乳酸催化杨木制备XOS和单糖的初步研究文献综述

 2022-05-11 20:39:41

1 前言

随着世界工业科技的高速发展和人民生活水平的快速提升，当今世界的石油等不可持续资源的急剧匮乏，对石油等资源的需求却逐步增多；与此同时，石油化工行业给地球环境带来了巨大的压力，环境问题日益严重，大气污染，臭氧层空洞的扩大，给地球上的生物带来了严峻的挑战，寻找替代石油的可再生资源成为了整个世界的重要任务；我国对石油的需求量巨大，因此，可再生资源的研究开发对于我国的可持续发展具有重要的作用。生物质资源在可持续发展战略中占据着举足轻重的角色，木质素乙醇就在这一背景下诞生了，数据表明，纤维素酶占乙醇整个生产成本的15%-50%[3]，因此，在纤维素乙醇的生产中，如何降低纤维素酶的使用成本成为关键，在生产过程中，木质素对纤维素酶具有无效吸附作用，从而使得纤维素酶在整个生成过程中的使用量增加，所以降低生成成本的关键所在就是使纤维素酶的无效吸附作用减弱。目前科学家们已经开发出了多种的预处理方法，其中就包括物理法，化学法，物理-化学法和生物法，其中化学法和生物法的成本较高，化学法主要是利用酸碱和有机溶剂进行处理。这几种预处理方法各有优劣。从整体利用木质纤维素的各个组分出发，有机溶剂的预处理对于木质素的各组分分离和高效化的利用具有非常有利的作用。在各种有机溶剂中，乙酸是用于脱木素的最有发展前景的有机溶剂之一[4]，乙酸俗称醋酸，有机酸，分子式CH3COOH。无色液体，有刺激性气味，是醋的主要成分。乙酸预处理具有以下的优点：（1）乙酸在木质素的预处理中具有良好的表现，对于木素具有较高的溶解度；（2）在常压下就可以进行乙酸预处理；（3）乙酸具有可回收循环使用的作用，节约成本；（4）在乙酸预处理的过程中半纤维素脱乙酰基产生的乙酸可以对溶剂中的乙酸进行补充；（5）乙酸木素的回收简易[5]。

低聚木糖作为功能糖中最强的双歧因子，早在六七十年代就受到了世界各国的专家学者和商家的关注，但我国直到本世纪才真正实现工业化生产，真正的开始进入普通消费人群的生活中。近些年来不论国内还是国外，随着各种功能饮料和功能食品的高速发展，低聚木糖作为食品添加剂的重要组成部分。随着功能食品所占的比重增加，未来食品领域对低聚木糖的需求会急剧增加，供不应求。

2文献综述

2.1简介

低聚木糖也称为木寡糖，一种淡黄色的粉末，由2~7个木糖分子以beta;-1，4-糖苷键结合而成，主要存在于玉米芯，小麦麸皮，甘蔗渣中，有效成分为木二糖，木三糖。低聚木糖是一种益生元，难以为人体的消化酶所分解，属于非消化性低聚糖能够直接进入肠道，能够选择性增值有益菌并抑制有害菌的繁殖，是已知对双歧杆菌增值效果最好的一种低聚糖。

2.2低聚木糖的理化性质

低聚木糖(Xylo -oligosac-charides)是由2~7个木糖以beta;-1,4糖苷键连接而成的聚合物的总称。在自然界的一些植物中，比如如竹笋、香蕉中存在，为植物的组成部分,但含量极为稀少。低聚木糖(XOS)外观为淡黄色或浅褐色粉末，其甜味性质与砂糖几乎没用差别，甜度为砂糖的4%左右。低聚木糖的酸稳定性和热稳定性非常突出，在pH 2.5~8.0条件下，加热1 h几乎没有发生任何改变，在120 ℃加热1 h依旧很稳定，低聚木糖(XOS)的储存稳定性也非常突出,pH 2.5-8.0条件下37 ℃存放3个月几乎没有破坏和损失。低聚木糖的工业化生产是以富含木聚糖的植物纤维原料来进行生产，通过生物技术的手段酶解木聚糖而制得[4]。

