阿拉伯木聚糖（AX）是一类以木糖基为主链，阿拉伯糖及少量其他糖基为侧链的非均一性高聚糖。作为禾本科植物细胞壁的关键组分，AX不仅是植物茎叶的三大有机成分之一，更是谷物种子中含量最丰富的非淀粉多糖（膳食纤维）。AX具有降血糖、降血脂、抗肿瘤、抗氧化及调节肠道菌群等多种生理活性，其开发应用对于推动健康膳食发展、实现生物质资源高值化利用具有重要意义。

甘蔗渣是甘蔗糖业的主要副产物，其AX质量分数高达25%以上，且来源集中、产量巨大，是规模化制备AX的优质原料。然而，在甘蔗渣天然结构中，AX与纤维素、木质素相互缠绕，并通过共价键与非共价键交联形成致密的抗水解结构，这一特性极大限制了AX的高效分离与高值化利用，将AX从该致密结构中有效分离才能充分发挥其应用价值。碱法提取可破坏AX与纤维素间的氢键、断裂AX与木质素间的酯键，且能较好地保留AX的大分子结构，是目前公认最具工业化前景的AX提取技术。然而，AX与木质素通过酯键、醚键、碳碳键等复杂共价键连接，形成木质素-碳水化合物复合体，碱法提取难以完全断裂此类共价连接，导致木质素在AX产品中大量残留。若不进行脱除处理，残留木质素将会显著影响产品色泽与贮藏稳定性。因此，脱木质素是AX提纯过程的关键环节。

木质素是由苯丙烷单元构成的复杂芳香族高分子化合物，在甘蔗渣中质量分数达15%以上。氧化降解是脱除木质素的有效手段，其原理是通过化学氧化剂裂解木质素中的芳香醚键、碳碳键及芳香环，使木质素降解为可溶性单体后去除。在次氯酸盐、氯气、过氧酸、过氧化氢（H2O2）等常用氧化剂中，H2O2因反应后无有害残留，成为制备食品级AX的理想选择。然而，氧化剂在降解木质素的同时，可能对AX分子结构造成不同程度的破坏，进而影响其理化性能与功能特性。

目前，文献多聚焦于AX的提取工艺优化与单一功能特性评价，而针对不同脱木质素方式对AX单糖组成、理化性质及功能活性的系统性影响研究仍较为匮乏。基于此，广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所的周玉恒、陈海珊*，广西桂林市中山中学的黄庆灿等人以甘蔗渣为原料，以碱液为提取剂、H2O2为氧化剂，通过比较3 种不同提取方式（核心差异在于脱木质素工艺），系统探究其对AX提取效率、单糖组成、纯度、分子质量、微观形貌、葡萄糖吸附性能及糖尿病关键酶体外抑制活性的影响，旨在为AX的工业化生产与功能应用提供理论依据。

1 脱木质素方式对甘蔗渣AX提取效率及理化性质的影响

由表1可知，H2O2-NaOH一步法与H2O2-NaOH两步法AX溶出率相近，分别为94.85%和95.27%，且均显著高于直接碱提法的90.67%（P＜0.05），表明采用H2O2进行脱木质素处理可有效破除木质素对AX的包裹作用，为AX释放与分离提供有利条件。然而，两步法AX回收率仅为77.31%，对应损失率高达22.68%；一步法回收率高达97.50%，损失率仅为2.50%；未进行脱木质素处理的直接碱提法回收率为88.66%，损失率为11.33%，介于一步法与二步法之间，表明碱性提取条件本身会导致AX部分降解，这可能与碱法提取过程中常见的多糖剥皮反应有关。

由表2可知，不同提取工艺制备产物在组成与理化性质上存在显著差异：水不溶性AX占比呈直接碱提法（XYB1）＞一步法（XYB2）＞两步法（XYB3）的递减趋势，而水溶性AX占比则呈反向递增特征。两类产物的分子质量变化规律一致，均表现为直接碱提法＞一步法＞两步法。水不溶性AX的多分散性指数（PDI）介于1.512～1.577之间，表明其分子质量分布高度均一；而水溶性AX PDI显著偏高（4.92～13.87），提示其分子质量分布范围较宽，可能与H2O2引起的非选择性降解反应有关。一步法制备的水溶性AX（XYA2）和水不溶性AX（XYB2）纯度最高，分别达95.22%和88.84%；两步法制备的水不溶性AX（XYB3）纯度最低（52.98%），木质素残留量高达41.98%。白度作为AX外观质量的核心评价指标，其变化与木质素残留量呈显著负相关：一步法产物（XYA2、XYB2）白度最高而木质素含量最低，两步法水不溶性AX（XYB3）白度最低且木质素含量最高，表明木质素残留与AX纯度和色度下降相关。

