有機(jī)化學(xué)教學(xué)材料-03補(bǔ)充材料

1、王楊 化學(xué)042 041001321寡糖內(nèi)容提綱概述種類功能測(cè)定方法制備方法結(jié)語寡糖又稱低聚糖( Oligosaccharide) 。是一類由210個(gè)單糖單位以糖苷鍵相連形成的糖分子,一般構(gòu)成單元為五碳糖或六碳糖。 其分子通式一般可表示為( C6H10O5) n,n 為210,分子量約3002 000 Da。寡糖具有低熱、穩(wěn)定、安全無毒、無殘留等理化性質(zhì),但具體的理化性質(zhì)在很大程度上取決于各類寡糖的化學(xué)組成。寡糖概述寡糖的種類目前已確認(rèn)的寡糖有 1 000 多種。根據(jù)單糖的數(shù)目可以將寡糖分為雙糖、三糖、四糖、五糖、六糖等。重要的雙糖有蔗糖、乳糖、麥芽糖、纖維雙糖；重要的三糖有棉子糖；重要的四糖

2、有水蘇糖。根據(jù)組成的單糖類型是否相同分為均一寡糖( Homooligosaccharide) 和不均一寡糖( Heterooligo- saccharide) 。根據(jù)是否存在半縮醛羥基分為還原性寡糖和非還原性寡糖。根據(jù)寡糖的生物學(xué)功能分為普通寡糖和功能性寡糖。寡糖的種類普通寡糖中有我們所熟悉的蔗糖、麥芽糖、 乳糖、海藻糖、環(huán)糊精及麥芽寡糖等。 功能性寡糖包括果寡糖、木寡糖、甘露寡 糖、葡萄寡糖、寡乳糖等。寡糖的種類-功能性寡糖果寡糖（Fructooligosaccharides,FOS）,是在蔗糖分子 上以-1，2糖苷鍵結(jié)合數(shù)個(gè)D-果糖所形成的一組低聚糖總稱。木寡糖(Xylooligosacc

3、harides,XOS)，是幾個(gè)D-木糖或 其他五碳糖或六碳糖與D-木糖4位生成糖苷鍵而形成的寡糖。甘露寡糖(Manoligosaccharides,MOS)，是幾個(gè)甘露糖分 子或甘露糖與葡萄糖通過-1，2、-1，3、-1，4、 -1，6糖苷鍵形成的寡糖。寡糖的種類-功能性寡糖葡萄寡糖(Glucooligosaccharides,GOS)，是 葡萄糖分子通過-1，2、-1，3、-1，6糖 苷鍵（-葡萄寡糖）或通過-1，3、-1，6 糖苷鍵（-葡萄寡糖）形成的寡糖。寡乳糖(Galactooligosaccharides,GAS)，是蔗 糖的葡萄糖分子上通過-1，6糖苷鍵結(jié)合幾個(gè) 半乳糖形成的一類

4、寡糖。寡糖的功能天然的寡糖大部分存在于高等植物的糖苷、動(dòng)物的血漿糖蛋白和糖脂中，作為具有比較復(fù)雜構(gòu)造的生物體成分的構(gòu)成因子而起作用。 普通寡糖可以被機(jī)體消化吸收，產(chǎn)生能量， 對(duì)腸道有益菌生長(zhǎng)無促進(jìn)作用。各種功能性寡糖的功能都類似。寡糖能夠抑制細(xì)菌、真菌， 同時(shí)對(duì)腫瘤細(xì)胞有抑制作用。在疾病治療、營養(yǎng)與保健、畜牧養(yǎng)殖、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)及抗病等方面的應(yīng)用具有巨大潛力。寡糖的功能-功能性寡糖 1、疾病治療寡糖具有抗腫瘤、抗黏附、抗休克、抗過敏、平 喘及保護(hù)肝臟的作用，還能增強(qiáng)機(jī)體的抗感染能 力，對(duì)神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)也有一定的藥理作用。 也有研究表明，從菊科植物芙蓉菊的枝和葉中分離得到的芙蓉菊多糖經(jīng)水解，得到的

