Classificação de acordo com o tamanho molecular ou grupos de DP hidratos de carbono em monossacarídeos, dissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos . Os monossacáridos são aldoses quirais, poli-hidroxiladas ou cetoses que não podem ser hidrolisadas em unidades mais pequenas de hidratos de carbono ., Eles podem ser classificados de acordo com o número de átomos de carbono na sua estrutura, que variam de três a nove átomos de carbono (por exemplo, triose, tetrose, pentose, hexose, heptose, octose, e nonose), pelo tipo de grupo carbonila que contêm (por exemplo, aldose ou ketose), e por sua estereoquímica (por exemplo, d ou ʟ), e eles tem a fórmula química geral (CH2O)n . Aldoses são referidos como açúcares redutores devido ao seu efeito de redução em certos íons ou compostos, oxidando o seu grupo aldeído para um grupo carbonilo ., O açúcar aldose mais simples com um átomo quiral é o gliceraldeído, com sua segunda molécula C ligada a quatro grupos diferentes, dando a capacidade para este C ter duas configurações espaciais, e gliceraldeído, portanto, existe tanto nas formas d – e ʟ -. Átomos de carbono quiral têm cada uma das suas quatro ligações tetraédricas ligadas a um grupo diferente . A quiralidade dos açúcares e AA são comumente designados pelo sistema d/ʟ e é nomeado em relação à estrutura do gliceraldeído .,
monossacarídeos
os monossacarídeos mais comuns são as Aldo-hexoses 6-C, que incluem a Aldo-hexose D-glucose, e estão geralmente presentes nas suas estruturas anulares chamadas de anel piranoso em vez de em estruturas de cadeia aberta(Fig. 1) . Em oligossacarídeos e polissacarídeos, aldopentoses podem ocorrer como uma estrutura de anel 5-C conhecida como anel furanose . D-glicose, considerando todas as suas formas combinadas, é o monossacarídeo mais abundante que ocorre naturalmente na natureza . A cetose mais abundante é a d-arabino-hexulose, conhecida mais comumente pelo seu nome trivial, d-frutose ., As três trioses incluem a cetose dihidroxiacetona e ambas as formas enantioméricas de gliceraldeído . Eritrose e treose são exemplos de tetroses, e pentoses incluem ribose, arabinose, xilose e apiose .
estrutura química dos monossacáridos que estão frequentemente associados a hidratos de carbono digeríveis e fibras. Adaptado de Albersheim et al.,
de Açúcares, como glicose, galactose, manose, e frutose, que têm estruturas diferentes, mas têm a mesma fórmula química, C6H12O6, são chamadas de isômeros . Açúcares que diferem em configuração em torno de apenas um átomo de carbono são chamados epimers, tais como D-glucose e d-manose, que variam em suas estruturas em torno de C-2 . Um par de enantiômeros é um tipo especial de isomerismo onde os dois membros do Par são imagens espelhadas um do outro e são designados como estando na estrutura d-Ou ʟ (i.e.,, D-glicose ou ʟ-glicose), dependendo da posição do grupo –OH ligada ao carbono assimétrico mais distante do grupo carbonila .outros tipos de monossacáridos incluem alditóis, ou polióis, que são aldoses ou cetoses que tiveram seus grupos carbonila reduzidos a álcool . Um exemplo de um alditol natural em plantas e outros organismos é o d-glucitol, conhecido comumente como sorbitol, que é o produto da redução da D-glucose . Absorção e metabolismo de polióis variam entre os tipos, mas a maioria é fermentada no intestino grosso .,
