张本光1，2，沈恒胜1
（1福建省农业科学院农产品加工研究中心，福州 350003；2福建农林大学动物科学学院，福州 350002）
摘 要：降低阿拉伯木聚糖抗营养作用是提高综合利用小麦及小麦麸皮作为饲料资源的技术关键。本文概述了阿拉伯木聚糖在单胃动物饲料中的抗营养作用机制，并比较分析了用于降低小麦麸皮阿拉伯木聚糖抗营养作用的几种降解途径。
关键词：阿拉伯木聚糖；抗营养；生物降解
小麦是我国主要的粮食作物之一，年产量占全国粮食总量的1/4；作为小麦加工的主要副产品，麦麸比例占加工总量的20％。以2007年我国小麦总产量1.06亿t计（国家粮油信息中心，www.grain.gov.cn），麦麸产量可达2120万t。尽管麦麸的降解效率较低，但传统的利用途径依然以饲料资源为主；近10年来，随着对膳食纤维营养的注重，对麦麸加工利用技术方面的研究报道明显增多。除了麦麸面筋、木糖醇和膨化麦麸、麦麸蛋白质提取等利用技术外，主要还有麦麸膳食纤维的提取与利用，戊聚糖、阿魏酸、黄酮、植酸的制备等，麦麸的利用途径不断拓宽。小麦麸皮所含的抗营养成分可降低饲料消化利用率，引起畜禽生产性能、胴体质量下降［1］；主要与麸皮可溶性非淀粉多糖（non-starch polysaccharides，NSP）中的阿拉伯木聚糖（arabinoxylan，AX）含量有直接关系［2］。AX在小麦面粉中的含量仅2%～3％，但在小麦麸皮中含量可高达20％以上［3］。因此，从小麦麸皮抗营养作用的形成机制出发，探讨有效降解转化AX的途径，对充分利用小麦麸资源，提高其在饲料中的营养价值具有重要的经济价值和社会意义。
1 阿拉伯木聚糖的抗营养作用机制
1952年，Preece和Macrenzie证实了谷物饲料中含有两类主要抗营养因子：木聚糖和β-葡聚糖，前者主要存在于小麦和黑麦中，后者于大麦和燕麦中，为粘性非淀粉多糖。根据溶解特性，AX可分为水溶性阿拉伯木聚糖（water-extractable arabinoxylan，WEAX）和水不溶性阿拉伯木聚糖（water-unextractable arabinoxylan，WUAX）；通常WEAX含量较低，约占谷物1.5%～3.0％，而大麦、大麦芽中含量仅为0.49％～0.69％。只有WEAX才具有抗营养作用，主要通过其粘性作用干扰动物体内消化过程，降低对脂肪和蛋白质的吸收，促使肠道微生物繁殖增多，增加动物的发病率，对畜禽产品品质造成不利影响等［4］。
1.1 增加消化道食糜粘性
AX的物化特性是其抗营养因子的作用基础。β-（1→4）-木聚糖是一柔韧性较好、伸长的带状构象，当木聚糖主链C2或C3位连接阿拉伯糖侧链时，降低主链化学键作用力，增加多糖分子与水的接触面积，AX水溶性增强；致使溶于水后的多糖分子之间、多糖与水分子之间相互作用产生粘性溶液，增加消化道内容物的黏稠度。Gihammar［5］测出黑麦面粉AX水溶液的粘度为5.9dl／g，小麦面粉AX水溶液的粘度在2.5～3.1dl／g，AX水溶液的粘度明显高于葡聚糖（0.12dl/g）和甜菜阿拉伯聚糖（0.119dl/g）。
