肖宇，張 濤，陳愛(ài)君，續(xù)曉琪, ，李 莎，孫桂蓮，李克文，徐 虹

（1.南京工業(yè)大學(xué)食品與輕工學(xué)院，江蘇南京 211816；2.南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇南京 210023；3.保齡寶生物科技有限公司，山東德州 251200）

玉米是重要的糧食作物，也是飼料、釀造、淀粉、生物制藥等行業(yè)關(guān)鍵的原材料，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位[1]。玉米麩皮是濕法加工生產(chǎn)淀粉或糖漿的重要副產(chǎn)物，主要用作低價(jià)飼料，經(jīng)濟(jì)價(jià)值被嚴(yán)重低估，每年約有數(shù)億噸的玉米麩皮產(chǎn)生[2]。利用廢棄玉米麩皮生產(chǎn)高附加值和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的產(chǎn)品，具有重要的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。

玉米麩皮中膳食纖維含量約為60%～70%，主要成分為阿拉伯木聚糖（Arabinoxylan，AX）[3?4]。結(jié)構(gòu)上來(lái)看（如圖1），AX 由β-D-吡喃木糖殘基（Xylp）形成線性骨架，α-L-阿拉伯呋喃糖（Araf）組成的側(cè)鏈通過(guò)C（O）-2、C（O）-3 或C（O）-2,3 鍵連接到主鏈[5]，少量阿魏酸（Ferulic acid，F(xiàn)A）通過(guò)酯鍵連接到Araf 的C（O）-5 位[6?7]?，F(xiàn)已證實(shí)，AX 可以抑制機(jī)體膽固醇的升高，降低血糖，作為益生元促進(jìn)腸道有益菌的增殖等[8]。除了具備良好的生理活性外，AX 可在化學(xué)氧化劑以及酶（如漆酶、過(guò)氧化氫酶）作用下，耦合交聯(lián)形成穩(wěn)定凝膠。例如，漆酶交聯(lián)制成的AX 凝膠具有蜂巢結(jié)構(gòu)，將B.longum等益生菌截留在三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，形成益生菌的包埋體[9]。

圖1 玉米麩皮結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of structure of maize bran

AX 的分子量、活性基團(tuán)等結(jié)構(gòu)特征會(huì)影響其生理活性、凝膠特性，進(jìn)而影響AX 的應(yīng)用[10]。AX 常用的提取方法為堿法，但提取條件不同會(huì)導(dǎo)致AX 的分子量、FA 酯鍵水解程度等結(jié)構(gòu)差異[11]。例如采用超聲輔助酶法提取麥麩AX，響應(yīng)面優(yōu)化提取工藝后AX 平均提取率為17.38%，所得AX 分子量集中分布在1.53×104～2.51×104Da，A/X 分布在0.29～0.81 之間[12?13]。探究不同提取方法所得AX 的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對(duì)于AX 在食品工業(yè)中的進(jìn)一步應(yīng)用具有重大意義。目前，關(guān)于堿法提取所得AX 氧化交聯(lián)形成的凝膠研究較少，堿法提取所得AX 的結(jié)構(gòu)對(duì)凝膠特性的影響尚不清楚。本研究選用堿法提取玉米麩皮中的AX，響應(yīng)面優(yōu)化AX 提取工藝。分析AX 的得率、單糖組成、魏酸含量和分子量等結(jié)構(gòu)參數(shù)，并用漆酶對(duì)AX 進(jìn)行氧化交聯(lián)，研究氧化后AX 的凝膠特性、凝膠強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性等特征，為AX 及其凝膠在食品工業(yè)中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

玉米麩皮 由保齡寶生物科技有限公司提供；KTSTA 總淀粉試劑盒、耐高溫α-淀粉酶（3000 U/mL）、淀粉葡糖苷酶（3300 U/mL）愛(ài)爾蘭Magezyme 公司；Bradford 蛋白濃度測(cè)定試劑盒P006 上海碧云天生物技術(shù)有限公司；堿性蛋白酶（200 U/mg）上海士鋒生物科技有限公司；β-葡聚糖、漆酶（120 U/g）