综上，H2O2虽可有效促进AX提取及木质素降解，但其作用效果受提取工艺的显著影响，其中两步法对AX的降解效果显著强于一步法，该差异与木质纤维素的微观结构特征及提取工艺的作用机制密切相关。木质纤维素中，木质素作为半纤维素与纤维素间的“黏合介质”，通过共价键及氢键与半纤维素紧密缠绕，共同包裹于纤维素表面形成致密结构。在两步法中，单独的脱木质素处理使AX与木质素同步暴露于H2O2氧化环境中，导致半纤维素与木质素同步降解。AX因结构较疏松、化学稳定性较木质素低，对H2O2敏感性更强，降解更剧烈。相比之下，一步法中脱落的AX迅速溶于碱性介质，体系黏度瞬时升高，可大幅缩短AX与H2O2的有效接触时间，从而减轻降解程度，实现AX的保护性提取。这一机制差异导致两步法在AX回收率、产物纯度、白度及分子质量等关键指标上均逊于一步法。

Khaleghipour等采用碱法直接提取甘蔗渣AX，在较高温度（121 ℃）及同等碱浓度（80 g/L NaOH）条件下所得AX分子质量仅为212 kDa，远低于本研究水不溶性AX的分子质量范围（465～855 kDa）；Costa等采用碱性亚硫酸盐高温脱木质素＋15% KOH（m/m）两步法制备甘蔗渣AX，其产物纯度（69.93%）及分子质量（231 kDa）亦均低于本研究各工艺对应指标。上述同类研究制备过程存在高温或更高碱浓度处理，可能是分子质量及纯度较低的主要原因。碱剂及H2O2、亚硫酸盐等氧化剂虽可通过破坏木质纤维素结构促进AX溶解及木质素降解，但同时也会对AX产生不同程度的降解破坏。因此，在保障提取效率的前提下，通过优化工艺降低反应温度和碱浓度，是减少AX破坏性降解、提升产物质量的关键技术方向。

2 脱木质素方式对AX单糖组成的影响

由图1可知，8 种单糖色谱峰形对称、分离度良好，表明该方法可满足单糖组成分析需求。由表3可知，甘蔗渣AX主要由木糖、阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖、鼠李糖、半乳糖醛酸及葡萄糖醛酸组成。其中，木糖作为AX主链的特征组分，占总糖的物质的量分数为75.93%～89.76%；阿拉伯糖作为侧链的主要基团，物质的量分数为5.55%～14.82%，与AX的典型结构特征一致。阿拉伯糖/木糖（A/X）比值是表征木聚糖分支程度的关键指标，3 种提取方式对单糖组成的影响主要体现在A/X比值及侧链基团种类上：直接碱提法产物A/X比值最高，说明未脱木质素处理可更好地保留阿拉伯糖支链结构。两步法制备的水不溶性AX中未检出鼠李糖、半乳糖醛酸及葡萄糖，推测与单独H2O2氧化处理导致含上述基团的分支型AX更易被破坏有关。此外，同一提取方式下，水溶性AX的A/X比值均高于水不溶性AX，表明AX分支程度与其水溶性相关。甘蔗渣半纤维素主要为聚阿拉伯糖-4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖，且某些部位葡萄糖醛酸含量可达16%，而本研究甘蔗渣AX葡萄糖醛酸占比总体偏低（0.45%～1.06%），可能与原料品种、预处理方式及提取工艺参数差异有关。