小肠内容物粘稠度的增加，延缓了食糜通过消化道的速度，从而降低了动物的采食量；由于食糜的搅动难度增加，降低了单位时间内养分的同化作用，使饲料脂肪、蛋白质和碳水化合物消化作用降低。研究表明［6］，肉鸡小肠食糜粘度与肠腔中可溶性阿拉伯木聚糖（相对分子质量大于500 kDa）含量呈高度正相关，且小麦麸中木聚糖类半纤维素多为异源性，其结构非常复杂，含有大量的侧链取代基；其降解转化往往并非一种或几种酶制剂的简单配合所能达到理想效果，而是需要在相互协同、微妙调节的微生物木聚糖降解酶系统共同参与下完成，其中包括β-1，4内切木聚糖酶，β-1，4外切木聚糖酶，β-木糖苷酶，α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶，α-葡萄糖醛酸酶，乙酰木聚糖酯酶和阿魏酸、香豆酸酯酶等。微生物的木聚糖降解酶系统是微生物通过有效水解阿拉伯木聚糖而获取营养源的一种赖以生存的生理代谢策略，其中的每一种酶都具有底物专一性，有些酶还具有同工酶以适应不同环境；以保证其对小麦麸结构性多糖的有效降解。
黑曲霉（Aspergillus niger）是最早研究的具有水解半纤维素酶的丝状真菌，在该菌的发酵液中含有大量的木聚糖降解酶系的不同酶类，如β-1，4木聚糖酶，β-木糖苷酶，α-阿拉伯糖苷酶，α-葡萄糖醛酸酶和乙酰木聚糖酯酶等。A.niger的阿拉伯糖苷酶能水解阿拉伯聚糖、阿拉伯半乳聚糖和阿拉伯葡萄糖醛酸木聚糖的阿拉伯糖侧枝，该酶首先作用于阿拉伯聚糖中位于α-L-1，3连接的阿拉伯糖基，水解程度达30％，然后缓慢作用α-L-1，5-阿拉伯聚糖，直到转化成小分子AX［11］。崔艳红［12］等在小麦麸上分别接种黑曲霉、木酶、木质层孔菌进行固体发酵时发现，微生物降解NSP是以酶解非淀粉多糖生成寡糖为主，仅有少量的游离单糖如阿拉伯糖和木糖产生，发酵后小麦麸中阿拉伯木聚糖和β-葡聚糖降解成较小的多聚物，饲料粘度相应降低。
在小麦麸微生物降解转化的过程中，木聚糖降解酶系统不仅破坏了抗营养因子AX的大分子结构，消除其抗营养作用，同时在发酵产物中得到有生物活性的小分子物质。张景［13］等利用A.niger液体深层发酵麦麸制备含有阿魏酸酯酶和阿拉伯木聚糖酶的混合酶制剂，用于降解去淀粉麦麸，在生产阿魏酸和低聚糖混合酶制剂的同时，小麦麸降解率达55.46％，并生产出阿魏酸和低聚糖产品。欧仕益［14］将A.niger用于对脱脂小麦麸的液体发酵和固体培养，不仅能部分释放麦麸膳食纤维的阿魏酸，并分别水解多糖和植酸为低聚糖和肌醇；试验显示，固体培养的生物降解效率优于液体发酵法。日本研究报道［15］，利用液体发酵食用菌香菇（Lentinus edodes）获得大量糖苷酶复合物（Carbohydrase Complex），可以降解稻壳粉中可溶性相对小分子量的半纤维素，生产具有生物活性的AX产品Biobran MGN-3。
3 结语
小麦麸中含有较丰富的碳水化合物、蛋白质、矿物质、维生素等营养成分，但其WEAX的存在却限制了小麦麸在饲料资源方面的有效利用，而AX的化学组成结构与物化特性，则是导致其抗营养形成的基础。比较对AX抗营养因子的几种降解途径，以微生物降解转化技术最为优势。不仅通过降解AX复杂的分子结构，降低其水溶性多糖的粘度与持水性，而且微生物代谢转化，还将产生有益于动物机体的生物活性作用的小分子产物。因此，微生物对植物性纤维资源的降解，是一种具有应用潜力的综合循环利用农副产品资源的生物转化技术，而其降解转化产物在分子生物学意义上，对动物营养与免疫生理影响的作用机理尚需深入研究。◇
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*项目支持：福建省财政专项—省农科院创新团队建设基金（STIF—Y05）：“功能性食品资源生物技术与农产品深加工”。
作者简介：张本光（1978～ ），男，山东济宁人，硕士研究生，主要从事动物营养与饲料资源开发研究。