南京草本源生物科技有限公司；葡聚糖標(biāo)準(zhǔn)品（分子量分別為150、410、670、1080、2000 kDa）邁瑞爾化學(xué)技術(shù)有限公司；阿拉伯糖（Ara）、木糖（Xyl）美國(guó)Sigma-Aldrich 有限公司；氫氧化鋇、氫氧化鈉、磷酸二氫鈉、甲醇、三氟乙酸、鹽酸等試劑 均為分析純級(jí)，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

Mikro220R 臺(tái)式高速冷凍離心機(jī) 德國(guó)Hettich公司；Multiskan FC 酶標(biāo)儀 美國(guó)Thermo Fisher 公司；LGJ-12 立式真空冷凍干燥機(jī) 北京松源華興生物有限公司；1260 Infinity II Prime 高效液相色譜儀、XDB-C18色譜柱（Zorbax Eclipse，4.6 mm×150 mm，5 μm）美國(guó)Agilent 公司；TSKgel G4000PWXL 色譜柱（7.8 mm×300 mm）日本TOSOH 公司；Nicolet iS20 紅外光譜儀 美國(guó)Thermo Fisher 公司；MCR 302旋轉(zhuǎn)流變儀 奧地利Anton paar 公司。Verios XHR SEM 電子顯微鏡 美國(guó)Thermo Fisher 公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 玉米麩皮的組成測(cè)定

1.2.1.1 淀粉含量測(cè)定 淀粉含量使用總淀粉試劑盒進(jìn)行測(cè)定，稱量100 mg 玉米麩皮，加入0.2 mL 濃度為80%的乙醇溶液。用pH5.0，100 mmol/L 醋酸鈉緩沖液稀釋1 mL 耐高溫α-淀粉酶至30 mL，準(zhǔn)確吸取3 mL 加入樣品溶液中。將樣品溶液放入100 ℃水浴鍋沸水浴6 min，冷卻至室溫后放入50 ℃水浴鍋，同時(shí)加入淀粉葡糖苷酶0.1 mL，充分反應(yīng)后稀釋并離心（3000 r/min，10 min）。吸取1 mL上清液到試管中，用去離子水稀釋到10 mL。吸取0.1 mL 稀釋過(guò)后的樣品溶液，加入3 mL 的葡糖氧化酶/過(guò)氧化物酶試劑（GOPOD）后立即放入50 ℃的水浴鍋中加熱20 min，充分反應(yīng)后在510 nm 處測(cè)定吸光值，以葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液為參考，葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=0.6159x+0.0443，R2=0.9921。

1.2.1.2 蛋白質(zhì)含量測(cè)定 使用Bradford 蛋白濃度測(cè)定試劑盒進(jìn)行測(cè)定，方法如下：在蛋白質(zhì)檢測(cè)試劑中加入不同濃度梯度的蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液，室溫下反應(yīng)5 min 后，在595 nm 處測(cè)定吸光值，繪制蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線。稱量1 g 玉米麩皮，加入6 mL 去離子水充分分散后，離心（6000 r/min，10 min）取上清液，加入考馬斯亮藍(lán)G250 試劑，反應(yīng)后在595 nm 處測(cè)定吸光值。蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=2.3587x+0.4209，R2=0.9951。

1.2.1.3β-葡聚糖含量測(cè)定 采用剛果紅法測(cè)定玉米麩皮中β-葡聚糖的含量[14]。稱取一定量的玉米麩皮，加入一定體積0.01 mol/L 的NaOH 溶液，充分反應(yīng)后離心取上清，提取其中的β-葡聚糖。加入過(guò)量的硫酸銨溶液后再次離心。準(zhǔn)確吸取100 μL 上清液，加入去離子水稀釋為2.0 mL，隨后加入4.0 mL剛果紅染液，室溫下反應(yīng)一定時(shí)間，545 nm 處測(cè)定樣品吸光度，以不同濃度β-葡聚糖作標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品中β-葡聚糖含量，β-葡聚糖含量計(jì)算中葡聚糖標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=2.4068x+0.1036，R2=0.9958。

