进人体对钙的吸收。摄入低聚木糖后,大鼠对钙的消化吸收率 可提高,体内钙的保留率提高。因此低聚木糖可作为开发孕妇老年 食品的理想原料。 由于低聚木糖具有良好的理化特性,可添加在低的食品中,如乳酸饮 料醋饮料中,即便长期保存,也不会分解而影响其保健效果添加量小,效果显 著,故不会破坏原有食品的风味添加在焙烤食品中,可保持食品水分,改变面团 的流变特性。最近,日本学者应用小鼠实验研究表明,喂养含低聚木糖食物的小鼠, 其体重以及脂肪组织重量均低于正常喂养的小鼠。用低聚木糖作为营养物栽培 的农作物,具有抗病生长迅速和果实产量大等优良性状。我国学者在九五 期间也对其作为生物农药的应用可能性及机理进行了深入研究,并取得了定的 进展尚未发表数据。由于低聚木糖具有表面活性部位,可吸附肠道有毒物质及 病原菌,提高机体抗病力,激活免疫系统,因此可在医药中广泛应用。含有低聚木糖 的难消化性低聚糖可以预防和治疗腹泻以及降低幼儿耳炎发病率等。此 外,低聚木糖还是种效果良好的饲料添加剂。 三项目提出的背景 在日本,低聚木糖被认为是最有前途的功能性低聚糖之,已实现工业化生产 并广泛应用,目前其年产量已超过。经日本保健食品学术委员会审定,厚生 省第号许可证认定低聚木糖为特定保健用食品添加剂。我国低聚木糖的生产 目前还处于研制阶段,尚未有工业化产品面市。日本市场上销售的低聚木糖产品 是三得利公司酶法生产的低聚木糖,有以下种产品形式低聚木糖液态, 日元低聚木糖粉末,日元低聚木糖粉末,日 元其中数字表示低聚木糖对总糖含量百分数,片剂粒,木聚糖 含量,每盒单价日元,且已经应用于饮料和调味醋等产品。其他关于 低聚木糖的研究仍以日本为多。如野口等人用纸浆漂白用的芽孢杆菌木聚糖酶来制备低聚木糖,又如荒木等用产碱杆菌生产的,木聚糖酶。 法国等用梭状芽孢杆菌的木聚糖酶从玉米芯制备低聚木 糖。建议从农林业的废弃物,如玉米芯麸皮啤酒糟桉树中提取木聚糖, 再用物理化学或生物技术方法制备低聚木糖和木糖醇,并开展应用于药物和食 品工业的研究,特别提出了要进行低聚木糖的纯化,结构特征及其作为抗炎药或抗 肿瘤剂生物活性量化的研究。低聚木糖的研究在国内仍处于研究阶段。国内很多 有关专业的研究人员正在努力年蔡静平等报道了真菌分解玉米芯生产低 聚木糖的研究。年吴克,洪枫,袁其朋,杨瑞金等陆续报道了他们制备 低聚木糖的研究结果。 二国内外市场需求 近年来，无论国际还是国内，功能性低聚糖作为食品添加剂的重要组成部分，它 的应用日益广泛。随着功能食品功能饮料功能乳品的快速发展，功能糖的市 场容量也在急剧扩张。据有关资料显示，世界主要发达国家年有低聚糖产 量已达到多万吨，主要用于保健食品医药饲料等方面。根据北京东信 达营销顾问有限公司近日完成的中国低聚糖市场研究报告提供的数据，日本 年需求低聚糖万吨，欧美各国年需万吨，预计在年内，功能食品所 占的比例将为普通食品的，未来食品领域将对低聚糖有很大的需求量。 据统计，我国在众多保健食品中，用来调节人体生态平衡的占以上。 微生态学者提出通过整肠来抑制机体衰老，将肠道微生态保持在与青壮年相似状 态，可延缓衰老减少疾病。基于这发现，日本早在上世纪八九十年代就对调 节人体微生态整肠有特殊功效的低聚糖类进行研究，使用低聚糖作为配料加入 食品饮料及保健食品中，以发挥其独特的保健作用。 在临床上，近年来发展的微生态制剂广泛应用，借以调整微生态失调，保持 生态平衡，促进内环境的稳定，控制些感染性菌群生态失调菌群定位转移 所相关的多种胃肠道疾病。