概述[1]
木寡糖作為益生元廣泛應用于保健食品產(chǎn)業(yè)，其還可作為保濕劑或低熱量添加劑在食品中使用。農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)物中蘊含豐富的木聚糖資源。木寡糖是以木聚糖為底物通過木聚糖酶水解β-1，4木糖苷鍵而得到的以木二糖、木三糖和木四糖等為主要成分的低聚木糖混合物。玉米芯、甘蔗渣、稻殼中均有較高木聚糖含量，是制備木寡糖的理想天然原料。然而，由于天然木聚糖分子是一種雜合多聚糖，主鏈與側鏈分子間的交聯(lián)致使木聚糖形成了難以被酶解的復雜網(wǎng)絡化底物結構，現(xiàn)有酶解木聚糖工藝存在酶解效率低，工藝成本高等問題。因此，亟需設計一種能夠一定程度克服上述缺陷的方法。
水解[2]
木寡糖是由含有木聚糖的木質纖維素材料通過化學法、敏感底物的直接酶解法、或者是化學法與酶法處理相結合制得的。木寡糖直到2000年的生產(chǎn)和應用狀況在以前已有所綜述，該項目的目的是縱覽同一領域內的近期發(fā)展情況，提出一條可行性方案，該方案包含至少一種水處理(熱水、壓縮水或蒸汽)以導致木聚糖降解以溶解碳水化合物。
當含有木聚糖的木質纖維素材料的水化過程(自動水解或熱水處理)在合適的操作條件下得以進行時，半纖維素鏈會在水合氫離子的水解作用下分解，得到可溶性產(chǎn)品，然后在固相中殘留具有些許化學變化的纖維素和木質素。自動水解的殘留固體還可進一步加以利用，例如可以用于纖維素的酶解，還可用于飼料、燃料或者用于結構材料。
在該領域木質纖維素產(chǎn)出多產(chǎn)品的過程具有良好的經(jīng)濟前景，并有效降低了溫室氣體的排放量。水解反應得到的主要可溶性產(chǎn)品通常指的是寡糖，這些寡糖的DP范圍通常在3~10之間，分子量較大的可用作食用纖維，木聚糖與木寡糖降解產(chǎn)品的主要化學區(qū)別是DP。近來研究發(fā)現(xiàn)，對許多木材進行化學處理可以生產(chǎn)木寡糖，包括谷物殘渣、甘蔗渣、硬木、玉米穗軸、裸殼、釀酒廠的殘余谷物、杏核、谷物纖維、亞麻下腳料、麥桿以及竹子。
在自動水解處理過程中，木寡糖是一種傳統(tǒng)的反應媒介物，濃度通過嚴格的條件達到，分子量分布依賴于所運用的基質以及反應條件，提高嚴格性的處理導致聚合度降低，同時也提高了將木寡糖分解為木糖的程度，從多種基質生產(chǎn)木寡糖的動力學研究最近也作了相關報道。從自動水解得到的木寡糖極具代表性，保留了天然木聚糖的主要結構特征，例如，與運用堿性物質處理過程導致的皂化作用相比，熱水處理過程只造成小部分酯基的分裂。
應用[3]
a)作為功能性食品添加劑
通常我們把含有2-7個木糖的低聚糖，稱為木寡糖，其中，木二糖和木三糖是主要的有效成份。木寡糖作為獨特的食品基料，因其具有耐酸、耐熱和難發(fā)酵的特性，使其在食品尤其是酸性和發(fā)酵食品中得到廣泛應用。目前，日本已將其用于碳酸飲料和黑醋調味液中，日本厚生省允許被稱為“特定保健食品”的種類中，超過半數(shù)以上的品種都有不同含量木寡糖的添加。
b)在制藥工業(yè)上的應用