Desoxi açúcares estão faltando um ou mais grupos hidroxilo ligados aos seus átomos de carbono, tais como 6-desoxi-ʟ-manose (ʟ-ramnose), que é comumente associado com a pectina, 2-desoxi – d-ribose, o açúcar componente de DNA, e 6-desoxi-ʟ-galactose (ʟ-fucose), um componente de glicoproteínas e glicolipídeos nas paredes celulares e células de mamíferos .os ácidos Urónicos são ácidos açucarados nos quais o grupo terminal –CH2OH sofre oxidação para produzir um ácido carboxílico ., Os ácidos urônicos que contribuem para a fibra alimentar incluem constituintes de polissacáridos não digeríveis de plantas e algas, tais como ácido D-glucurônico, ácido d-galacturônico, ácido D-manurônico e ácidos ʟ-gulurônicos . O açúcar da forma activada do ácido glucurónico é utilizado na síntese de glicosaminoglicanos em mamíferos, e o ácido ʟ-idurónico é sintetizado a partir do ácido d-glucurónico após ter sido incorporado na cadeia de hidratos de carbono .2 unidades monossacarídicas unidas por uma ligação fetal ou fetal é referido como dissacarídeo ., Uma ligação glicosídica junta-se a 2 unidades monossacáridas e pode ser uma ligação α-glicosídica se o grupo hidroxil anomérico do açúcar estiver na configuração α ou uma ligação β-glicosídica se estiver na configuração β . Uma ligação glicosídica é nomeada de acordo com a posição do átomo de carbono ligado, por exemplo, uma ligação α-glicosídica ligando C-1 de uma molécula de glicose e C-4 de outra molécula de glicose em maltose é chamada de ligação α-(1,4) glicosídica (Fig. 2) . Os três dissacarídeos mais comuns são maltose, lactose e sacarose ., A Maltose é um açúcar redutor que é um produto da hidrólise do amido pela enzima α-amilase . A Lactose é um açúcar redutor que consiste numa unidade D-glucosil e numa unidade α-d-galactopiranosil ligada por uma ligação β-(1,4) glicosídica e está presente no leite e nos produtos lácteos, como o leite de skim e o soro de leite . A sacarose é constituída por uma glicose e uma frutose ligadas por uma ligação α-(1,2) glicosídica ., Ao contrário geral de cabeça-cauda-de ligação (carbono anomérico de átomo para átomo de carbono que contém um grupo hidroxila) na estrutura de oligo – e polissacarídeos, em sacarose, o glycosidic bond a vinculação de uma α-d-glucopiranosil unidade e uma β-d-fructofuranosyl unidade está em uma cabeça-de-cabeça de moda (carbono anomérico de átomo para átomo de carbono anomérico), tornando-o um não-redução de açúcar . A sacarose é sintetizada através do processo de fotossíntese para fornecer energia e átomos de carbono para a síntese de outros compostos na planta .
estrutura Química de di – e oligossacarídeos. Adaptado de Bach Knudsen et al. Maltose, lactose e sacarose são hidrolisados em unidades monossacáridas constituintes pelas enzimas maltase, lactase e sucrase, respectivamente ., O α-glucosidases maltase-glucoamylase e sucrase-isomaltase complexos que estão presentes na escova de fronteira do intestino delgado apegar-se a ligações glicosídicas em maltose e sacarose, respectivamente, com a maioria dos maltase atividade provenientes da sucrase-isomaltase complexo . Os monossacarídeos que resultam da digestão destes dissacarídeos são prontamente absorvidos no intestino delgado . Lactase, uma β-galactosidase, também é expressa por mamíferos jovens que digerem lactose em seus monossacáridos constituintes que são posteriormente absorvidos no intestino delgado .,outros dissacarídeos presentes na natureza incluem a trealose, a celobiose e a gentiobiose . A trealose é um dissacárido não redutor constituído por duas unidades α-d-glucopiranossil ligadas por uma ligação α-(1,1) glicosídica . A trealose é encontrada em pequenas quantidades em cogumelos, leveduras, mel, algumas algas marinhas e invertebrados, como insetos, camarões e lagostas . A trealose é digerida pela enzima α-glucosidase trehalase, que é expressa no intestino delgado dos seres humanos e da maioria dos animais ., Duas moléculas de glicose são ligadas entre si por um β-(1,4) e β-(1,6) ligações glicosídicas para formar celobiose e gentiobiose, respectivamente, e estes dissacarídeos pode ser utilizado somente após a fermentação microbiana porque suínos falta de enzimas capazes de digerir essas obrigações . A celobiose é um produto da degradação da celulose, enquanto a gentiobiose desempenha um papel no início da maturação dos frutos de tomate .,