1.2.1.4 纖維素和半纖維素的含量測(cè)定 采用72%濃硫酸水解法測(cè)定纖維素含量[15]，稱取適量玉米麩皮，加入5 mL 醋酸和硝酸混合液，沸水浴25 min，冷卻后離心取沉淀，加入10 mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的硫酸及10 mL 0.01 mol/L 的重鉻酸鉀溶液，沸水浴10 min，冷卻后加入5 mL 20%的KI 溶液及1 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%淀粉溶液，使用0.2 moI/L 的硫代硫酸鈉滴定測(cè)量纖維素。

采用2 mol/L 鹽酸水解法測(cè)定半纖維素含量[15]。稱取適量玉米麩皮，加入10 mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的硝酸鈣溶液，沸水浴5 min，冷卻后離心取沉淀，加入10 mL 濃度為2 mol/L 的鹽酸，沸水浴45 min。冷卻后離心取上清液，將其調(diào)至堿性，用DNS 法測(cè)定溶液中的還原糖。所得半纖維素含量即玉米麩皮中的AX 含量。

1.2.2 玉米麩皮的預(yù)處理 稱取一定量的玉米麩皮，按1:7（w/v）的料液比加入0.05 mol/L 磷酸緩沖液（pH6.5），在室溫下靜置18 h。然后在75 ℃下水浴加熱，加入耐高溫α-淀粉酶（10 μL/g），攪拌反應(yīng)1 h，加入淀粉葡糖苷酶，60 ℃水浴鍋加熱，振蕩反應(yīng)30 min 后加入堿性蛋白酶，攪拌下反應(yīng) 4 h，沸水浴10 min 滅酶結(jié)束反應(yīng)。棄上清液，沉淀干燥后即得去淀粉玉米麩皮[2]，根據(jù)1.2.1 中方法測(cè)定主要成分，并以此為原料，進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

1.2.3 AX 的提取及得率的測(cè)定 稱取一定量預(yù)處理后玉米麩皮，按1:10（w/v）的料液比加入飽和Ba（OH）2溶液，充分混合后在25 ℃下提取4 h。然后對(duì)混合物進(jìn)行離心（9000 r/min，10 min）取上清液，經(jīng)凍干得到堿法制備AX[16]，苯酚-硫酸法測(cè)定總糖含量?？偺菢?biāo)準(zhǔn)曲線為y=7.8317x+0.0934，R2=0.9935。

AX 得率（S）按下式計(jì)算：

式中：C：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線所得樣品中的總糖濃度，mg/mL；V：樣品的體積，mL；n：樣品稀釋倍數(shù)；W：樣品的質(zhì)量，g。

1.2.4 單因素對(duì)AX 得率影響的研究

1.2.4.1 料液比對(duì)AX 得率影響的研究 取去淀粉玉米麩皮10 g，分別按1:10、1:20、1:40、1:60（w/v）的料液比加入飽和Ba（OH）2溶液，充分混合后在25 ℃下提取4 h。然后對(duì)混合物進(jìn)行離心（9000 r/min，10 min）取上清液，硫酸苯酚法測(cè)定其中總糖含量，即AX 含量，以此計(jì)算得率。

1.2.4.2 提取溫度對(duì)AX 得率影響的研究 取去淀粉玉米麩皮10 g，按最優(yōu)料液比加入飽和Ba（OH）2溶液，充分混合后分別在25、45、65、85 ℃下提取4 h。然后對(duì)混合物進(jìn)行離心（9000 r/min，10 min）取上清液，硫酸苯酚法測(cè)定其中總糖含量，計(jì)算得率。

1.2.4.3 提取時(shí)間對(duì)AX 得率影響的研究 取去淀粉玉米麩皮10 g，按最優(yōu)料液比加入飽和Ba（OH）2溶液，充分混合后在最優(yōu)提取溫度下分別提取2、4、6、8 h。然后對(duì)混合物進(jìn)行離心（9000 r/min，10 min）取上清液，硫酸苯酚法測(cè)定其中總糖含量，計(jì)算得率。