3 脱木质素方式对AX FTIR光谱的影响

由图2可知，AX在3 443（O—H）、1 046 cm-1（C—O—C/C—O）处的极强峰，以及896 cm-1处的β-糖苷键特征吸收峰，与β-1,4-连接木糖主链的骨架结构特征相符。而2 919 cm-1处相对较弱的吸收峰对应C—H （含CH、CH2、CH3）伸缩振动，以及1 387 cm-1处的甲基弯曲振动吸收峰，印证AX分子中存在阿拉伯糖侧链（含—CH3基团），证实6 种AX的基础结构具有一致性。3 443 cm-1处的宽强的O—H峰表明AX分子间存在大量氢键作用，这与多糖类物质的高亲水性及分子聚集态结构相关。值得注意的是，6 种AX样品均在1 681 cm-1（C＝O）和1 256 cm-1（酚羟基）处均出现吸收峰，提示样品中可能存在木质素残留或氧化杂质。其中，XYB2在该处出现较尖锐的吸收峰，与直接碱提法及两步法样品相比，XYB2木质素含量相对较低，更可能是AX分子中的羟基被氧化为醛基、羧基等含C＝O基团，导致该峰强度升高。此外，6 种AX样品在1 256～1 462、536～656 cm-1区域也表现出明显的峰型差异，其中，1 256～1 462 cm-1处吸收峰来源于C—H弯曲振动、木质素中酚醚键C—O—C伸缩振动或C—H弯曲振动叠加酚羟基的辅助振动，反映提取物中木聚糖侧链结构和木质素残留量差异；536～656 cm-1区域的吸收峰则对应于AX糖环骨架振动，可能叠加残留木质素小分子碎片的振动信号。这些区域的峰强度差异与AX糖环构象、侧链取代特性及杂质含量等密切相关，表明脱木质素方式可对AX精细结构产生显著影响，这一结果与表2木质素含量结果及表3侧链基团差异结果相对应。

4 脱木质素方式对AX微观结构的影响

由图3可知，6 种AX主要呈条片状或珊瑚状，边缘及表面均较为光滑。多糖的表观结构与其纤维性、凝胶性和结晶性能密切相关，但本研究中6 种AX样品在理化性质上的差异并未体现到产物的表观形貌特征上，未来或可结合多尺度结构表征技术进一步解析其构效关系。

5 AX对葡萄糖的吸附性能与扩散抑制作用

葡萄糖吸附能力是评估多糖类物质体外降糖活性的核心指标，具有强吸附性能的AX可抑制肠道对葡萄糖的吸收速率，进而有效降低餐后血糖峰值。由图4可知，甘蔗渣AX对葡萄糖表现出显著的吸附性能，在设置浓度范围内，除XYB3外，其他5 种AX的葡萄糖吸附性能均优于商业瓜尔豆胶。AX的葡萄糖吸附量随葡萄糖浓度升高整体呈增加趋势，XYA1与XYB1葡萄糖吸附量在葡萄糖浓度 0.15 mol/L时达到饱和，分别达到378、282 mg/g；一步法产物（XYA2、XYB2）葡萄糖吸附量在葡萄糖浓度 0.1 mol/L时达到饱和，均为241 mg/g；两步法产物（XYA3、XYB3）葡萄糖吸附量也在葡萄糖浓度0.1 mol/L时达到饱和，分别为141、46 mg/g。这一结果表明，H2O2脱木质素处理可显著削弱AX的葡萄糖吸附性能，尤其是两步法的强氧化工艺导致产物吸附效能大幅下降，这可能与氧化过程中AX分子链降解和侧链结构破坏有关。高分子质量、良好溶解性及高度分支等结构特征能够增加分子表面活性位点暴露、扩大有效吸附面积及提高体系黏度等，从而强化AX对葡萄糖的吸附截留效应。Segovia-Huarcaya等报道，分子质量≥3.5 kDa的玉米渣阿魏酰化AX对葡萄糖表现出显著的吸附能力。Barjuan Grau等研究发现，燕麦AX可间接抑制葡萄糖在肠道内的吸收，而AX发生降解后，该抑制作用会完全消失。这表明不同来源的AX均具有葡萄糖吸附能力，且较高的分子质量更有利于增强该功能。

