Klassificering i henhold til molekylær størrelse eller DP grupper kulhydrater til monosaccharider, disaccharider, oligosakkarider og polysakkarider . Monosaccharider er chirale, polyhydro .ylerede aldoser eller ketoser, der ikke kan hydrolyseres til mindre kulhydratenheder ., De kan klassificeres i henhold til antallet af kulstofatomer i deres struktur, der spænder fra tre til ni kulstof-atomer (dvs, triose, tetrose, pentose, hexose, heptose, octose, og nonose), af den type carbonyl gruppe, de indeholder (dvs, aldose eller ketose), og ved deres stereokemi (dvs, d eller ʟ), og de har generelt kemiske formel (CH2O)n . Aldoser betegnes som reducerende sukkerarter på grund af deres reducerende virkning på visse ioner eller forbindelser, o .iderer deres aldehydgruppe til en carbonylgruppe ., Det enkleste aldosesukker med et chiralt atom er glyceraldehyd, med sit andet C-molekyle bundet til fire forskellige grupper, hvilket giver mulighed for, at dette C har to rumlige konfigurationer, og glyceraldehyd findes derfor i både d – og ʟ – formerne . Chirale carbonatomer har hver af deres fire tetrahedrale bindinger forbundet til en anden gruppe . Chiraliteten af sukker og AA er almindeligvis betegnet af D / system-systemet og er navngivet i forhold til strukturen af glyceraldehyd .,
Monosaccharider
Den mest almindelige monosaccharider, er den 6-C aldohexoses, som omfatter aldohexose d-glukose, og er normalt til stede i deres ring strukturer, der kaldes en pyranose ring snarere end i åben-kæde strukturer (Fig. 1) . I oligo – og polysaccharider kan aldopentoser forekomme som en 5 – C ringstruktur kendt som en furanose ring . D-Glucose, i betragtning af alle dets kombinerede former, er det mest rigelige monosaccharid, der naturligt forekommer i naturen . Den mest rigelige ketose er d-arabino-he .ulose, kendt mere almindeligt ved dets trivielle navn, d-fructose ., De tre trioser omfatter ketose dihydro .yaceton og begge enantiomere former af glyceraldehyd . Erythrose og threose er eksempler på tetroses, og pentoses omfatter ribose, arabinose, xylose, og apiose .
Kemisk struktur af monosaccharider, der er ofte forbundet med kulhydrater og fibre. Tilpasset fra Albersheim et al.,
Sukker, så som glukose, galactose, mannose, og fruktose, som har forskellige strukturer, men har den samme kemiske formel C6H12O6, kaldes isomerer . Sukkerarter, der adskiller sig i konfiguration omkring kun et carbonatom, kaldes epimere, såsom d-glucose og d-mannose, som varierer i deres strukturer omkring C-2 . Et par enantiomerer er en speciel type isomerisme, hvor de to medlemmer af parret er spejlbilleder af hinanden og betegnes som værende i d – eller ʟ – strukturen (dvs.,, D-glucose eller glucose-glucose), afhængigt af positionen af –OH-gruppen, der er knyttet til det asymmetriske kulstof, der er længst væk fra carbonylgruppen .andre typer monosaccharider inkluderer alditoler eller polyoler, som er aldoser eller ketoser, der havde deres carbonylgrupper reduceret til en alkohol . Et eksempel på et naturligt forekommende alditol i planter og andre organismer er d-glucitol, almindeligvis kendt som sorbitol, som er produktet af reduktionen af D-glucose . Absorption og metabolisme af polyoler varierer mellem typer, men de fleste er gæret i tyktarmen .,
Deoxy sukker mangler en eller flere hydroxylgrupper knyttet til deres kulstof-atomer, som 6-deoxy-ʟ-mannose (ʟ-rhamnose), som er almindeligt forbundet med pektin, 2-deoxy – d-ribose, sukker del af DNA -, og 6-deoxy-ʟ-galactose (ʟ-fucose), en del af glycoproteiner og glycolipids i celle vægge og mammale celler .