微生态制剂中的类叫益生元是指类 非消化性的物质，但可作为底物被肠道正常菌群利用，能够选择性地刺激肠内 种或几种有益的细菌生长的繁殖，抑制有害细菌生长的菌种，对宿主健康具有有 益作用。低聚糖类即属于益生元。我国是胃肠道疾病菌多发国家，据统计，全国有亿人受到胃肠功能不 好的困扰。低聚糖作为种独特的保健为世纪食品，其研究开发十分活跃。我国的 营养保健食品的发展业已形成或定规模并呈较快的发展趋势。预计今年的销 售总额将超过亿元，市场前景非常乐观。低聚木糖具有优越的生理学特性， 使之不仅可广泛适用于保健食品饮料乳制品糖果饼和饮料等多种食品中， 同时又可用作食品化工医药饲料行业的原料，是国内外食品生物化学 工业界研究的热门领域。低聚木糖作为新型饲料添加剂，且为绿色产品，有望成 为抗生素的替代产品具有良好的市场前景。 三原材料及资源情况 低聚木糖的生产以玉米芯蔗渣棉籽壳为原料。玉米棉花和水稻是我国 三大经济作物，进行玉米加工时，会有极大数量的下脚料玉米芯产生。据统计， 年产量约为亿吨。按生产千克玉米同时可得到千克玉米芯 计算，我国玉米芯年产量约亿吨，产量极其可观。目前我国对玉 米芯的利用相对来说还很少，仅有万吨用于糠醛木糖木 糖醇及酚类生产。另外，棉子壳稻壳的产量也极其可观。目前我国对玉米 芯的利用很少，绝大部分作为农家燃料被自自烧掉，棉子饼粕基本上全作为饲料蛋自原料而稻壳几乎全部被燃烧掉，能将玉米心棉子饼粕和稻壳类可再生植 物资源生产低聚木糖，可提高其经济价值，又可减少环境污染，并且可带动产区 产品结构调整，提高种植者的经济收入，形成新的产业，促进当地的经济发展， 具有极其重要的现实意义和可持续发展的长远意义。 四设计方案 低聚木糖的生产方法主要包括酸水解法高温降解法生物降解法和微波降 解法四种。酸水解法高温降解法和微波降解法由于存在技术难度大反应速度 很难控制设备投资大和反应副产物多不利于分离纯化等缺点而工业应用前景不 大。生物酶法降解反应速度易于控制专性强且副产物少，因此酶法降解是低 聚木糖最有工业应用前景的方法。 低聚木糖生产原料木聚糖的制备 制备低聚木糖的原料为木聚糖,它在玉米芯甘蔗渣棉子壳和燕麦桦木 等农林产品中含量相对较高,平均可达左右。存在于植物细胞的细胞壁中, 与其他的些成分以定的方式相互作用。在低聚木糖生产过程中,这些成分会 防碍木聚糖与木聚糖酶之间的作用,从而降低形成速率和产率,因此在水解之前, 必须对原料进行有效地处理,提取出木聚糖。木聚糖的制备方法通常有以下几种 直接高温蒸煮提取木聚糖。等在年提出的直接高温蒸煮提取 法是利用木聚糖含有的乙酰基侧链在高温蒸煮时脱乙酰,形成乙酸,从而使体系的 值下降,木聚糖分子发生自水解而溶解度增加。但高温蒸煮法的提取液中还原 糖与总糖之比较低,不利于低聚木糖的生产,且其他副反应随温度变化而较明显。 碱法提取木聚糖。日本的在酶法制备木聚糖的研究中对原料预处理 进行了研究,采用不同稀碱溶液提取木聚糖,取得了较好的结果。 酸法提取木聚糖。目前,酸法提取木聚糖已成功用于木糖生产。但提取木 聚糖存在较大的缺点,比如提取液中木糖比例很高,不能满足低聚木糖的生产要求 在提取过程中会产生许多副反应并生成些可能的致癌物质,从而影响到终产品 的安全性。杨瑞金等在高温蒸煮法的基础上提出酸预处理后湿法蒸煮的方法,副 反应大大降低,且工艺上较为可行。 