葡萄糖扩散抑制率是体外评价AX在胃肠道环境中延缓葡萄糖吸收能力的关键指标。由图5可知，葡萄糖扩散达到平衡时（225 min），6 种AX样品对葡萄糖的扩散抑制作用均呈现剂量依赖性，即抑制率随AX质量浓度增大而增大。整体抑制效果表现为：水不溶性AX优于水溶性AX，直接碱提法产物优于一步法与两步法。AX对葡萄糖的扩散抑制作用主要通过多糖分子的葡萄糖吸附、物理屏障效应及多糖水合层的黏滞阻力等多重机制协同实现。其中，直接碱提法制备的水不溶性组分（AXB1）因具有最大分子质量和较高A/X比值，可在水溶液中形成稳定的乳浊体系，从而对葡萄糖扩散表现出最强的阻滞作用，从另一方面也说明，H2O2脱木质素作用可通过降低AX分子质量与减少侧链分支方式削弱这一功能，尤其是两步法对AX破坏最为严重，其产物葡萄糖扩散抑制作用最弱。Segovia-Huarcaya等提取的玉米渣阿魏酰化AX也具有葡萄糖扩散抑制作用。Knudsen等证明，小麦AX浓缩物可通过提高肠道食糜黏度抑制葡萄糖扩散吸收，中长期干预显示其可改善果糖胺和糖化血红蛋白等血糖稳态相关指标，且其作用受AX理化性质影响，提取工艺通过影响产物理化性质对其吸附与扩散抑制能力产生影响。上述研究表明，抑制扩散减缓葡萄糖吸收是AX降糖活性的机制之一，同时制备工艺可通过调控理化性质影响这一功能。

6 AX对消化酶的抑制作用

由图6与表4可知，6 种AX对4 种消化酶的抑制活性均呈现高浓度依赖性特征，部分样品IC50甚至超出实验设定的最高质量浓度（＞50 g/L）。这一现象与酶和底物的识别特异性有关：4 种消化酶的天然底物（淀粉、蔗糖、麦芽糖及葡萄糖苷类）多为小分子或线性多糖，其分子结构与酶活性中心的结合位点具有高度互补性；而AX作为天然杂多糖，以木聚糖为主链，支链含阿拉伯糖、葡萄糖醛酸等多种残基，不仅分子质量较大，且空间构象复杂，难以像天然底物那样高效嵌入酶活性中心的特异性凹槽，导致其与酶的竞争性结合效率显著降低。

6 种AX的酶抑制活性呈现显著的提取方法依赖性与溶解性相关性。其中，α-淀粉酶、麦芽糖酶及蔗糖酶抑制活性均表现出明确的水溶性依赖性，具体表现为：水溶性AX（XYA1～XYA3）抑制效能明显优于对应提取方法所得水不溶性AX（XYB1～XYB3），且水溶性AX对α-淀粉酶及麦芽糖酶的抑制顺序为XYA3＞XYA1＞XYA2，对蔗糖酶的抑制趋势为XYA3＞XYA2＞XYA1。与之相反，α-葡萄糖苷酶抑制活性呈现独特的水不溶性依赖性，其中水不溶性AX的α-葡萄糖苷酶抑制效果表现为XYB3＞XYB1＞XYB2，而所有水溶性AX均未表现出有效的抑制作用（IC50＞50 g/L）。

上述抑制活性差异可能与具有不同结构特征（分子质量、支链取代度及空间构象）的AX与不同消化酶活性中心结构的相互作用差异有关：1）水溶性组分对α-淀粉酶、麦芽糖酶及蔗糖酶抑制活性较强，与其在水溶液中的结构舒展性密切相关。水溶性AX可形成柔性链状构象，通过空间位阻效应物理覆盖酶活性中心区域；而水不溶性AX因分子间氢键、疏水相互作用较强，易聚集形成刚性聚集体，难以有效渗透至酶活性中心区域，故抑制活性较弱。2）两步法制备的水溶性组分XYA3对α-淀粉酶、麦芽糖酶及蔗糖酶抑制活性最强，可能是因为该提取工艺通过H2O2预氧化降解木质素屏障，同时降低AX分子质量（形成相对较小的分子片段）并降低支链取代度，提升分子柔性与酶活性中心结合效率，减少支链对结合位点的空间阻碍，从而增强其抑制活性。3）α-葡萄糖苷酶抑制的水不溶性依赖性是构效关系的特殊体现：水不溶性AX可能通过分子聚集形成多孔结构或特定空间构象，与α-葡萄糖苷酶疏水性较强的活性中心形成高效疏水相互作用；而水溶性AX的亲水性较强，与该酶活性中心的疏水环境相容性差，难以形成稳定结合复合物，故而无法发挥有效抑制作用。