Uronsyrer er sukkersyrer, hvor terminal –CH2OH-gruppen gennemgår o .idation for at give en Carbo .ylsyre ., Uronic fedtsyrer, der bidrager til kostfibre omfatter bestanddele af ikke-fordøjelige polysaccharider af planter og alger, såsom d-glukuronsyre, d-galacturonic syre, d-mannuronic syre, og ʟ-guluronic syrer . Sukker fra den aktiverede form af glucuronsyre anvendes i syntesen af glycosaminoglycaner hos pattedyr, og ʟ-iduronsyre syntetiseres fra d-glucuronsyre, efter at den er blevet inkorporeret i kulhydratkæden .
disaccharider
to monosaccharid enheder forbundet med en acetal eller ketal binding betegnes som et disaccharid ., En glycosidbinding forbinder 2 monosaccharidenheder, og den kan enten være en glyc-glycosidbinding, hvis den anomere hydro .ylgruppe af sukkeret er i α-konfigurationen eller en β-glycosidbinding, hvis den er i β-konfigurationen . En glycosidiske bond er opkaldt efter positionen af kulstof-atom, der er knyttet, for eksempel, en α-glycosidiske bond, der forbinder C-1 af et glukose molekyle og C-4 af en anden glukose molekyle i maltose kaldes en α-(1,4) glycosidiske bond (Fig. 2) . De tre mest almindelige disaccharider er maltose, lactose og saccharose ., Maltose er et reducerende sukker, der er et produkt af hydrolysen af stivelse af en .ymet a-amylase . Lactose er et reducerende sukker, der består af en D-glucosyl-enhed og en α-d-galactopyranosyl-enhed, der er forbundet med en β – (1,4) glycosidbinding, og som findes i mælk og mejeriprodukter som skummetmælk og Valle . Saccharose består af en glucose og en fructose forbundet med en glyc-(1,2) glycosidbinding ., I modsætning til de generelle head-to-tail ophæng (anomere kulstof-atom kulstof atom, der indeholder en hydroxyl gruppe) i strukturen af oligo – og polysaccharider, i saccharose den glycosidiske bond, der forbinder et α-d-glucopyranosyl-enhed og en β-d-fructofuranosyl enhed er i en hoved-til-hoved mode (anomere kulstof-atom til anomere kulstof-atom) gør det til en ikke-reducerende sukker . Saccharose syntetiseres gennem fotosynteseprocessen for at tilvejebringe energi og carbonatomer til syntese af andre forbindelser i planten .
Kemisk struktur af di – og oligosakkarider. Tilpasset fra Bach Knudsen et al.
Maltose, laktose, og saccharose er hydrolyseret til deres konstituerende monosakkarid enheder af de enzymer, maltase, laktase, og sucrase, hhv ., Α-glucosidases maltase-glucoamylase og sucrase-isomaltase komplekser, der er til stede i børsten grænsen af tyndtarmen kløver glycosidiske obligationer i maltose og saccharose, henholdsvis, med de fleste af maltase aktivitet, der kommer fra sucrase-isomaltase komplekse . De monosaccharider, der skyldes fordøjelsen af disse disaccharider, absorberes let i tyndtarmen . Lactase, en β-galactosidase, udtrykkes også af unge pattedyr, der fordøjer lactose i dets bestanddele monosaccharider, som efterfølgende absorberes i tyndtarmen .,
andre disaccharider, der er til stede i naturen, omfatter trehalose, cellobiose og gentiobiose . Trehalose er et ikke-reducerende disaccharid, der består af to α-d-glucopyranosyl-enheder, der er bundet sammen af en glyc – (1,1) glycosidbinding . Trehalose findes i små mængder i svampe, gær, honning, visse tang og hvirvelløse dyr som insekter, rejer og hummer . Trehalose fordøjes af α-glucosidase-en .ymet trehalase, som udtrykkes i tyndtarmen hos mennesker og de fleste dyr ., To glukose molekyler, der er knyttet sammen af et β-(1,4) – og en β-(1,6) glycosidiske obligationer til at danne cellobiose og gentiobiose, henholdsvis, og disse disaccharider kan blive brugt kun efter den mikrobielle gæring, fordi svin mangler de enzymer, der er i stand til at fordøje disse obligationer . Cellobiose er et produkt af cellulosenedbrydning, mens gentiobiose antages at spille en rolle i indledningen af modning af tomatfrugter .,
