低聚木糖(Xylo-oligosaccharides,XO)是由秸秆、玉米芯等富含木聚糖的原材料经过水解分离精制而得的一类寡聚糖,它结构简单,由2至7个木糖分子以β-1,4糖苷键首尾连接而成,其主要成分为木二糖、木三糖。低聚木糖既耐强酸又耐高温,且理化性质非常稳定,作为一种重要的益生元,具有很强的增殖肠道益生菌的作用,因而被广泛应用于微生态健康领域。此外,动物实验表明,它还具有一定的抗氧化和降血脂作用,因而在健康保健领域受到广泛关注。然而,作为一种新型食品添加剂,其化学结构改性以及衍生物抗氧化性方面研究却甚为少见。低聚木糖结构中含有大量羰基,可以与食品中氨基酸发生美拉德反应。本文以美拉德反应作为改性手段,制得低聚木糖衍生物,考察不同种类氨基酸、反应羰基与氨基比例以及金属离子存在条件下,美拉德反应的过程特征、衍生物分子量、红外表征以及还原糖含量与糖醛酸含量等结构特点,并比较了衍生物抗氧化性能(超氧阴离子、DPPH清除能力和还原能力)的差别,以期为低聚木糖衍生化反应和改性应用提供思路,并为开发天然、健康、无毒的食品抗氧化剂提供参考。本文首先通过,低聚木糖与甘氨酸、脯氨酸,以及三种金属离子存在条件下与甘氨酸的美拉德反应,检测不同氨基酸、羰氨摩尔质量比,以及金属离子存在条件下反应过程中p H值、紫外-可见吸光值以及荧光值的变化,并运用红外分析、分子量测定、还原糖含量以及糖醛酸含量测定等方法对低聚木糖衍生物进行结构鉴定,最后检测低聚木糖及其衍生物对超氧阴离子、DPPH自由基清除能力和还原能力,主要研究结果如下:1.美拉德反应进程研究表明:随着反应时间延长,p H值呈下降趋势;295 nm和420 nm处的紫外-可见吸收光谱不断增强;荧光强度(激发波长与发射波长分别为370 nm和440 nm)也不断增大;凝胶渗透色谱(GPC)分子量测定结果表明,低聚木糖衍生物的分子量较反应前均得到增加;红外分析显示,衍生物结构中留有多糖吸收峰,而氨基酸的氨基峰消失;随着反应时间的延长,衍生物中还原糖含量逐渐降低,糖醛酸含量逐渐升高。2.低聚木糖与甘氨酸美拉德反应,反应后,衍生物对超氧阴离子、DPPH自由基的清除能力以及还原能力都有所提升,且反应时间越长,抗氧化性能越佳,即反应30小时后的衍生物抗氧化能力强于15小时,而反应5小时衍生物最弱;相同反应时间,反应物中羰氨比不同,抗氧化能力也有差异,当羰基与氨基摩尔质量比为1:1时,衍生物抗氧化性最强,1:2次之,2:1衍生物最弱;随着反应进行,衍生物中还原糖含量逐渐降低,而糖醛酸含量不断增加,说明糖醛酸含量影响着衍生物的抗氧化性能。3.低聚木糖与脯氨酸美拉德反应,相同反应时间,当低聚木糖与脯氨酸的羰氨摩尔质量比为1:1时,衍生物抗氧化性能最强,其次是1:2,而2:1的衍生物抗氧化性最弱;相同羰氨比,反应时间越长,抗氧化性越强,30小时衍生物的抗氧化性明显强于15小时和5小时衍生物;随着反应时间延长,衍生物中糖醛酸含量逐渐升高,抗氧化性增强,说明糖醛酸含量影响着衍生物的抗氧化性能。4.低聚木糖与甘氨酸和脯氨酸以羰氨摩尔质量比为1:1,反应5 h,通过检测衍生物对超氧阴离子、DPPH的清除能力以及还原能力,对其抗氧化性进行评估比较。结果表明:低聚木糖-甘氨酸抗氧化性优于低聚木糖-脯氨酸,说明采用不同结构氨基酸,制得衍生物的抗氧化性能有差异,这与氨基酸的结构性质有关,分子量小、氨基空间位阻小的氨基酸更易于与低聚木糖反应;糖醛酸含量测试结果表明,低聚木糖-甘氨酸衍生物的糖醛酸含量高于低聚木糖-脯氨酸衍生物,说明相同羰氨比,同一反应时间,衍生物中糖醛酸含量越高,抗氧化性越强。5.低聚木糖-甘氨酸美拉德反应溶液中添加Fe3+、Cu2+和Mg2+,原子吸收测试结果表明衍生物中几乎不含金属离子;随着反应时间延长,衍生物中的还原糖含量逐渐降低,糖醛酸含量逐渐升高;Fe3+、Cu2+和Mg2+对美拉德反应进程有不同程度的影响,由紫外-可见吸光度和荧光值可知Fe3+和Cu2+可促进美拉德反应,而Mg2+则抑制反应进行,且浓度为0.020 mol/L的反应组比0.005 mol/L的反应组对美拉德反应进程影响效果更明显。抗氧化结果显示,反应溶液中添加Fe3+和Cu2+后,衍生物的抗氧化性优于对照组;金属离子浓度相同时,Fe3+反应组抗氧化性优于Cu2+反应组;而反应溶液中添加Mg2+后,抗氧化性降低,Mg2+浓度为0.020 mol/L的影响效果比0.005 mol/L明显。Fe3+、Cu2+和Mg2+存在条件下衍生物的抗氧化性强弱顺序为:XG-Fe3+>XG-Cu2+>XO>XG-Mg2+,这与糖醛酸含量测试结果一致,说明糖醛酸含量是影响衍生物抗氧化性的重要因素。本研究通过不同条件下低聚木糖美拉德反应,监测反应p H值、紫外-可见吸光值以及荧光值的变化趋势;检测衍生物红外光谱、分子量、还原糖含及量糖醛酸含量,对其结构进行初步探究;比较了氨基酸种类、羰基与氨基比例、反应时间、金属离子存在条件下对形成的衍生物抗氧化性能的影响。结果表明随着反应时间延长,反应物紫外-可见吸收与荧光吸收强度增强,其衍生物中还原糖含量逐渐降低,糖醛酸含量增加,抗氧化性增强,说明糖醛酸含量是影响衍生物抗氧化性的重要因素。并且氨基酸种类、反应羰氨摩尔质量比、反应时间以及金属离子的存在都会影响衍生物的抗氧化性能。这为拓宽低聚木糖化学改性提供思路,同时也为开发天然、无毒、健康的食品抗氧化剂提供参考依据。