聚糖的化学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

高级生物化学高级生物化学第一章 聚糖化学 朱永宁编辑朱永宁编辑第第1页页本章目录本章目录1.1 1.1 糖生物学糖生物学1.2 1.2 寡糖研究寡糖研究1.3 1.3 多糖研究多糖研究l1.3.1 1.3.1 均一多糖均一多糖l1.3.2 1.3.2 不均一多糖不均一多糖1.4 1.4 复合多糖复合多糖1.5 1.5 多糖分离纯化多糖分离纯化1.6 1.6 多糖含量测定多糖含量测定高级生物化学高级生物化学第第2页页糖知识回想糖知识回想糖类物质糖类物质多羟基醛或酮化合物、聚合物多羟基醛或酮化合物、聚合物或衍生物。或衍生物。依据分子大小分类依据分子大小分类单糖、寡糖、多糖；单糖、寡糖、多糖；依据组成份类依据组成份类均一多糖、杂多糖、均一多糖、杂多糖、糖蛋白、糖脂等。糖蛋白、糖脂等。高级生物化学高级生物化学第第3页页1.1 1.1 糖生物学糖生物学19881988年，牛津大学生化系德韦克在年，牛津大学生化系德韦克在生化年生化年评评上上,提出了提出了“糖生物学糖生物学”(Glycobiology)Glycobiology)概念概念,并发表了题为并发表了题为糖生糖生物学物学综述。综述。高级生物化学高级生物化学第第4页页糖链多样性和复杂性糖链多样性和复杂性4 4 种核苷酸每种核苷酸每3 3个一组，可组成：个一组，可组成：4 43 3=64=64 个三联体密码个三联体密码而而4 4种己糖则可组成：种己糖则可组成：3 3万各种寡糖链。万各种寡糖链。所以，糖链结构含有极端复杂特征所以，糖链结构含有极端复杂特征糖链信息量大：糖链信息量大：糖链所包含信息量远远大于核糖链所包含信息量远远大于核酸和蛋白质酸和蛋白质（甚至大几个数量级）（甚至大几个数量级）高级生物化学高级生物化学第第5页页l活性多聚糖：如：活性多聚糖：如：血管内皮细胞血管内皮细胞白细胞黏白细胞黏附分子附分子（E-E-选择蛋白），能识别白细胞表面选择蛋白），能识别白细胞表面SLexSLex抗原抗原(四聚糖表面抗原）。四聚糖表面抗原）。l当组织受损或感染时，当组织受损或感染时，白细胞经过其表面白细胞经过其表面SLexSLex抗原黏附于血管内皮细胞表面抗原黏附于血管内皮细胞表面白细胞黏白细胞黏附分子上附分子上进入受损组织，进而杀灭入侵病原进入受损组织，进而杀灭入侵病原体。体。l但过多但过多白细胞聚集，会引发炎症及类风湿等白细胞聚集，会引发炎症及类风湿等本身免疫性疾病。本身免疫性疾病。高级生物化学高级生物化学第第6页页美籍华裔科学家美籍华裔科学家王启辉王启辉首先用酶法合成了首先用酶法合成了SLexSLex（4 4聚糖聚糖表面抗原表面抗原)；之前推算价格：之前推算价格：2020亿美元亿美元/千克。经他合千克。经他合成后，价格降低了成后，价格降低了3 34 4个数量级，并已由个数量级，并已由凯特尔凯特尔(Cytel)(Cytel)企业生产。企业生产。今后，格力斯迈德今后，格力斯迈德(Glycomed)(Glycomed)企业从甘草企业从甘草中，发觉了中，发觉了SLexSLex类似物类似物-甘草素，甘草素，可识别可识别E-E-选择蛋白，所以封闭血管内皮细胞表面选择蛋白，所以封闭血管内皮细胞表面E-E-选择蛋白，因而可抑制白细胞聚集，从选择蛋白，因而可抑制白细胞聚集，从而到达而到达抗炎抗炎目标。目标。高级生物化学高级生物化学第第7页页1.1.1 1.1.1 多糖多糖 (polysaccharides,PS)(polysaccharides,PS)多聚糖广泛地存在于动物、高等植物、微生多聚糖广泛地存在于动物、高等植物、微生物物(细菌和真菌细菌和真菌)及海藻等机体中。及海藻等机体中。