Oligosaccharider
Oligosaccharider består af galacto-oligosaccharider, fructo-oligosaccharider, og mannan-oligosaccharider, der ikke kan fordøjes af bugspytkirtlen eller tarmens enzymer, men er opløseligt i 80% ethanol . Galacto-oligosaccharider, eller α-galactosides, der er til stede i store mængder i bælgplanter, består af raffinose, stachyose, og verbascose, som har en struktur, der består af en enhed af saccharose knyttet til en, to eller tre enheder af d-galactose, henholdsvis (Fig. 2) ., Disse oligosaccharider forårsager flatulens hos svin og mennesker på grund af manglen på et en .ym, a-galactosidase, der hydrolyserer de glycosidiske bindinger, der forbinder monosacchariderne, der udgør disse a-galactosider og derfor udnyttes af bakterier i tyktarmen . I raffinose er d-galactose forbundet med saccharose ved hjælp af en bond-(1,6) binding, hvorimod to enheder og tre enheder af D-galactose er forbundet med saccharose, også via glyc-(1,6) glycosidbindinger, henholdsvis stachyose og verbascose ., Transgalacto-oligosaccharider er en anden type af galacto-oligosaccharider, der kan have prebiotisk virkning i unge svin og er kommercielt syntetiseret fra transglycosylation handlinger af β-glycosidases på laktose, oprettelse af β-(1,6) polymerer af galactose knyttet til en terminal glucose-enheden via en α-(1,4) glycosidiske bond . Transgalacto-oligosaccharider syntetiseres imidlertid ikke naturligt .
Fructo-oligosaccharider eller fructaner er kæder af fructosemonosaccharider med en terminal glukoseenhed og klassificeres som inuliner eller levaner ., Inulin findes mest i dicotyledoner, mens levaner hovedsageligt findes i monocotyledoner . Fructo-oligosaccharider hydrolyseres ikke i tyndtarmen på grund af β-forbindelserne mellem deres monomerer, men kan fermenteres til mælkesyre og SCFA i tyktarmen . Inulin forekommer naturligt i løg, hvidløg, asparges, bananer, jordskokker, hvede og cikorie som et lager kulhydrat . Inulin består af β-d-fructofuranosyl-enheder forbundet med glyc – (2,1) glycosidforbindelser og har en dp, der varierer fra 2 til 60 ., Polymeren er sammensat af fructoserester, der er til stede i furanose-ringformen og har ofte en terminal saccharoseenhed i den reducerende ende . Levaner er fructaner, der har en gennemsnitlig længde på 10 til 12 fructoseenheder forbundet med β-(2,6) bindinger, men kan have en DP på mere end 100.000 fructoseenheder og findes i bakterielle fructaner og i mange monocotyledoner ., Levans stammer fra transglycosylation reaktioner katalyseret af enzymet levansucrase, der udskilles af visse bakterier og svampe, der fortrinsvis vil bruge d-glycosyl enhed af saccharose, og dermed konvertere saccharose at levans med β-(2,1) linkede side-kæder . Polysaccharider indeholdende et betydeligt antal β-(2,1) forbindelser kan også betegnes som “levan” . En tredje type fructaner, kaldet graminan – typen fructaner, indeholder en kombination af både β-(2,1) og β-(2,6) bindinger og er til stede i hvede og byg .,
Mannan-oligosaccharider er sammensat af polymerer af mannose, der er udledt fra gærcellevægge, og er placeret på den ydre overflade af gærcellevægge knyttet til β-glucaner af den indre matrix via β-(1,6) – og β-(1,3) glycosidiske forbindelser . Mannan-oligosaccharider og fructo-oligosaccharider kan opføre sig som præbiotika på grund af deres gavnlige sundhedsvirkninger på værten ved at stimulere væksten eller aktiviteten af visse bakterier i tyktarmen ., Det er blevet foreslået, at mannan-oligosaccharider regulerer svinenes reaktion på immunologiske udfordringer og kan forhindre overstimulering af værtsdyrets immunsystem efter en infektion .