1.2.5 AX 提取工藝的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn) 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇料液比（A）、提取溫度（B）、提取時(shí)間（C）3 個(gè)因素為自變量，以AX 得率（Y）為響應(yīng)值構(gòu)建3 因素3 水平的響應(yīng)面試驗(yàn)，因素水平設(shè)計(jì)表如下表1 所示。

表1 因素水平設(shè)計(jì)表Table 1 Factor level design table

1.2.6 AX 的結(jié)構(gòu)表征

1.2.6.1 AX 中FA 含量測(cè)定 稱取50 mg 玉米麩皮提取物，添加2%亞硫酸鈉作為保護(hù)劑，按1:10（w/v）料液比加入1%的NaOH 溶液之后，在80 ℃下進(jìn)行2 h 的避光反應(yīng)。充分反應(yīng)后靜置冷卻至室溫，在320 nm 處進(jìn)行吸光值的測(cè)量。取FA 標(biāo)準(zhǔn)品重復(fù)上述步驟得標(biāo)準(zhǔn)曲線y=0.036x+0.1859，R2=0.9927。經(jīng)計(jì)算得到樣品中FA 含量。

1.2.6.2 AX 中的單糖組成測(cè)定 AX 的單糖組成采用PMP-HPLC 方法測(cè)定。準(zhǔn)確稱取2 mg 樣品溶于1 mL 2 mol/L 三氟乙酸（TFA）中，120 °C 下水解反應(yīng)2 h，用NaOH 溶液中和反應(yīng)體系后，用1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮（PMP）標(biāo)記，使用HPLC 串聯(lián)紫外檢測(cè)器，結(jié)合XDB-C18色譜柱進(jìn)行分析，以阿拉伯糖、木糖、葡萄糖和半乳糖作為標(biāo)準(zhǔn)品，分別根據(jù)峰的保留時(shí)間和紫外信號(hào)響應(yīng)值計(jì)算單糖組成，根據(jù)峰面積計(jì)算Ara 和Xyl 的摩爾比。其中，色譜條件為：流動(dòng)相為17%的乙腈和83%的0.1 mol/L 磷酸鈉緩沖液（pH6.7），樣品進(jìn)樣量為20 μL，流速為1 mL/min，柱溫30 ℃，在245 nm 波長(zhǎng)處檢測(cè)。

1.2.6.3 凝膠排阻色譜法測(cè)定AX 的分子量分布AX 樣品的分子量分布采用高效凝膠色譜法測(cè)定，HPLC 系統(tǒng)串聯(lián)示差檢測(cè)器和TSKgel G4000PWXL色譜柱進(jìn)行分析，以不同分子量的系列葡聚糖（150、410、670、1080、2000 kDa）為標(biāo)準(zhǔn)品，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)品出峰時(shí)間繪制分子量標(biāo)準(zhǔn)曲線，以樣品出峰時(shí)間計(jì)算AX 樣品分子量。其中，色譜條件：流動(dòng)相為0.2 mol/L的Na2SO4溶液，流速為0.8 mL/min，柱溫35 ℃，進(jìn)樣量為20 μL。

1.2.7 AX 凝膠的制備及凝膠特性研究

1.2.7.1 漆酶氧化交聯(lián)制備AX 凝膠 將AX 配制成3%（w/v）溶液，加入漆酶催化氧化交聯(lián)（1 mg AX加入0.1 U 漆酶）[17]，室溫反應(yīng)24 h 后，滅酶凍干，分別分散于pH2.0、5.0、8.0 的水溶液中，制備氧化交聯(lián)AX 的凝膠體系（Alkaline extract gel，AEG）。

1.2.7.2 紅外光譜分析 稱取一定量AX 以及冷凍干燥后的AEG，溴化鉀作分散劑與樣品按100:1（w/w）的比例混合，充分研磨后壓片，用紅外光譜儀進(jìn)行分析，測(cè)定參數(shù)如下：掃描波長(zhǎng)范圍400～4000 cm?1。