2.3低聚木糖的生理功能

功能性低聚糖，经长期广泛的研究发现，它可以被肠道有益菌双歧杆菌利用，而不可以为肠道有害细菌产气荚膜梭菌所利用。其生理功能主要包含如下七点：(1)肠道腐败细菌生存受到抑制效果，腐败产物明显变少；(2)双歧杆菌利用食物中的碳水化合物进行发酵,产出醋酸丙酸、丁酸和乳酸这几种酸，有助于肠道蠕动,缓解便秘，粪便臭味变淡；(3)使血液和肝脏中的胆固醇和甘油三酸脂下降,有利于血脂正常化；(4)帮助机体吸收食物中的矿物质更充分；(5)生成B族维生素；(6)免疫力增强,预防癌变的产生；(7)热值不高,会使血值处在一个正常的范围。低聚木糖与其他功能性低聚糖(低聚果糖、低聚半乳糖、低聚异麦芽糖、大豆低聚糖等)相比,其生理性能非常独特[18]。

2.3.1促进益生菌-双歧杆菌的增殖

人体肠道内的双歧杆菌在生长过程中利用人体摄入的低聚木糖进行发酵后能够产生乳酸和醋酸等有机酸，使肠道呈酸性，有效的控制有害菌防止其引起的异常发酵，有助于剌激肠道蠕动，不仅缓解便秘的作用，还能提高人体对钙、磷、铁的利用率，促进肠道对铁和维生素D的吸收。在乳制品发酵进程中双歧杆菌能够产生乳糖醇，有助于乳糖消化，缓解不良症状。构成脑神经系统中脑苷脂的成分含有半乳糖，而半乳糖则由乳糖发酵产出，与婴儿出生后大脑的迅速增长也有着密切的联系。双歧杆菌能产出维生素B1，维生素B2,维生素B6,维生素B12及丙氨酸，缬氨酸，天冬氨酸和苏氨酸等人体必需的营养物质，对于人体具有非常突出的营养价值。

2.3.2防治龋齿、清洁口臭

龋齿是由于口腔内含有的微生物(特别是变异链球菌)利用蔗糖等进行生命活动产生不溶性葡聚糖覆盖在牙齿表面从而形成齿垢。齿垢中的细菌在合适的温度能够利用糖进行发酵活动,在菌斑深层代谢出酸,腐蚀牙齿使之脱矿从而使有机质产生顺还形成龋齿。实验证明口腔内的变异链球菌难以利用低聚木糖进行发酵,它与蔗糖一起使用时,能够阻止变异链球菌作用于蔗糖从而生成水不溶性的高分子葡聚糖,产生抗龋齿作用。因此低聚木糖可以增殖口腔及肠道的益生菌抑制有害菌的生存使得难闻气体减少，从而有明显的去除口臭的作用。

2.3.3促进人体对钙、铁等矿物质的吸收

长期以来人们对此有一个很大的误区，认为这种常量元素在食物中的含量丰富，可以很容易地得到充足供应而不缺乏。但最近几年的医学研究的结果表明缺钙正严重地危害着每一个人的健康，人群中其中以儿童和老年人最严重。人体缺乏钙能引发骨质疏松，骨软化、易骨折等多种疾病，缺乏铁元素时会导致缺铁性贫血免疫力下降细胞色素酶系活性减弱，进一步导致氧化还原电子传递及能量代谢紊乱等不良影响。我国人群主要以谷类为主食，因此饮食结构非常不平衡，从而使得钙的摄入量只占营养学家推荐量的50%，铁的摄入量也严重不足，所以保健医学的当今一大课题就是人体的补钙补铁。

低聚木糖不仅能促进人体吸收钙铁等矿物质使骨密度提高和骨质疏松的危险减少，而且可以帮助有益菌的增长。双歧杆菌等有益菌可以通过生命活动代谢出乙酸、丙酸、丁酸、乳酸等脂肪酸降低肠道的pH值使大肠杆菌肠炎沙门氏菌的生长得到抑制并能够增加钙、镁等离子的溶解度从而有助于促进其吸收。

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