polysaccharider
polysaccharider er kulhydrater med høj molekylvægt, der er polymerer af monosaccharider . Polysaccharider består af sukkerpolymerer, der varierer i størrelse og kan enten være lineære eller forgrenede . DP varierer med typen af polysaccharid og kan variere fra 7.000 til 15.000 i cellulose og op til mere end 90.000 i amylopectin ., Polysaccharider kan klassificeres som homopolysaccharides, hvis de kun indeholder en type sukker, rest (fx stivelse, glykogen, og cellulose) eller som heteropolysaccharides, hvis de indeholder to eller flere forskellige former for sukker-rester i deres struktur (fx, arabinoxylans, glucomannans, og hyaluronsyre; 2). Polysaccharider er til stede i store mængder i svin kost, og er opdelt i stivelse og glycogen og ikke-stivelse polysaccharider (NSP) .,
stivelse kan være lineær eller forgrenet og er opbevaringsformen for kulhydrater i planter, mens glykogen er stærkt forgrenet og kun findes i animalsk væv, primært i muskler og lever . Stivelse er en af de mest rigelige kulhydrater i naturen . Det syntetiseres for at opbevare energi til plantevækst og opbevares i frø, knolde, rødder, stængler, blade og nogle frugter . Stivelse er en polymer af D-glucose, der består af to typer molekyler, amylose og amylopectin (fig. 3) ., Amylose er en kort lineær polymer af glucose med en gennemsnitlig DP på 1.000 glucoseenheder forbundet via 1,4-(1,4) bindinger. Amylopectin indeholder større kæder af glucose med DP på 10.000 til 100.000 med grenpunkter ved a-(1,6) – forbindelserne for hver 20 til 25 glukoseenheder . Det samlede antal link – (1,6) forbindelser er kun omkring fire til fem % af de samlede glycosidbindinger i amylopectin . Native stivelse indeholder begge former som halvkrystallinske granuler af varierende proportioner af amylose og amylopectin, afhængigt af plantekilden ., Stivelsesgranuler har forskellige strukturelle og kemiske sammensætninger afhængigt af plantearterne og den del af planten, hvor den er placeret . Størrelsen af stivelsesgranulerne påvirker forholdet mellem overflade og volumen, og jo mindre granulatet er, desto større er forholdet mellem overflade og volumen, hvilket resulterer i mere overfladeareal for en .ymhydrolyse i fordøjelseskanalen . Fordøjelsen af stivelse begynder i munden, hvor spyt α-amylase, der udskilles, som kun handler på α-(1,4), som er knyttet lineære kæder af amylose og amylopectin, indtil dette enzym er deaktiveret ved lavt pH i maven ., Store mængder af pancreas-α-amylase kun specifikke for α-(1,4) forbindelser udskilles i ulcus lumen, der producerer maltose og maltotriose som produkter af luminal amylose og amylopectin fordøjelse, sammen med de forgrenede oligosaccharide α-dextrin som følge af delvis hydrolyse af amylopectin på grund af den manglende evne af α-amylase til at kløve α-(1,6) forbindelser . Stivelsesfordøjelse afsluttes med oligosaccharidaser (dvs.a-glucosidaser) udtrykt af kirtler i tyndtarmen. Disse Gluc-glucosidaser omfatter saccharose-isomaltase og maltase-glucoamylase komplekser ., Begge komplekser har forskelle i deres grad af specificitet for produkter af α-amylase fordøjelse og kløver α-(1,4) og α-(1,6) obligationer i α-dextrin i en supplerende måde at producere gratis glukose, som transporteres ind i enterocyterne .
