低聚木糖在食品工業中的應用前景是廣闊的 。
我國是農業大國 , 稻殼年產量達 4 萬 t , 而且還有上公升的趨勢 , 使稻殼變廢為寶 , 無論對環境保護還是經濟發展都是非常有利的 。因此 , 需盡快借鑑國內外的研究經驗 , 結合我國自身特點開發出適用於大規模工業化應用的新技術 , 早日實現低聚木糖的大規模生產 。
參考文獻
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