多糖生物活性、功效及特点：多糖生物活性、功效及特点：复杂、多样复杂、多样比如：比如：广谱免疫促进剂，含有免疫调整功效广谱免疫促进剂，含有免疫调整功效 如：可治疗风湿病、病毒性肝炎、癌症等免疫如：可治疗风湿病、病毒性肝炎、癌症等免疫系统疾病；能抗爱滋病病毒；含有抗感染、抗系统疾病；能抗爱滋病病毒；含有抗感染、抗放射、抗凝血、降血糖、降血脂等疗效；放射、抗凝血、降血糖、降血脂等疗效；高级生物化学高级生物化学第第8页页 促进核酸与蛋白质生物合成促进核酸与蛋白质生物合成 可控制细胞分裂和分化，调整细胞生长可控制细胞分裂和分化，调整细胞生长与衰老；与衰老；毒性较低毒性较低我国对多糖活性功效研究起步较晚，但我国对多糖活性功效研究起步较晚，但近十几年来取得了较大进展，有大量活近十几年来取得了较大进展，有大量活性多糖被发觉，并证实均含有广泛生物性多糖被发觉，并证实均含有广泛生物功效。功效。高级生物化学高级生物化学第第9页页研究发觉：研究发觉：多糖活性与其结构亲密相关多糖活性与其结构亲密相关相关原因：l与单糖种类、糖苷键类型相关；l与多糖取代基，尤其是硫酸基取代度与取代位置相关；l与多糖空间结构相关；l与多糖分子量大小相关；高级生物化学高级生物化学第第10页页多糖缺点：多糖缺点：分子量大，粘度大，溶解扩散困难，结构复分子量大，粘度大，溶解扩散困难，结构复杂，所以，吸收困难，应用受限。杂，所以，吸收困难，应用受限。寡糖优点：寡糖优点：分子量小，结构简单，溶解性增强，低毒性，分子量小，结构简单，溶解性增强，低毒性，所以，稳定性和安全性很好。所以，稳定性和安全性很好。许多多糖链经断裂后，可使活性提升，许多多糖链经断裂后，可使活性提升，寡糖寡糖低毒性低毒性是多糖与其它天然活性物质所不能比是多糖与其它天然活性物质所不能比拟，所以，对寡糖研究日益受到重视。拟，所以，对寡糖研究日益受到重视。高级生物化学高级生物化学第第11页页对海洋生物活性物质开发利用，是近对海洋生物活性物质开发利用，是近3030年年发展起来。发展起来。海洋独特环境造就了众多含有特异性功效海洋独特环境造就了众多含有特异性功效活性物质。多糖在其中占有主要地位。活性物质。多糖在其中占有主要地位。海藻多糖海藻多糖因为其在海藻中含量高，原料起因为其在海藻中含量高，原料起源丰富且有保障，药理作用显著，毒副作源丰富且有保障，药理作用显著，毒副作用小，成为当前海洋药品开发热点。用小，成为当前海洋药品开发热点。经过对海藻多糖结构及生物活性研究，当经过对海藻多糖结构及生物活性研究，当前已开发出各种多糖类药品。前已开发出各种多糖类药品。高级生物化学高级生物化学第第12页页1.2 寡寡 糖糖寡糖寡糖(oligosaccharide)(oligosaccharide)由由2-202-20个单糖分子经过糖苷键连接而成化个单糖分子经过糖苷键连接而成化合物，它广泛存在于生命体内；合物，它广泛存在于生命体内；主要以糖蛋白、糖脂和糖肽等糖化主要以糖蛋白、糖脂和糖肽等糖化合物形式参加生命活动；合物形式参加生命活动；发挥生物学功效多为发挥生物学功效多为寡糖残基。寡糖残基。高级生物化学高级生物化学第第13页页功效性低聚糖功效性低聚糖低聚果糖、低聚水苏糖、低聚木糖、低聚果糖、低聚水苏糖、低聚木糖、低聚半乳糖、低聚异麦芽糖等。低聚半乳糖、低聚异麦芽糖等。功效性低聚糖吸收：功效性低聚糖吸收：人体肠胃道不含水解一些低聚糖酶系人体肠胃道不含水解一些低聚糖酶系统，故不能被消化吸收；统，故不能被消化吸收；直直接进入大肠被双歧杆菌利用，是肠接进入大肠被双歧杆菌利用，是肠道道有益菌有益菌增殖因子，所以这些功效性增殖因子，所以这些功效性低聚糖又被称为低聚糖又被称为益生元。益生元。