珍珠粟（Pennisetum glaucum (L.)）品种中阿拉伯木聚糖的结构、功能及抗氧化特性：通过水提取法和碱辅助的酶法提取技术获得

《Journal of Cereal Science》：Structural, functional, and antioxidant attributes of arabinoxylan from pearl millet ( Pennisetum glaucum (L.)) varieties isolated by water and alkali-aided based enzymatic extraction techniques

阿拉伯木聚糖（Ax）的提取方法对珍珠 millet 的功能特性、抗氧化活性及结构特性有显著影响。研究发现，碱酶法提取的Ax产率（13.78–18.35%）低于水提法（19.45–24.64%），但具有更高的持水能力（36.2–47.7 g/g vs 24.3–31.2 g/g）、溶胀性（7.52–9.38 vs 2.79–3.70 g/g）和凝胶特性（10.2–18.5 mm vs 7.2–12.2 mm），同时其抗氧化活性（93.8–94.2%）和木质素含量（9.25–17.54 mg/100 g）也显著优于水提法。FTIR和XRD分析显示Ax呈无定形多孔结构，ζ电位（–22.2到–32.7 mV）证实其稳定分散特性。

　　

Murdamootoo Jaymina|Priyanga Govindarasu|Sowbarnigha JN|Arthi Vijayakumar|Poulamee Ghosh|Rinsomi Chiphang|Narayanasamy Sangeetha

印度本地治里大学食品科学与技术系

摘要

关于珍珠粟中的阿拉伯木聚糖（Arabinoxylans，简称Ax）的功能和结构特性，尤其是这些特性如何受到提取方法的影响，目前的研究还较为有限。在本研究中，我们使用碱性辅助的酶法提取（AEAx）和水提取（WEAx）从不同品种的珍珠粟（Pennisetum glaucum）中分离出了Ax，并对其功能、抗氧化和结构特性进行了评估。结果显示，水提取法的提取率（19.45–24.64%）高于碱性辅助酶法（13.78–18.35%）。此外，碱性辅助酶法提取的样品具有更高的吸水能力（36.2–47.7 g/g），相应的膨胀能力分别为7.52–9.38 g/g和2.79–3.70 g/g。碱性辅助酶法提取的样品的溶解度和糊状物透明度也更高（29.6–33.6%和5.27–7.54%，而水提取法分别为10.41–17.15%和2.21–5.82%）。碱性辅助酶法提取的样品的凝胶稠度（10.2–18.5 mm）也高于水提取法（7.2–12.2 mm）。碱性辅助酶法提取的样品抗氧化活性（93.8–94.2%）高于水提取法（85.6–93.5%），其阿魏酸含量（9.25–17.54 mg/100 g）也更高。结构分析表明，Ax主要呈无定形多孔结构，这一结论得到了傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）结果的支持。Zeta电位值（–22.2至–32.7 mV）表明这些颗粒在溶液中形成了稳定的阴离子分散体系。这些研究结果为了解珍珠粟Ax在不同提取方法下的差异提供了参考，并有助于选择适合食品和营养保健品应用的功能性成分提取策略。