1.2.7.3 凝膠流變學(xué)性質(zhì)分析 將AEG 置于旋轉(zhuǎn)流變儀上，用40 mm，角度為1.999°的椎板，間距55 μm，掃描應(yīng)變3%條件下進(jìn)行頻率掃描測(cè)試，根據(jù)儲(chǔ)能模量（G′）和損耗模量（G"）分析AEG 的動(dòng)態(tài)粘彈性。在20～95 ℃范圍內(nèi)測(cè)量G′和G"，升溫速度為5 ℃/min，掃描應(yīng)變?yōu)?%，頻率為1 Hz，進(jìn)行動(dòng)態(tài)時(shí)間掃描測(cè)定[17]。

1.2.7.4 掃描電鏡觀察凝膠微觀結(jié)構(gòu) 稱取一定量AX 以及冷凍干燥后的AEG，噴金增強(qiáng)導(dǎo)電性后進(jìn)行電子顯微鏡掃描，觀察其結(jié)構(gòu)形態(tài)，加速電壓為15 kV。

1.2.7.5 凝膠的熱重分析 稱取一定量冷凍干燥后的AEG，使用熱重分析儀進(jìn)行熱穩(wěn)定性的測(cè)定。儀器條件：氮?dú)鉃?0 mL/min，升溫速率為10 ℃/min，從30 ℃ 線性升溫至500 ℃。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次，數(shù)據(jù)結(jié)果用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，IBM SPSS statistics 19.0 軟件進(jìn)行分析，方差分析（ANOVA）判斷多重平均值的顯著性，顯著性水平P<0.05 表示具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米麩皮化學(xué)組成分析

玉米麩皮的主要成分為纖維素、半纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)等，經(jīng)測(cè)定其化學(xué)組成如表2 所示。

表2 預(yù)處理前后玉米麩皮化學(xué)組成Table 2 Indexes before and after pretreatment

過(guò)多的淀粉含量會(huì)影響后續(xù)AX 的提取純度，采用耐高溫α-淀粉酶處理使玉米麩皮中淀粉含量降至0.67%±0.18%，同時(shí)除去部分水溶性蛋白質(zhì)，降低蛋白質(zhì)含量，避免蛋白含量對(duì)后續(xù)研究產(chǎn)生影響。

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 料液比對(duì)AX 得率的影響 按1.2.3 中初始提取方法的AX 得率為4.85%±0.24%。從圖2（A）可知，當(dāng)飽和Ba（OH）2體積增加，AX 得率迅速上升，然后略有下降。料液比過(guò)低時(shí)，飽和Ba（OH）2較少，溶液流動(dòng)性較差，飽和Ba（OH）2無(wú)法與玉米麩皮充分接觸，無(wú)法將麩皮中的酯鍵斷裂，不利于多糖的溶出，導(dǎo)致提取效率較低。隨著飽和Ba（OH）2體積增加，得率明顯提高，由圖2（A）可知，料液比達(dá)到1:40 附近時(shí)，AX 的提取進(jìn)行較為完全，因此選擇1：40 作為提取的最佳料液比。

圖2 單因素對(duì)AX 得率的影響Fig.2 Effect of single factor on the yield of AX

2.2.2 提取溫度對(duì)AX 得率的影響 由圖2（B）可知，隨著提取溫度上升，AX 得率呈現(xiàn)大幅提升隨后減少的趨勢(shì)。當(dāng)提取溫度達(dá)到65 ℃時(shí)，AX 得率達(dá)到最大值，繼續(xù)提高提取溫度后，AX 得率減小。隨著溫度升高，分子運(yùn)動(dòng)加快，飽和Ba（OH）2更加有效地打斷了共價(jià)酯鍵，AX 得率提高。溫度過(guò)高時(shí)，飽和Ba（OH）2易揮發(fā)，同時(shí)高溫可能會(huì)破壞多糖的結(jié)構(gòu)和生理活性[18]，因此選擇65 ℃為最佳提取溫度。

2.2.3 提取時(shí)間對(duì)AX 得率的影響 從圖2（C）中可以看出，AX 得率在4 h 前迅速提高，然后趨于平緩。提取時(shí)間小于6 h 時(shí)，飽和Ba（OH）2還未充分破壞麩皮內(nèi)AX 與木質(zhì)素、纖維素等組分連接的酯鍵，因此隨提取時(shí)間延長(zhǎng)，AX 得率迅速提高，6 h 后AX 得率略有下降，但無(wú)明顯差異，選擇6 h 為最佳提取時(shí)間。