5、寡糖組分可以促進(jìn)胰島素的分泌。寡糖的功能-功能性寡糖2、營養(yǎng)與保健 在一些國家寡糖被稱為“特定健康食品”。寡糖作 為一種雙歧桿菌促進(jìn)因子可以促進(jìn)雙岐桿菌增殖, 改善腸內(nèi)環(huán)境，促進(jìn)礦物質(zhì)吸收。此外寡糖不升 高血糖，可以降低血脂，預(yù)防蟲牙。寡糖的功能-功能性寡糖3、畜牧養(yǎng)殖多年來，飼料中都添加抗生素,其主要目的是控制動(dòng)物體內(nèi)的細(xì)菌數(shù)量,改 進(jìn)生長(zhǎng)效率及飼料利用率。尤其是在普遍飼養(yǎng)管理方式不良及高密度飼養(yǎng) 的環(huán)境下，很容易有疾病爆發(fā)的的可能性，所以更需要添加預(yù)防性的抗生 素。 但在動(dòng)物餌料中使用抗生素藥物, 會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物產(chǎn)生抗藥性,尤其對(duì)水生動(dòng)物 還會(huì)造成不耐長(zhǎng)途運(yùn)輸。寡糖是一種無殘留和無抗藥性的新型

6、抗生素。飼料中添加適量的寡糖, 可以提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速度，改善動(dòng)物的健康狀況，提高飼料轉(zhuǎn)化率，提高動(dòng)物對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收率,增強(qiáng)動(dòng)物的抗病力和免疫力等。 還有研究發(fā)現(xiàn)在鯉魚的基礎(chǔ)餌料中,添加寡糖可以顯著地提高鯉魚的生長(zhǎng)速度和餌料利用率，同時(shí)對(duì)鯉魚的耐長(zhǎng)途運(yùn)輸能力沒有影響。寡糖的功能-功能性寡糖 4、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)及抗病 （1）生長(zhǎng)調(diào)節(jié) 以殼寡糖為例。殼寡糖是一種新的植物激素: 一方面,在植物體內(nèi)可作為激活甲殼素酶的誘導(dǎo)物,而甲殼素酶 可將甲殼素降解為甲殼四糖以上的寡糖片斷，由這些寡糖片斷再誘發(fā)植物防御素，從而具有阻礙病原菌生長(zhǎng)繁殖的功能。 另一方面，殼寡糖又能調(diào)節(jié)植物基因的關(guān)閉和開放，促進(jìn)植物細(xì)胞的

7、活化，刺激植物的生長(zhǎng)。寡糖的功能-功能性寡糖（2）抗病殼寡糖是一種良好的生物源農(nóng)藥,它能夠誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗 病性, 具備一定的殺菌效果,并能夠提高其他一些殺蟲劑 的殺蟲效果。 此外，葡萄寡糖、半乳糖醛酸寡糖，也是常見的能激活 植物自衛(wèi)系統(tǒng)的激活劑。這些寡糖都是無毒、無公害的 新農(nóng)藥。寡糖的測(cè)定方法 1、寡糖的分離方法 （1）色譜法 研究表明采用高效液相色譜法( HPLC) 結(jié)合薄層 色譜法( TLC) 對(duì)甲殼胺寡糖有良好的分離效果。 而反相色譜能將寡糖衍生物較好的分離，能夠在 質(zhì)譜圖上得到很好的序列信息。寡糖的測(cè)定方法采用衍生化使寡糖帶上發(fā)色熒光基團(tuán)或電荷 與硼酸鹽等絡(luò)合 與緩沖溶液中的添加劑形

8、成配合物，使之在高pH 緩沖條件下電離 加入表面活性劑使之形成膠束 （2）毛細(xì)管電泳( CE) 法寡糖類化合物產(chǎn)生電遷移得以相互分離 寡糖的測(cè)定方法 （3）柱層析法柱層析法主要有活性碳柱層析法、纖維柱層析 法、硅膠柱層析法。進(jìn)行柱層析法時(shí)，對(duì)于不同的寡糖可采用不同 的介質(zhì)，再根據(jù)不同的介質(zhì)選擇不同的柱層析 法。寡糖的測(cè)定方法2、寡糖的結(jié)構(gòu)分析方法（1）化學(xué)方法 包括甲基化分析、Smith 降解、過碘酸氧化、乙 酰解、三氧化鉻氧化等。（2）物理方法 包括核磁共振波譜、質(zhì)譜、電泳、酶學(xué)方法等。寡糖的制備方法獲得寡糖的主要途徑有從天然原料中提取、人工化學(xué)合 成、酶法合成三種。從天然原料中提取未衍生化