二低聚木糖的生产方法国内已有文献报道以玉米芯为原料,采用霉菌深层发酵直接生产低聚木糖。 他们筛选出株产低聚木糖的微生物,直接接种到含木聚糖的基质中进行发酵, 木二糖对木聚糖转化率可达。该法生产低聚木糖虽然工艺和设备简单,但 低聚木糖的提取相对困难,且产品色泽很深,产品安全性有待测试,因此不宜用于 工业生产。年,日本的等人研究了将固定化米曲霉菌丝置于装 有木聚糖悬浮液的反应器中,水解得到低聚木糖,结果表明,该固定菌丝可以连续 生产批次并保持较高的酶活和稳定性,但该法生产的低聚木糖中含有大量木 糖。酶法制备是目前生产低聚木糖的主要方法。利用内切木聚糖酶水解木聚糖底 物得到的以木二糖木三糖为主要成分的混合物,因此酶解法的关键在于木聚糖 酶对底物的适应性,即选择合适的木聚糖酶。早在年代中后期,日本的入江利 夫研究小组就认为,不同来源的木聚糖底物要求使用不同的微生物木聚糖酶。例 如,以桦木木聚糖为底物时宜选用绿色木霉产木聚糖酶以棉子壳玉米芯等木聚 糖为底物时宜选用球毛壳菌产的木聚糖酶。这是因为,首先 木聚糖的结构根据其来源不同而不尽相同,除了木糖残基以,糖苷键相连 构成的主链外,般还含有其他种类的糖和其他基团形成的侧链或简单的支叉结 构,有的木聚糖还含有乙酰基侧链,因此大多数木聚糖为非均性多聚糖。其次, 木聚糖酶是类复合酶系,主要包括内切木聚糖酶端切木聚糖酶木糖 苷酶等。不同来源的酶系组分有所不同。目前,已报道的能产木聚糖酶的微生物 有细菌链霉菌曲霉青霉木霉和毛壳霉等,它们所含的酶系不尽相同,当用 于制备低聚木糖时,则希望得到仅从内部切,糖苷键的酶,从而得到酶解产 物木二糖木三糖,而希望没有或减少从端切,糖苷键的酶和水解木二 糖木三糖的木糖苷酶。入江利夫等的研究指出,绿色木霉产木聚糖酶对不同来 源的木聚糖底物有较好的适应性,因此是较理想的低聚木糖生产用木聚糖酶。后 来,他们又转而对球毛壳霉木聚糖酶进行研究,通过对球毛壳霉菌株进行诱变,大 幅度提高了球毛壳霉菌株的产木聚糖酶能力,同时也大大改善了木聚糖酶系组 成。诱变后菌株的木聚糖酶酶活从出发菌株的 培养物提高到培养基固态发酵,酶液用于水解桦木木聚糖得到的水 解产物的低聚木糖与木糖之比也从原来的上升到。他们对球毛壳 霉变异菌株进行进步的规模的固态发酵生产木聚糖酶的试验,固态 发酵的酶活进步提高到培养基。日本已将该项技术用于低聚木糖的工业化生产,用玉米芯为原料,碱法制备木聚糖后再用球毛壳菌固定发酵生产。江 南大学原无锡轻工大学生物工程学院陶文沂教授课题组自年以来,先后 承担了江苏省科技厅九五工业攻关项目及国家轻工总局重点科研项目木聚 糖酶的生产和应用研究,已于年月完成了工厂发酵罐规模的生产 性实验研究,已经通过江苏省科技厅以及原国家轻工总会组织的专家组验收和鉴 定。选育获得了株产木聚糖酶菌株,该菌株不产纤维素酶,且所产的木聚糖酶酶 系中几乎不含木糖苷酶,对不同来源的底物有良好的适应性。利用该菌产的木聚 糖酶粗酶直接酶解麸皮蔗渣以及玉米芯等来源的木聚糖时,所得的水解产物不 含木糖,且水解得到的粗品中以木二糖和木三糖个组分为主,完全符合高纯度 低聚木糖生产的要求。该工艺目前已经申请国家发明专利并获受理申请 号。 三本项目采用的方案 酶法制取低聚木糖低聚木糖是个木糖以 糖苷键结合而成的低聚糖,是木糖的直链低聚糖。低聚木糖般是从富含木 聚糖的植物如玉米芯蔗渣棉籽壳和麸皮等为原料,通过木聚糖酶 的水解作用,然后分离精制而获得。自然界中很多霉菌和细菌能产生木