2.3 AX 提取工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，選擇料液比（A）、提取溫度（B）、提取時(shí)間（C）3 個(gè)因素為自變量，AX 得率（Y）為響應(yīng)值進(jìn)行3 因素3 水平的響應(yīng)面試驗(yàn)。響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見(jiàn)表3，方差分析結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 AX 提取工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 3 Response surface test design and results of AX extraction process optimization

表4 二次多項(xiàng)回歸模型方差結(jié)果Table 4 Variance results of quadratic multinomial regression model

利用Design-Expert 軟件對(duì)表3 試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸擬合，得到AX 得率對(duì)料液比（A）、提取溫度（B）、提取時(shí)間（C）的二次多項(xiàng)回歸方程：Y=?57.89230+0.92810A+0.83594B+10.08060C+0.0033 5309AB?0.012944AC+0.00311111BC?0.012124A2?0.00733926B2?0.77137C2。由表4 可知，模型的P值<0.01，極顯著，失擬項(xiàng)P值=0.2649>0.05，不顯著，說(shuō)明此模型可用于分析預(yù)測(cè)AX 提取工藝的優(yōu)化程度。根據(jù)P值可知，3 個(gè)因素對(duì)AX 得率的影響主次順序?yàn)锳>B>C，即料液比>提取溫度>提取時(shí)間。一次項(xiàng)A、B、C 和二次項(xiàng)A2、B2、C2、AB 對(duì)結(jié)果影響極顯著（P<0.01），二次項(xiàng)AC 對(duì)結(jié)果影響顯著（P<0.05）。

圖3 是料液比、提取溫度、提取時(shí)間及交互作用對(duì)AX 得率影響的響應(yīng)面曲線及等高線。由圖3（A）可以看出，當(dāng)只有提取溫度變化時(shí)，AX 得率先增加后下降。當(dāng)只有料液比變化時(shí)，AX 得率同樣表現(xiàn)為先升后降的趨勢(shì)，但是變化幅度大于前者，因此料液比對(duì)于AX 得率的影響大于提取溫度。同理可從圖3（B）看出，料液比對(duì)于AX 得率的影響大于提取時(shí)間。從圖3（C）可以看出，提取溫度和提取時(shí)間的變化幅度相近，兩者對(duì)于AX 得率的影響基本相同。因此，各因素對(duì)于AX 得率的影響順序?yàn)椋毫弦罕?提取溫度>提取時(shí)間，與從P值得出的結(jié)論相符。

圖3 料液比、提取溫度、提取時(shí)間及交互作用對(duì)AX 得率影響的響應(yīng)面曲線及等高線Fig.3 Response surface curves and contours of the interaction of solid-liquid ratio,extraction temperature and extraction time on AX yield

由回歸方程得AX 的最佳提取工藝條件：料液比1:44（g:mL），提取溫度69.38 ℃，提取時(shí)間6.33 h。在此優(yōu)化條件下，預(yù)測(cè)AX 得率達(dá)到23.08%?？紤]到實(shí)驗(yàn)的可操作性，將最佳的提取條件調(diào)整為料液比1:44（g:mL），提取溫度69 ℃，提取時(shí)間6.3 h。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，在此最優(yōu)提取條件下AX 得率為23.07%±1.15%，與理論預(yù)測(cè)值基本一致。

2.4 AX 的結(jié)構(gòu)參數(shù)分析

經(jīng)測(cè)定，AX 中FA 含量為9.6±0.32 mg/100 g，研究表明，F(xiàn)A 含量與AX 凝膠特性密切相關(guān)，還會(huì)影響AX 的生理活性，F(xiàn)A 含量較高的AX 有較好的氧化交聯(lián)特性[17]。

AX 的單糖組成如圖4（A）所示，AX 由阿拉伯糖（Ara）和木糖（Xyl）組成。Ara 和Xyl 的摩爾比（A/X）表示阿拉伯木聚糖的支化度，A/X 為2.28±0.11。A/X 與多糖的溶解性有關(guān)，A/X 比值越大更易溶解，Ara 取代度的降低會(huì)導(dǎo)致水溶解度的下降[19]。來(lái)源于青稞麩皮的AX，A/X 為0.81[20]；小麥麩皮中堿法提取的AX，A/X 集中在0.84～1.05[21]。