9、的寡糖產(chǎn)品十分困難。目前,適用于此法制造的寡糖有棉籽糖( 從甜菜甜蜜中提取) 、大豆寡糖( 從大豆乳清中提取)、黑曲霉寡糖( 從菌體中抽提)等。 化學(xué)合成法的化學(xué)反應(yīng)條件十分嚴(yán)格、不易控制、后處理 也繁瑣，而且主要限于寡糖的物化特性研究，所以不夠理 想。從食品工業(yè)角度看，作為一種大量使用的功能性基料 必須考慮寡糖的生產(chǎn)成本。因此更實(shí)用的方法是利用生物 技術(shù)即酶法合成來生產(chǎn)各種寡糖。 寡糖的制備方法-酶法合成酶法合成寡糖是目前大量合成寡糖的唯一有效方法。普通動(dòng)物來源的糖酶含量低、難以純化制取、穩(wěn)定性差， 目前多選取微生物酶源。微生物酶制劑主要包括：糖苷轉(zhuǎn)移酶類、糖苷水解酶類及 磷酸化酶類三種。用

10、來合成寡糖的原料主要為淀粉、蔗糖、乳糖等。這 些原料來源充足, 價(jià)格便宜, 并可以綜合利用。寡糖的制備方法-酶法合成1 、 微生物糖苷轉(zhuǎn)移酶類(1) 種類、來源、特點(diǎn) 目前工業(yè)化合成寡糖使用的糖基轉(zhuǎn)移酶主要是環(huán)狀糊精合成酶、-葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶、-葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶、果糖基轉(zhuǎn)移酶等。這些酶一般是從黑曲霉(Aspergillus niger)、米曲霉(Aspergillus oryzae)、Sporoboromyces菌、Rahnella菌等菌株中提取的。由于這類酶制劑多屬胞內(nèi)酶，專一性較高，因此如用于寡糖的生產(chǎn)則產(chǎn)品具有較高的純度。寡糖的制備方法-酶法合成(2)作用機(jī)制糖苷轉(zhuǎn)移酶是在以糖核苷酸作為底物

11、，ATP水解提供能量的情況下來合成各種寡糖的。如寡乳果糖的合成是以蔗糖和乳糖為原料，用糖基轉(zhuǎn)移酶催 化而成。它的合成途徑主要有兩種： 利用半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶將乳糖分解產(chǎn)生的-半乳糖基轉(zhuǎn)移 到蔗糖中葡萄糖的C4羥基上，如Rahnella菌產(chǎn)生的某些酶類。 利用果糖基轉(zhuǎn)移酶將蔗糖分解產(chǎn)生的果糖基轉(zhuǎn)移至乳糖還 原性末端的C1羥基上，適合的酶類有納豆芽孢桿菌 (Bacillus natto)產(chǎn)生的果聚糖蔗糖酶(Levansucrase) 。寡糖的制備方法-酶法合成(3)運(yùn)用狀況由于微生物糖基轉(zhuǎn)移酶產(chǎn)量一般較低，同時(shí)酶的穩(wěn)定性又相當(dāng)差，因此在工業(yè)上運(yùn)用較少。但這類酶的專一性較高，一旦用于某種寡糖生產(chǎn)則產(chǎn)品會(huì)

12、具有較高的純度?，F(xiàn)階段主要的產(chǎn)品有低聚乳果糖、低聚果糖、各種纖維低聚等。如工業(yè)上生產(chǎn)低聚果糖，就是采用黑曲霉(Apergillus niger)等產(chǎn)生的果糖轉(zhuǎn)移酶作用于高濃度(50 60)的蔗糖溶液，經(jīng)過一系列的酶轉(zhuǎn)移作用而獲得低聚果糖產(chǎn)品，這一產(chǎn)品經(jīng)過活性炭脫色、膜分離技術(shù)和離子交換等手段提純可得寡糖含量高達(dá)95左右的高純度產(chǎn)品。寡糖的制備方法-酶法合成2 、 微生物糖苷水解酶類 (1)種類、特點(diǎn)、來源 微生物糖苷水解酶種類比較多，除真菌外，細(xì)菌、酵母菌都能產(chǎn)生大量的糖苷水解酶?，F(xiàn)在生產(chǎn)上運(yùn)用較多的糖苷水解酶類主要有：葡萄糖苷酶、脫脂酶、 -半乳糖苷酶、 -半乳聚糖酶、 -呋喃果糖苷酶等 。