oligossacáridos
oligossacáridos consistem em galacto-oligossacáridos, fruto-oligossacáridos e oligossacáridos de mannan que não podem ser digeridos por enzimas pancreáticas ou intestinais, mas são solúveis em etanol a 80%. Galacto-oligossacarídeos, ou α-galactosides, que estão presentes em grandes quantidades nos legumes, são compostos de fibra de ráfia, stachyose, e verbascose, que tem uma estrutura composta de uma unidade de sacarose vinculada a um, dois, ou três unidades de d-galactose, respectivamente (Fig. 2) ., Estes oligossacáridos causam flatulência em porcos e seres humanos devido à falta de uma enzima, a α-galactosidase, que hidrolisa as ligações glicosídicas que ligam os monossacáridos que constituem estes α-galactosídeos e são, portanto, utilizados por bactérias no intestino grosso . Na raffinose, A d-galactose está ligada à sacarose por uma ligação α-(1,6), enquanto duas unidades e três unidades de d-galactose estão ligadas à sacarose, também através de ligações α-(1,6) glicosídicas, respectivamente em estaquiose e verbascose ., Os Transgalacto-oligossacáridos são outro tipo de galacto-oligossacáridos que podem ter efeitos prebióticos em suínos Jovens e são sintetizados comercialmente a partir das acções de transglicosilação das β-glicosidases na lactose, criando polímeros β-(1,6) de galactose ligados a uma unidade terminal de glicose através de uma ligação glicosídica α-(1,4). No entanto, transgalacto-oligossacáridos não são sintetizados naturalmente .Fructo-oligossacáridos, ou fructans, são cadeias de monossacáridos de frutose com uma unidade terminal de glicose e estão classificados como inulinas ou levanos ., A inulina é encontrada principalmente em dicotiledóneas, enquanto os levanos são encontrados principalmente em monocotiledóneas . Os Fructo-oligossacáridos não são hidrolisados no intestino delgado devido às ligações β entre os seus monómeros, mas podem ser fermentados em ácido láctico e SCFA no intestino grosso . A inulina ocorre naturalmente em cebolas, alho, espargos, bananas, alcachofra de Jerusalém, trigo e chicória como um hidrato de carbono armazenado . A inulina é constituída por unidades β-d-fructofuranosiladas por ligações glicosídicas β-(2,1) e tem um DP que varia entre 2 e 60 ., O polímero é composto por resíduos de frutose presentes na forma de anel furanose e muitas vezes tem uma unidade terminal de sacarose na extremidade redutora . Levans são frutanos que têm uma duração média de 10 a 12 unidades de frutose ligados por ligações β-(2,6) ligações, mas pode ter um DP de mais de 100.000 unidades de frutose, e são encontradas em bactérias frutanos e, em muitos monocotyledons ., Levans são derivados do transglycosylation reações catalisadas pela enzima levansucrase que é secretada por certas bactérias e fungos que, de preferência, use o d-glycosyl unidade de sacarose, assim, a conversão de sacarose para levans com β-(2,1) vinculada lado cadeias . Polissacáridos contendo um número significativo de ligações β-(2,1) também podem ser referidos como “levan” . Um terceiro tipo de fructans, chamado graminan-type fructans, contém uma combinação de ambas as ligações β-(2,1) e β-(2,6) e estão presentes em trigo e cevada .,os oligossacáridos de Mannan são compostos por polímeros de manose derivados de paredes celulares de levedura e estão localizados na superfície exterior das paredes celulares de levedura ligadas a β-glucanos da matriz interna através de ligações glicosídicas β-(1,6) e β-(1,3). Os oligossacáridos de Mannan e os fruto-oligossacáridos podem comportar-se como prebióticos devido aos seus efeitos benéficos para a saúde no hospedeiro, estimulando o crescimento ou a actividade de certas bactérias no intestino grosso ., Tem sido sugerido que os oligossacáridos de mannan regulam a resposta a desafios imunológicos por porcos e podem prevenir a hiperestimulação do sistema imunológico do animal hospedeiro após uma infecção .polissacáridos