圖4 AX 單糖組成和HPSEC 圖Fig.4 AX monosaccharide composition and HPSEC diagram

AX 的凝膠色譜如圖4（B），圖中為單峰，且峰形尖銳對(duì)稱，說(shuō)明制備的AX 組分單一、純度較高。分子量標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=?0.3817x+9.0653，R2=0.9539，AX在9.54 min 出峰，經(jīng)計(jì)算重均分子量為265±6.68 kDa。青稞麩皮中經(jīng)純化的AX 分子量為300 kDa[20]；酶法提取小米糠中的AX，分子量在1.47×106左右[22]；小麥麩皮AX 均集中于2200 kDa 和12～130 kDa 范圍內(nèi)[21]。田貝貝等[23]報(bào)道不同分子量和支化度的AX 抗氧化性能存在差異，分子量小且支化度高的AX 清除DPPH 自由基的能力較強(qiáng)。AX 的結(jié)構(gòu)參數(shù)提示玉米麩皮中提取的AX 具有良好的潛在生理活性。

2.5 漆酶氧化交聯(lián)AX 凝膠特性研究

將未交聯(lián)和交聯(lián)后的AX 分別溶于不同pH 的溶液中，發(fā)現(xiàn)未交聯(lián)的AX 不成凝膠，經(jīng)漆酶交聯(lián)后的AX 在中性、偏堿性的溶液中不會(huì)形成凝膠，而在pH2 的溶液中形成凝膠。本研究中AX 在漆酶作用下形成了可溶性AX 交聯(lián)中間體，該中間體在低pH溶液中形成凝膠[24]。堿法提取的玉米麩皮阿拉伯木聚糖經(jīng)漆酶交聯(lián)后形成凝膠，示意圖如圖5 所示。

圖5 玉米麩皮AX 凝膠形成示意圖Fig.5 Schematic diagram of maize bran AX gel formation

2.5.1 AX 和AEG 的紅外光譜圖分析 AEG 和AX的紅外光譜圖如圖6 所示，AX 在3400 cm?1附近的吸收峰為-OH 的伸縮振動(dòng)，其中不對(duì)稱CH2基團(tuán)的C-H 伸縮振動(dòng)在2929 cm?1。此外，1573 cm?1和1557 cm?1處屬于酚類物質(zhì)和蛋白質(zhì)的特定吸收帶，由于制備多糖中蛋白含量極低，該吸收帶表明AX中含有酚類物質(zhì)阿魏酸基團(tuán)。紅外譜圖1200～800 cm?1之間常含有多種耦合C-O-C、C-C-O 和COH 振動(dòng)峰，也屬于多糖的特征峰[25]。其中1041 cm?1處的峰表示C-O 伸縮振動(dòng)，是木聚糖的典型特征峰[26]，結(jié)合859 cm?1和923 cm?1處的β-糖苷鍵伸縮振動(dòng)峰[27]，可判斷提取物為典型的木聚糖型多糖。

圖6 AX 和AEG 的紅外光譜圖Fig.6 Infrared spectroscopy of AX and AEG

圖6 中AEG 在1585 cm?1附近的吸收峰為N=N雙鍵的伸縮振動(dòng)峰，吸收強(qiáng)度大于AX，說(shuō)明漆酶交聯(lián)作用于阿魏酸基團(tuán)；在1410 cm?1附近的吸收峰為烷烴基團(tuán)中C-H 的彎曲振動(dòng)峰，其吸收強(qiáng)度小于AX，以及854 cm?1處的β-糖苷鍵吸收峰變小，表明漆酶交聯(lián)作用使多糖結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。