13、相對(duì)于糖基轉(zhuǎn)移酶，一般微生物糖苷水解酶都具有良好的穩(wěn)定性，且易于分離制備，因此更廣泛地運(yùn)用于功能性寡糖的生產(chǎn)。 寡糖的制備方法-酶法合成 目前用于合成低聚糖的產(chǎn)-半乳糖苷酶的微生物主要 有： Mortielera vinacea、M vinacea、 Pseudomonas、 Pycnoporuscinnabarinus、 Asporyzae 、 Asporyzae 、 Triharzianum 、 Cryptococuus laurentii、 Lipomyces starkeyi和Pcitrinum 等； 用于產(chǎn)-呋喃果糖苷酶的微生物主要有: 節(jié)桿菌(Arthrobacter spK1)、

14、日本曲菌(Aspergillus japonicus)等； 用于產(chǎn)半乳糖苷酶的微生物主要有: 脆臂酵母乳、酸克魯維酵母、脆臂克魯維酵母(Kfragi)、 乳糖酵母、米曲霉、黑曲 霉(Aniger)及環(huán)狀芽孢桿菌等。 寡糖的制備方法-酶法合成(2)作用機(jī)制 微生物糖苷水解酶合成低聚糖的基本理論是首先形成酶和單糖的復(fù)合 物，通過催化水解反應(yīng)，斷開糖苷鍵，以水分子或其它糖醇作為糖基 受體化合物，同時(shí)轉(zhuǎn)化糖基，使未經(jīng)衍生的單糖和低聚糖合成糖苷 鍵，從而生成新的低聚糖產(chǎn)物。如用-半乳糖苷酶來生產(chǎn)低聚乳糖 時(shí)，反應(yīng)至少分以下三步進(jìn)行： 酶+乳糖=酶-乳糖 酶-乳糖=半乳糖苷-酶+葡萄糖 半乳糖苷-酶+受體

15、=半乳糖苷-受體+酶 反應(yīng)第三步酶將半乳糖苷轉(zhuǎn)移給含羥基的親核受體。當(dāng)受體是水時(shí)則 生成半乳糖;受體是糖時(shí)，則生成二糖、三糖和其它相應(yīng)的半乳糖苷 低聚糖。同時(shí)這些產(chǎn)物又可以作為底物被酶緩慢水解。因此乳糖的水 解反應(yīng)可視為是半乳糖苷轉(zhuǎn)移反應(yīng)的特殊情況，即以水為半乳糖苷的 受體。寡糖的制備方法-酶法合成微生物糖苷水解酶在生產(chǎn)中的運(yùn)用比較多，而且技術(shù)都比較成熟利用-葡萄糖苷酶生產(chǎn)低聚異麥芽糖利用節(jié)桿菌產(chǎn)生的-呋喃果糖苷酶生產(chǎn)低聚乳果糖、低聚半乳糖、蔗果四糖及蔗果五糖 利用脫脂酶生 產(chǎn)環(huán)狀糊精 利用-半乳糖苷 酶生產(chǎn)棉子糖和 蜜二糖(3)運(yùn)用狀況寡糖的制備方法-酶法合成3 、 微生物磷酸化酶(1)種類

16、、來源、特點(diǎn) 目前用于低聚糖合成的微生物磷酸化酶主要有三類： 蔗糖磷酸化酶、麥芽糖磷酸化酶和纖維二糖磷酸化酶。產(chǎn)蔗糖磷酸化酶的主要微生物有: Pseudomonas sacharophila、Pputrefaciens、 Clostridium pasteurinum 、Acetobacter xylinum 、Pullulans 和Leuconostoc mesenteroides菌等； 產(chǎn)麥芽糖磷酸化酶的微生物有: Neisseria meningitidis和Lactillus brevis菌等； 產(chǎn)纖維二糖磷酸化酶的微生物目前只報(bào)到了一種: Clostridium thermocellum 。微生物磷酸化酶底物特異性較高，合成的低聚糖均為雙糖。寡糖的制備方法-酶法合成(2)作用機(jī)制以蔗糖磷酸化酶為例來說明這類酶的作用基理。研究證明該酶能夠催化兩種類型的轉(zhuǎn)移反應(yīng):將葡萄糖-1-磷酸的D-葡萄糖轉(zhuǎn)移到受體化合物上，如它能夠以G-1-P和D-果糖為底物合成蔗糖。葡萄糖-1-P+受體=葡萄糖-受體+磷酸將蔗糖的D-葡萄糖轉(zhuǎn)移到受體糖分子上。蔗糖+受體=葡萄糖-受體+D