polissacáridos
polissacáridos são hidratos de carbono de elevada massa molecular que são polímeros de monossacáridos . Os polissacáridos são compostos de polímeros de açúcar que variam em tamanho e podem ser lineares ou ramificados . O DP varia com o tipo de polissacárido e pode variar de 7.000 a 15.000 em celulose e até mais de 90.000 em amilopectina ., Os polissacarídeos podem ser classificados como homopolysaccharides se eles contêm apenas um tipo de resíduo de açúcar (por exemplo, amido, glicogênio e celulose) ou como heteropolysaccharides se contiverem dois ou mais tipos diferentes de açúcar resíduos em sua estrutura (por exemplo, arabinoxilanos, glucomannans, e o ácido hialurônico; 2). Os polissacáridos estão presentes em grandes quantidades em dietas de suínos e são divididos em polissacáridos amiláceos, glicogénios e não amiláceos (NSP) .,o amido pode ser linear ou ramificado e é a forma de armazenamento de hidratos de carbono nas plantas, enquanto o glicogénio é altamente ramificado e está presente apenas no tecido animal, principalmente no músculo e no fígado . O amido é um dos carboidratos mais abundantes na natureza . É sintetizado para armazenar energia para o crescimento das plantas e é armazenado em sementes, tubérculos, raízes, caules, folhas e alguns frutos . O amido é um polímero de D-glucose que é composto por dois tipos de moléculas, amilose e amilopectina(Fig. 3) ., A amilose é um polímero linear curto de glucose com um DP médio de 1000 unidades de glucose ligadas por ligações α-(1,4). A amilopectina contém cadeias maiores de glucose com DP de 10 000 a 100 000 pontos de ramificação nas ligações α-(1,6) para cada 20 a 25 unidades de glucose . O número total de ligações α-(1,6) é apenas de quatro a cinco % do total de ligações glicosídicas na amilopectina . O amido nativo contém ambas as formas como grânulos semi-cristalinos de proporções variáveis de amilose e amilopectina, dependendo da fonte vegetal ., Os grânulos de amido têm diferentes composições estruturais e químicas, dependendo da espécie vegetal e da parte da planta onde está localizada . O tamanho dos grânulos de amido influencia a superfície-volume, e pequenos grânulos, maior a superfície-volume, resultando em mais área de superfície para a hidrólise enzimática no trato digestivo . A digestão do amido começa na boca onde a α-amilase salivar é secretada, que actua apenas nas cadeias lineares de amilose e amilopectina ligadas ao α-(1,4), até que esta enzima seja desactivada pelo baixo pH do estômago ., Grandes quantidades de pâncreas α-amilase específicos apenas para o α-(1,4) ligações são secretadas para o lúmen duodenal, produção de maltose e maltotriose como os produtos de luminal amylose e amilopectina digestão, juntamente com os aminoácidos de oligossacarídeo α-dextrina, resultante da hidrólise parcial do amilopectina devido à incapacidade de α-amilase de apegar-se a α-(1,6) ligações . A digestão do amido é completada por oligossacaridases (ou seja, α-glucosidases), expressas por glândulas no intestino delgado. Estas α-glucosidases incluem complexos de sacarose-isomaltase e maltase-glucoamilase ., Ambos os complexos têm diferenças no seu grau de especificidade para os produtos da digestão Da α-amilase e clivam as ligações α-(1,4) e α-(1,6) em α-dextrina de forma complementar, produzindo glucose livre que é transportada para os enterócitos .