Kemisk struktur af amylose, amylopectin, og cellulose. Tilpasset fra Bach Knudsen et al.,
Stivelse kan opdeles i tre typer: Type stivelse er en åben struktur, og er til stede i korn; Type B stivelse, der er til stede i knolde og ser ud til at være mere kompakt, og Type C stivelse er en kombination af type A og B stivelse og er til stede i bælgplanter . Stivelsesgranulat i rå kartofler og grønne bananer med højt amyloseindhold resulterer i mere tætpakkede granulater, der er mere uopløselige og modstandsdygtige over for fordøjelse sammenlignet med amylopectinholdige granulater, der er mere forgrenede og mindre tætpakkede ., I majs, hvede og kartoffel kan stivelse indeholde ca .20% amylose og 80% amylopectin. Voksagtig majs kan dog have stivelse indeholdende næsten 100% amylopectin, mens høj amylosekorn kan indeholde op til 75% amylose . Stivelse kan derfor ikke altid fordøjes med a-amylase, medmindre kornkornene ændres ved fysisk forarbejdning (f .eks. formaling eller valsemaling) og opvarmning (f. eks. pelletering, ekspansion eller ekstrudering).,
en andel af stivelsen fordøjes ikke af a-amylase eller en .ymerne i børstegrænsen og kan undergå mikrobiel fermentering i tyktarmen; dette kaldes resistent stivelse (RS) . Stivelse kan modstår fordøjelsen, fordi den er fysisk utilgængelig på grund af indkapsling i hele planteceller eller matricer (dvs.RS-1). Nativ eller ubehandlet stivelse (RS-2) modstår også fordøjelsen på grund af granulets ungelatiniserede krystallinske struktur, og retrograderet stivelse (RS-3) modstår fordøjelsen, fordi den hurtigt afkøles, efter at den er blevet gelatiniseret via opvarmning., Hvis stivelse er kemisk modificeret, kan den også modstå fordøjelsen og betegnes som RS-4 . Resistent stivelse tjener som et substrat til kolonfermentering, men uanset den mængde, der kommer ind i bagguten, gæres stivelse normalt fuldt ud i bagguten . Stivelsesholdige ingredienser vil naturligt indeholde RS, men mængden og typen af stivelse vil påvirke andelen af total stivelse, der er RS . Forarbejdning kan påvirke andelen af stivelse, der er resistent over for fordøjelse, og RS-værdier varierer typisk fra 0 til 19% i de fleste kornkorn og 10% til 20% i bælgplanter (tabel 1) ., Madlavning eller modning reducerer mængden af RS i rå eller umodne frugter eller grøntsager såsom grønne bananer og kartofler .
Glykogen, en α-(1,4)-d-glucan med α-(1,6) knyttet grene, har en højere grad af forgrening sammenlignet med amylopectin og er til stede i animalsk væv, primært i muskel og lever . Som følge heraf vil kun svin fodret kostvaner indeholdende animalske produkter forbruge glykogen., Grenpunkterne for glykogen forekommer efter et gennemsnit på 8 til 10 glycosylenheder . En polymer af glykogen kan indeholde op til 100.000 enheder glucose . Fordøjelsen af glykogen ligner den af amylopectin, hvilket resulterer i glukoseabsorption i tyndtarmen . Den omfattende forgrening af glykogen forbedrer dens opløselighed, hvilket gør det muligt at mobilisere glukose lettere .,
ikke-Stivelsespolysaccharider
ikke-Stivelsespolysaccharider er hovedsageligt til stede i primære eller sekundære plantecellevægge og består af både opløselige og uopløselige polysaccharider, der i modsætning til stivelse ikke indeholder glyc – (1,4) – bundne glycosylenheder . Primære cellevægge omkring voksende celler består hovedsageligt af polysaccharider og nogle strukturelle proteiner, mens modne celler, der allerede har differentieret, er omgivet af sekundære cellevægge, der også indeholder polysaccharider og proteiner sammen med lignin og en større mængde cellulose ., Cellevæggen består af polysaccharider pentoses (dvs, arabinose og xylose), hexoses (dvs, glukose, galactose og mannose), 6-deoxyhexoses (dvs, rhamnose og fucose), og uronic fedtsyrer (dvs, glucuronic og galacturonic syrer) . Disse komponenter kan eksistere i deres pyranose-og furanoseformer og danner A – eller β – forbindelser ved en hvilken som helst af deres tilgængelige hydro .ylgrupper, hvilket resulterer i en bred vifte af funktionelle overflader ved at tilpasse adskillige 3-dimensionelle former . Phenoliske rester