引言

珍珠粟（Pennisetum glaucum）是一种耐旱的谷物，具有双重用途，既可以作为粮食作物，也可以作为饲料。它的种子体积在世界上排名第六，仅次于水稻、小麦、玉米、大麦和高粱。全球大约75%的粟类作物种植面积都使用珍珠粟，这种作物因其营养价值和抗旱性而受到重视（Deevi等人，2024年）。珍珠粟主要在干旱和半干旱地区种植，是数百万人的主食。与水稻和小麦等主粮作物相比，珍珠粟富含高质量的蛋白质、脂质、矿物质和膳食纤维以及铁和锌等微量营养素，这些成分有助于缓解隐性饥饿问题。珍珠粟的谷物主要由淀粉（62.8–75.2%）、蛋白质（10.6%）和非淀粉多糖（15–20%）组成，其中阿拉伯木聚糖（Ax）的含量较高，这显著提高了其膳食纤维含量，并赋予了其多种健康益处（Singh等人，2024年）。阿拉伯木聚糖是一种半纤维素多糖，其骨架由β-(1→4)-连接的木聚糖组成，侧链上带有阿拉伯糖，这些阿拉伯糖通常与阿魏酸等酚类物质形成酯键。这些结构特征显著影响了阿拉伯木聚糖的物理化学性质，如溶解度、水合能力、凝胶形成能力和抗氧化活性（Zhang等人，2025年）。根据溶解度不同，阿拉伯木聚糖可分为可水提取和不可水提取两类，这种区分主要取决于分子量、分支程度和阿魏酰化程度。由于这些特性，阿拉伯木聚糖作为一种功能性膳食纤维受到了越来越多的关注，据报道它具有调节血糖反应、降低胆固醇、促进矿物质吸收和具有益生元作用等健康益处。阿拉伯木聚糖的功能表现与其提取方法密切相关。已有研究表明，水提取、碱性处理和酶法水解等多种提取方法可以破坏细胞壁结构，改变糖苷键，从而提高阿魏酸的释放量（Miafo等人，2021年；Priyanga等人，2025年）。然而，不同谷物的提取特性存在差异，因此不能直接将其他谷物的研究结果应用于珍珠粟。尽管珍珠粟具有较高的营养价值和可持续性，但目前关于不同提取方法对其功能、抗氧化和结构特性的影响仍缺乏系统研究。特别是，对多种珍珠粟品种进行水提取和碱性辅助酶法提取效果的比较研究还不够充分。了解这些差异对于更好地利用珍珠粟中的阿拉伯木聚糖具有重要意义。因此，本研究探讨了水提取和碱性辅助酶法提取对珍珠粟阿拉伯木聚糖的产量、功能特性、抗氧化活性和结构特性的影响。研究假设碱性辅助酶法能够更有效地破坏细胞壁结构，从而提高阿魏酸的释放量，增强水合能力和凝胶形成能力，以及抗氧化活性。

材料采购

本研究使用的珍珠粟品种CO10（B）、CO9杂交种（C）和COH10（D）来自印度哥印拜陀的泰米尔纳德农业大学（TNAU）的粟类作物系。KVK（E）和商业品种（A）则从本地农民处采购。这些谷物在同一生长季节收获，并以干燥形式提供。样品经过手工清洗，去除了灰尘、碎粒和其他杂质。

不同提取方法下的阿拉伯木聚糖（Ax）产量

通过碱性辅助酶法（AEAx）提取的珍珠粟样品中阿拉伯木聚糖的产量分别为15.96%、17.42%、15.47%和13.78%；而水提取（WEAx）的产量分别为21.38%、19.97%、19.45%和24.64%、19.98%。水提取主要能够提取细胞壁中可自由释放的、非共价结合的、可溶于水的多糖以及相关的蛋白质和生物活性成分。

结论

研究表明，碱性辅助酶法提取的珍珠粟阿拉伯木聚糖在功能、抗氧化和结构特性方面优于水提取法，表现为阿魏酸含量、溶解度、膨胀能力和凝胶稠度更高。这些差异可能与酯键和醚键的更有效断裂有关，从而促进了酚类物质的释放和多糖网络中的亲水相互作用。这些发现为进一步研究提供了依据。

作者贡献声明

Murdamootoo Jaymina：负责撰写、审稿和编辑；撰写初稿；项目管理和方法设计；实验设计；数据分析。Rinsomi Chiphang：研究概念的提出。Sangeetha Narayanasamy：数据验证。Arthi Vijayakumar：数据管理。Poulamee Ghosh：数据可视化。Priyanga Govindarasu：数据管理；研究概念的提出。Sowbarnigha JN：数据分析。

利益冲突

作者声明不存在任何利益冲突。

资金来源

本研究未获得任何公共机构、商业机构或非营利组织的资助。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本论文研究的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢印度本地治里大学中央仪器设施提供的基础设施支持。