2.5.2 AEG 的流變性能 AEG 的動(dòng)態(tài)粘彈性曲線如圖7（A）所示。儲(chǔ)能模量（G′）是指凝膠因外力作用發(fā)生形變時(shí)，由于彈性形變而儲(chǔ)存能量的大小，反映了彈性大??；損耗模量（G"）則是指凝膠由于粘性形變而損耗的能量大小，反映粘性大小。G′大于損耗模量G"時(shí)即彈性形變大于粘性形變，樣品表現(xiàn)出一定的剛性，反之呈現(xiàn)流體特性，當(dāng)兩者相等時(shí)，為凝膠轉(zhuǎn)變點(diǎn)。圖7（A）中，AEG 的G′遠(yuǎn)大于G"，且與頻率無(wú)關(guān)，說(shuō)明AEG 表現(xiàn)出典型的凝膠性質(zhì)。

圖7 AEG 凝膠特性圖Fig.7 Rheological properties of AEG

圖7（B）為AEG 的溫度掃描測(cè)定曲線。由圖可知，在20～95 ℃范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，AEG 的G′呈降低趨勢(shì)，始終保持大于G"，說(shuō)明AEG 的強(qiáng)凝膠狀態(tài)受溫度影響較小，是穩(wěn)定的凝膠結(jié)構(gòu)。

2.5.3 AEG 的掃描電鏡圖 圖8 為AX 及凝膠的掃描電鏡圖。從圖8（A）可知AX 微觀結(jié)構(gòu)呈不規(guī)則片狀。從圖8（C）可以看出，AEG 具有較為規(guī)律的致密多孔結(jié)構(gòu)，孔徑大小在100 μm 左右，孔壁平滑。這種均勻的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，可以提升凝膠運(yùn)載活性物質(zhì)的能力，能夠更好地包埋活性物質(zhì)[28]。楊桔[29]同時(shí)使用多孔和無(wú)孔的水凝膠負(fù)載蛋白質(zhì)，發(fā)現(xiàn)多孔水凝膠不僅能夠負(fù)載更多蛋白質(zhì)，且釋放速率和最終釋放量都要高于無(wú)孔水凝膠。這提示AEG 可用于低pH 的環(huán)境或添加在飲料中，以延緩饑餓感或增加飽腹感，也可作包埋物用于活性成分或藥物的運(yùn)輸。

圖8 AX 和AEG 的掃描電鏡圖Fig.8 SEM images of AX and AEG

2.5.4 AEG 的熱重分析 AEG 的熱重分析（Thermal gravity analysis，TG）曲線如圖9 所示。從圖中可以看出質(zhì)量損失分為三個(gè)階段。第一階段在30～200 ℃之間，AEG 質(zhì)量下降了2%左右，這是由于凝膠中殘留自由水的吸熱蒸發(fā)以及部分結(jié)合水的解吸所造成的[30]。第二階段在200～270 ℃之間，AEG 質(zhì)量減少了8%，這是由于多糖（阿拉伯糖、木糖等）在高溫下被分解造成的[31]。第三階段在270～500 ℃之間，AEG緩慢失重，最后形成灰分。從圖中可知，凝膠結(jié)構(gòu)具有較好的熱穩(wěn)定性，可滿足應(yīng)用中加熱的需求。

圖9 AEG 熱重分析圖Fig.9 Thermogravimetric analysis of AEG

3 結(jié)論

本研究以玉米加工副產(chǎn)物麩皮為原料，響應(yīng)面優(yōu)化AX 的提取工藝，最佳提取工藝為料液比1:44（g:mL），提取溫度69 ℃、提取時(shí)間6.3 h，在此工藝條件下，AX 得率為23.07%±1.15%，較優(yōu)化前提升18.22%。經(jīng)測(cè)定AX 單糖組成主要為阿拉伯糖和木糖，A/X 為2.28±0.11，F(xiàn)A 含量為9.6±0.32 mg/100 g，分子量為265±6.68 kDa。結(jié)合傅里葉紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)，在漆酶作用下AX 的阿魏酸基團(tuán)發(fā)生改變，交聯(lián)后在pH2.0 下可形成穩(wěn)定的凝膠體系，熱穩(wěn)定性好且具有均勻多孔的微觀結(jié)構(gòu)，可用于焙烤食品或低pH 如胃環(huán)境中益生菌包埋等應(yīng)用。本文為AX 及其凝膠在食品工業(yè)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。