在醫(yī)藥上，木寡糖可用于預防和治療急慢性腸胃炎，骨質疏松癥，皮膚痰癢癥以及耳炎等，此外，可增加腸道蠕動，維持糞便的持水性，其主要原理是活化腸道有益菌。通過小鼠體內試驗證實，用含有木寡糖的飼料喂養(yǎng)小鼠，可增加腸胃中雙歧桿菌的數(shù)量，同時可增加小鼠盲腸中短鏈脂肪酸的量，從而使得腸道中pH下降，這樣一方面可抑制病原性微生物的生長，同時可刺激腸道的蠕動，增加糞便的持水性。另外，人體臨床試驗表明，木寡糖是人體益生菌群的碳源，口服24hr后在糞便、尿中并未檢測到木寡糖，由于木寡糖并不能為唾液酶、胰液酶、胃汁等分解，因此，可認為它是由小腸菌群所利用的，這樣便可減少腹瀉，同時可潤腸和防止便秘。
c)作為飼料添加劑
采用含有木寡糖的飼料喂養(yǎng)生畜和養(yǎng)魚，可提高生畜的免疫力，減少各種疾病，同時，可使生畜的生長周期縮短。
d)在農(nóng)業(yè)上的應用
木寡糖可用作農(nóng)作物的生長刺激劑和生長促進劑，可用作催熟劑來噴撒水果和蔬菜，并可顯著提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。
制備[1]
木寡糖的制備：
1)耐高溫木聚糖內切酶的制備：將以耐耐高溫木聚糖內切酶基因構建的重組質粒pET-28b-CoXynA熱激轉化進入EscherichiacoliTransetta(DE3)宿主，構建表達耐高溫木聚糖內切酶的基因工程菌。將上述基因工程菌于37℃培養(yǎng)，當菌液OD600值達到0.8時，在37℃條件下，使用異丙基硫代吡喃半乳糖苷(IPTG)誘導6h，后經(jīng)高壓均質法破碎菌體后，將菌液上清依次過親和層析柱(鎳柱)、陰離子交換柱和分子篩(Superdex75)后制得耐高溫木聚糖內切酶酶液(5.1mg/mL)。耐高溫木聚糖內切酶在NCBI數(shù)據(jù)庫中的編號為ADQ03732。
2)雙功能木聚糖水解酶的制備：將以雙功能木聚糖水解酶基因構建的重組質粒pET-28b-CLH10熱激轉化進入EscherichiacoliBL21-Gold(DE3)宿主，構建表達雙功能木聚糖水解酶的基因工程菌。將上述基因工程菌于37℃培養(yǎng)，當菌液OD600值達到0.8時，降溫至18℃，在18℃條件下，使用異丙基硫代吡喃半乳糖苷(IPTG)誘導12h，后經(jīng)高壓均質法破碎菌體后，將菌液上清依次過親和層析柱(鎳柱)和分子篩(Superdex75)后制得雙功能木聚糖水解酶酶液(4.9mg/mL)。雙功能木聚糖水解酶在NCBI數(shù)據(jù)庫中的編號為WP014043093。
3)底物預處理：將玉米芯粉碎，烘干后過60目篩后稱重。
4)酶解反應：在50mL的密閉容器中進行10mL酶催化體系。稱取10％wt玉米芯為底物，加入300U/mL雙功能木聚糖水解酶。在pH7.0，90℃水浴，搖床轉速300rmp，反應24h。向上述所得反應液中加入200U/mL雙功能木聚糖水解酶，在75℃水浴搖床，轉速200rmp，反應24h，離心獲得包含木寡糖的酶解上清液。以滅活的酶液執(zhí)行相同方法作為空白對照。
5)產(chǎn)物分析：經(jīng)HPLC分析，產(chǎn)物中含木寡糖324mg，其中木二糖97mg、木三糖178mg、木四糖49mg。
主要參考資料
[1] CN201910020125.3木寡糖的制備方法
[2] 木寡糖的研究進展
[3] 木寡糖的研究及其進展