estrutura química da amilose, amilopectina e celulose. Adaptado de Bach Knudsen et al.,
o Amido pode ser dividido em três tipos: Tipo A fécula tem uma estrutura aberta e está presente em cereais; Tipo B, o amido está presente em tubérculos, e parece ser mais compacto; e Tipo C, o amido é uma combinação dos tipos A e B amido e está presente em legumes . Os grânulos de amido em batatas em bruto e em bananas verdes com elevado teor de amilose resultam em grânulos mais bem embalados, mais insolúveis e resistentes à digestão, em comparação com grânulos contendo amilopectina, mais ramificados e menos bem embalados ., No milho, trigo e batata, a fécula pode conter aproximadamente 20% de amilose e 80% de amilopectina . No entanto, o milho ceroso pode ter amido contendo cerca de 100% de amilopectina, enquanto que o milho amilose elevado pode conter até 75% de amilose . Portanto, o amido nem sempre pode ser digerido por α-amilase a menos que os grãos de cereais sejam alterados por processamento físico (por exemplo, moagem de moagem ou roletes) e aquecimento (por exemplo, granulação, expansão ou extrusão) .,uma parte do amido não é digerida pela α-amilase ou pelas enzimas da borda do pincel e pode ser submetida a fermentação microbiana no intestino grosso; isto é referido como amido resistente (RS) . O amido pode resistir à digestão porque é fisicamente inacessível devido ao isolamento dentro de células planas inteiras ou matrizes (isto é, RS-1). O amido nativo ou não cozido (RS-2) também resiste à digestão por causa da estrutura cristalina não gelatinizada do granulado, e o amido retrógrado (RS-3) resiste à digestão porque é rapidamente resfriado depois de ter sido gelatinizado por aquecimento., Se o amido for quimicamente modificado, também pode resistir à digestão e é referido como RS-4 . O amido resistente serve como um substrato para a fermentação colônica, mas independentemente da quantidade que entra no fundo, o amido é geralmente totalmente fermentado no fundo . Os ingredientes contendo amido conterão naturalmente RS, mas a quantidade e o tipo de amido influenciarão a proporção de amido total que é RS . A transformação pode influenciar a proporção de amido resistente à digestão e os valores do RS variam tipicamente de 0 a 19% na maioria dos grãos de cereais e de 10% a 20% nas leguminosas (Quadro 1) ., Cozinhar ou Amadurecer diminui a quantidade de RS em frutas ou vegetais crus ou imaturos, como bananas verdes e batatas .
de Glicogênio, uma α-(1,4)-d-glucano, com α-(1,6) vinculada ramos, tem um maior grau de ramificação, em comparação com amilopectina e está presente nos tecidos animais, principalmente no músculo esquelético e fígado . Consequentemente, apenas os suínos alimentados com dietas contendo produtos animais consumirão glicogénio., Os pontos de ramo do glicogênio ocorrem após uma média de 8 a 10 unidades glicosiladas . Um polímero de glicogênio pode conter até 100.000 unidades de glicose . A digestão do glicogénio é semelhante à da amilopectina, o que resulta na absorção de glucose no intestino delgado . A extensa ramificação do glicogênio aumenta sua solubilidade, o que permite que a glicose seja mobilizada mais prontamente .,polissacáridos
polissacáridos de não amido
polissacáridos de não amido estão principalmente presentes nas paredes celulares primárias ou secundárias das plantas e consistem em polissacáridos solúveis e insolúveis que, ao contrário do amido, não contêm unidades glicosiladas de α-(1,4) ligadas . As paredes celulares primárias em torno das células em crescimento são compostas principalmente por polissacáridos e algumas proteínas estruturais, enquanto as células maduras que já se diferenciaram são cercadas por paredes celulares secundárias que também contêm polissacáridos e proteínas, juntamente com lignina e uma maior quantidade de celulose ., Os polissacáridos da parede celular consistem em pentoses (arabinose e xilose), hexoses (glicose, galactose e manose), 6-desoxihexoses (rhamnose e fucose) e ácidos uronicos (glucurônicos e galacturônicos) . Estes componentes podem existir nas suas formas de piranose e furanose e formar ligações α – Ou β em qualquer um dos seus grupos hidroxilo disponíveis, resultando numa vasta gama de superfícies funcionais, adaptando numerosas formas tridimensionais . Os resíduos fenólicos da lignina ou das suas cadeias laterais hidroxil podem