Segovia-Huarcaya等研究发现，玉米渣AX对α-淀粉酶与α-葡萄糖苷酶均具有抑制作用，其对α-淀粉酶的IC50为4.73 mg/mL。此外，王鑫等研究表明，小麦麸皮AX可降低淀粉体外消化率。Xu Yujing等综述多项实验数据证实，AX可通过抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性减少碳水化合物分解为葡萄糖，不同来源AX均对这2 种关键碳水化合物消化酶具有抑制作用，且该作用是其改善血糖稳态的核心机制之一。郭银萍等研究表明，AX可通过氢键等作用与α-淀粉酶结合，进而产生竞争性抑制、非竞争性抑制及混合型抑制作用。综上，AX具有一定消化酶活性抑制作用，但不同来源、不同结构部位及不同工艺处理AX在组成结构、分子质量、支链基团、溶解性等方面的差异使其展现不同的理化性质与酶抑制特性。

结 论

脱木质素方式显著影响AX提取效率与产物品质，H2O2-NaOH同步氧化提取优势显著，AX溶解率达94.85%、回收率为97.50%，较直接碱提法（溶解率90.67%、回收率88.66%）与两步法（溶解率95.27%、回收率77.31%）高；且该方法所得AX纯度达到95.22%（水溶性组分）、88.84%（水不溶性组分），白度达91.42（水溶性组分）、90.80%（水不溶性组分），在工业化生产效率与产物品质控制方面表现出突出的潜在优势。

脱木质素方式影响AX溶解性与分子质量等理化性质。直接碱提法所得水不溶性AX占产物比例最高（78.93%），而两步法占比最低（47.39%）；分子质量特征上，水溶性AX和水不溶性AX均呈现直接碱提法＞一步法＞两步法的递减趋势，3 种方法所得水不溶性AX分子质量分别为8.55×105、7.15×105、4.65×105 Da。直接碱提法产物具有更高的A/X比值及更多支链基团种类，为功能特性的差异化调控提供结构基础。

脱木质素方式影响产物对葡萄糖的吸附性能与扩散抑制作用。直接碱提法所得AX的葡萄糖吸附量最高（水溶性AX为378 mg/g、水不溶性AX为282 mg/g），明显高于一步法（均为241 mg/g）与两步法（水溶性AX为141 mg/g、水不溶性AX为46 mg/g），呈现直接碱提法＞一步法＞两步法的趋势；扩散抑制作用则遵循水不溶性AX＞水溶性AX趋势。

不同脱木质素处理所得产物在较高浓度下对4 种消化酶活性表现出不同程度的抑制作用，对α-淀粉酶和麦芽糖酶抑制作用显著弱于阿卡波糖（P＜0.01），对α-葡萄糖苷酶和蔗糖酶抑制作用强于阿卡波糖。脱木质素方式影响产物对消化酶活性的抑制效果，具体趋势上，α-葡萄糖苷酶抑制效果呈现水不溶性AX＞水溶性AX，α-淀粉酶、麦芽糖酶及蔗糖酶上呈现水溶性AX＞水不溶性AX效果，其中两步法制备水溶性AX对α-淀粉酶 （IC50＝34.25 g/L）、麦芽糖酶（IC50＝38.4 g/L）、蔗糖酶（IC50＝24.85 g/L）抑制作用最强。

综上，本研究明确了脱木质素方式对AX提取效率、理化性质及功能活性的影响规律，可为不同功能导向的AX基降糖产品开发提供技术参数与理论支撑。

引文格式：

周玉恒, 黄庆灿, 张国柱, 等. 脱木质素方式对甘蔗渣阿拉伯木聚糖提取效率、产物结构及体外消化酶抑制活性的影响[J]. 食品科学, 2026, 47(13): 71-81. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251015-080.

ZHOU Yuheng, HUANG Qingcan, ZHANG Guozhu, et al. Effect of delignification methods on the extraction efficiency, product structure, and in vitro digestive enzyme inhibitory activity of arabinoxylan from sugarcane bagasse[J]. Food Science, 2026, 47(13): 71-81. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251015-080.

实习编辑：杨琼；编辑：阎一鸣；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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