af lignin eller dets hydro .yl-sidekæder kan også binde med glycosidforbindelser af NSP ., Nonstarch polysaccharider kan erhverve hydrofobe egenskaber ved at forbinde til lignin og suberin, mens graden af esterificering af uronsyrer kan påvirke dets Ioniske egenskaber . Suberin, en hydrofobe kompleks blanding af hydroxylerede fedtsyrer og estere af fede, er til stede i vaskulære væv, der kan give et uopløseligt barriere under normale udvikling, og som reaktion på såring, eller svampeinfektioner . Ikke-stivelsespolysaccharider kan også klassificeres som opløselige og uopløselige, hvor udtrykket opløseligt refererer til opløselighed af NSP i vand eller svage alkaliopløsninger .,
de mest almindelige NSP ‘ er i cellevægge er cellulose og ikke-celluloseholdige polysaccharider (NCP) . I gennemsnit er celluloseindholdet i primære cellevægge 20% til 30%, mens sekundære cellevægge kan indeholde op til 50% cellulose . Primære cellevægge aflejres mellem den midterste lamella og plasmamembranen under cellevækst, hvorimod visse specialiserede celler deponerer et tykkere indre lag kaldet den sekundære cellevæg ved begyndelsen af differentiering . Cellulose består af lineære 1,4 – (1,4)-bundne d-glucopyranosyl-enheder med en dp, der varierer fra 500 til 14.000., De lineære enheder af cellulose stabiliseres ved hydrogenbinding mellem tilstødende glukoserester og danner et organiseret arrangement af cellulosemolekyler inden i mikrofibrillerne (fig. 3) . Krystallinske regioner dannes, når højt organiserede cellulosemikrofibriller justeres parallelt med hinanden for at muliggøre maksimal hydrogenbinding, hvorimod parakrystallinske eller amorfe sektioner dannes i regioner, der er mindre organiserede ., Det 3-dimensionelle gitter dannet af den tætpakkede lineære og uforgrenede struktur af cellulose danner mikrofibrillerne, der giver strukturen af plantecellevægge . De mindre organiserede amorfe områder af cellulose hydrolyseres af endoglucanaser, der producerer kædeender, der hydrolyseres af e .oglucanaser (dvs .cellobiohydrolaser). Det resulterende disaccharid, cellobiose, hydrolyseres af β-glucosidase til fremstilling af to glukosemonomerer .,
Meget forgrenet NCP består af heteropolymers af pentoses og hexoses, den mest almindelige er at kaldes en xylan, eller en kæde af β-(1,4), som er knyttet d-xylopyranosyl enheder med side-kæder, der er almindeligt består af ʟ-arabinofuranosyl, d-galactopyranosyl, d-glucuronopyranosyl, og/eller 4-O-methyl-d-glucuronopyranosyl enheder . Ikke-celluloseholdige polysaccharider kan også indeholde uronsyrer, der er afledt af glucose og galactose, hvilket giver evnen til at danne salte med Ca ognn ., Ikke-celluloseholdige polysaccharider tjener ofte som strukturelle polysaccharider i plantevæv og er tæt forbundet med cellulose og lignin .Lignin er ikke et kulhydrat, men er forbundet med cellevægspolysaccharider . Den består af polymeriserede phenylpropanenheder (dvs .coniferyl, p-coumaryl og sinapylalkoholer) bundet af ether-og carbon-carbon-bindinger i et uregelmæssigt 3-dimensionelt mønster. En lignificeret cellevæg kan bestå af et tyndt primærlag, efterfulgt af et tykt flerlamellært sekundært lag, der er højt i cellulose, og muligvis et tredje lag ., Lignin kan forbinde til polysaccharider ved at danne kovalente bindinger med sukkerrester eller ferulinsyrer, der er esterificeret til disse polysaccharider . Lignificering forekommer først efter celledeling, celleudvidelse og celleforlængelse er ophørt og udgør derfor terminaldifferentiering, som typisk efterfølges af programmeret celledød . Lignin forhindrer biokemisk nedbrydning og fysisk beskadigelse af cellevægge ved at cementere og forankre cellulosemikrofibriller og andre Matri polyspolysaccharider, hvorved cellevæggens strukturelle integritet håndhæves ., Lignin tjener også som en barriere for patogener og skadedyr . Plantevæv bliver lignified eller woodyoody, når lignin koncentrationen er høj . Lignin er mere koncentreret i det ydre skallag af korn sammenlignet med endosperm cellevægge, hvilket er tydeligt i de forhøjede koncentrationer i ingrediens biprodukter (tabel 2).