também ligar-se a ligações glicosídicas da NSP ., Os polissacáridos de não amido podem adquirir propriedades hidrofóbicas ligando-se à lignina e à suberina, enquanto que o grau de esterificação dos ácidos urónicos pode influenciar as suas propriedades iónicas . A suberina, uma mistura complexa hidrofóbica de ácidos gordos hidroxilados e ésteres gordos, está presente nos tecidos vasculares que proporcionam uma barreira insolúvel durante o desenvolvimento normal e em resposta a infecções fúngicas ou feridoras . Os polissacáridos de não amido também podem ser classificados como solúveis e insolúveis, quando o termo “solúveis” se refere à solubilidade do NSP em água ou em soluções alcalinas fracas .,os NSPs mais comuns nas paredes celulares são a celulose e polissacáridos não celulósicos (NCP) . Em média, o teor de celulose das paredes celulares primárias é de 20% a 30%, enquanto que as paredes celulares secundárias podem conter até 50% de celulose . As paredes celulares primárias são depositadas entre a lamela média e a membrana plasmática durante o crescimento celular, enquanto certas células especializadas depositam uma camada interna mais espessa chamada parede celular secundária no início da diferenciação . A celulose é constituída por unidades d-glucopiranosil lineares de β-(1,4)-ligações com um DP que varia de 500 a 14.000., As unidades lineares de celulose são estabilizadas por ligação de hidrogênio entre resíduos de glicose adjacentes, formando um arranjo organizado de moléculas de celulose dentro dos microfibrils (Fig. 3) . Regiões cristalinas são formadas quando os microfibrilos de celulose altamente organizados são alinhados paralelamente um ao outro para permitir a ligação máxima de hidrogênio, enquanto as seções paracristalina ou amorfa são formadas em regiões que são menos organizadas ., A estrutura tridimensional formada pela estrutura linear e não-ramificada da celulose forma os microfibrils que dão a estrutura das paredes celulares da planta . As regiões amorfas menos organizadas da celulose são hidrolisadas pelas endoglucanases, produzindo cadeias que são hidrolisadas por exoglucanases (isto é, celobiohidrolases) . O dissacarídeo resultante, a celobiose, é hidrolisado pela β-glucosidase para produzir dois monómeros de glucose .,
Altamente ramificada NCP consistem heteropolymers de pentoses e hexoses, o mais comum dos quais é chamado de um xylan, ou uma cadeia de β-(1,4) vinculada d-xylopyranosyl unidades com cadeias que são geralmente compostos de ʟ-arabinofuranosyl, d-galactopiranosil, d-glucuronopyranosyl, e/ou 4-O-metil-d-glucuronopyranosyl unidades . Polissacáridos não celulósicos também podem conter ácidos urônicos derivados de glicose e galactose, dando a capacidade de formar sais com Ca e Zn ., Os polissacáridos não celulósicos servem frequentemente como polissacáridos estruturais em tecidos vegetais e estão estreitamente associados à celulose e à lignina .a lignina não é um hidrato de carbono, mas está associada a polissacáridos da parede celular . Consiste em unidades polimerizadas de fenilpropano (isto é, coniferil, p-cumaril e álcoois sinapil) ligadas por ligações éter e carbono-carbono em um padrão tridimensional irregular . Uma parede celular lignificada pode consistir de uma fina camada primária, seguida por uma grossa camada secundária multilamelar que é alta em celulose, e possivelmente uma terceira camada ., A lignina pode ligar-se a polissacáridos através da formação de ligações covalentes com resíduos de açúcar ou ácidos ferúlicos esterificados a estes polissacáridos . A lignificação ocorre somente após a divisão celular, expansão celular e alongamento celular cessarem e, portanto, constitui uma diferenciação terminal, que é tipicamente seguida pela morte celular programada . A lignina impede a degradação bioquímica e danos físicos nas paredes celulares cimentando e ancorando microfibrilhas de celulose e outros polissacáridos de matriz, assim, reforçando a integridade estrutural da parede celular ., A lignina também serve como barreira para patógenos e pragas . Os tecidos vegetais tornam-se lignificados ou lenhosos quando a concentração de lignina é elevada . A lignina está mais concentrada na camada exterior de casca dos grãos em comparação com as paredes celulares de endosperma, como é evidente nas elevadas concentrações nos subprodutos de ingredientes (Tabela 2).