第第14页页现已发觉在激素、抗体、维生素、生长现已发觉在激素、抗体、维生素、生长素和其它各种生物大分子中都有寡糖存素和其它各种生物大分子中都有寡糖存在。在。寡糖也存在于细胞膜表面，整个细胞膜寡糖也存在于细胞膜表面，整个细胞膜表面都覆盖有寡糖。表面都覆盖有寡糖。寡糖在生物大分子及细胞间相互作用中寡糖在生物大分子及细胞间相互作用中发挥着发挥着信号功效，桥梁作用。信号功效，桥梁作用。高级生物化学高级生物化学第第15页页 寡糖分类和结构类型寡糖分类和结构类型寡糖种类繁多，组成寡糖单糖在自然界寡糖种类繁多，组成寡糖单糖在自然界分布广；分布广；意义较大是五碳糖和六碳糖，尤其以六意义较大是五碳糖和六碳糖，尤其以六种单糖组成为多：种单糖组成为多：葡萄糖葡萄糖(glucose)(glucose)、果糖、果糖(fructose)(fructose)、半、半乳糖乳糖(galactose)(galactose)、木糖、木糖(xylose)(xylose)、阿拉、阿拉伯糖伯糖(arabinose)(arabinose)和甘露糖和甘露糖(mannose)(mannose)。高级生物化学高级生物化学第第16页页依据组成寡糖单糖种类可将寡糖分为依据组成寡糖单糖种类可将寡糖分为同源同源寡糖寡糖(均一均一)，即由同一个单糖重复成苷结，即由同一个单糖重复成苷结合而成寡糖；合而成寡糖；异源寡糖异源寡糖(不均一不均一)，即由两种或两种以上，即由两种或两种以上单糖组成寡糖及其衍生物；单糖组成寡糖及其衍生物；寡糖侧链化学修饰包含：寡糖侧链化学修饰包含：胺基化、羧基化、胺基化、羧基化、磺酸化、磷酸化等。磺酸化、磷酸化等。高级生物化学高级生物化学第第17页页 寡糖生物学活性寡糖生物学活性与多糖相比，因为寡糖分子量较小，结与多糖相比，因为寡糖分子量较小，结构简单，溶解性较强，稳定性和安全性构简单，溶解性较强，稳定性和安全性都远高于多糖；都远高于多糖；同时许多多糖链在经过不一样形式断裂同时许多多糖链在经过不一样形式断裂后，使原有后，使原有生物活性大大提升，生物活性大大提升，有些甚有些甚至至产生了特殊活性，产生了特殊活性，同时寡糖还含有同时寡糖还含有低低毒毒特征，所以当前特征，所以当前对寡糖活性对寡糖活性研究极为研究极为重视。重视。高级生物化学高级生物化学第第18页页寡糖是生物体内主要信息物质，参加寡糖是生物体内主要信息物质，参加细胞接触与识别。如：细胞接触与识别。如：l在细胞表面、细胞之间通讯，识别和相在细胞表面、细胞之间通讯，识别和相互作用；互作用；l在胚胎发育，细胞代谢，信号传递，细在胚胎发育，细胞代谢，信号传递，细胞运动与黏附，以及病原与宿主细胞相胞运动与黏附，以及病原与宿主细胞相互作用等方面起着主要作用。互作用等方面起着主要作用。高级生物化学高级生物化学第第19页页有些寡糖能有些寡糖能激活植物自我防卫系统。激活植物自我防卫系统。有些寡糖有些寡糖能诱导根瘤菌固氮作用。能诱导根瘤菌固氮作用。有些寡糖可有些寡糖可与入侵微生物上糖蛋白相结合，与入侵微生物上糖蛋白相结合，从而阻止这些微生物对人体正常细胞侵袭。从而阻止这些微生物对人体正常细胞侵袭。有些寡糖有些寡糖含有抗菌、抗病毒及提升免疫活含有抗菌、抗病毒及提升免疫活性功效。性功效。一些寡糖一些寡糖含有肝素凝血功效。含有肝素凝血功效。研究表明：血型决定族寡糖很有希望成为研究表明：血型决定族寡糖很有希望成为防治癌症药品。防治癌症药品。高级生物化学高级生物化学第第20页页寡糖含有营养保健功效寡糖含有营养保健功效 l因为人体不具备分解、消化寡糖酶系统，因为人体不具备分解、消化寡糖酶系统，在摄入之后，它极少或根本不产生热量，在摄入之后，它极少或根本不产生热量，可有效地防治肥胖病、高血压、糖尿病等。可有效地防治肥胖病、高血压、糖尿病等。l纯寡糖如：乳果糖、果聚糖、大豆低聚糖、纯寡糖如：乳果糖、果聚糖、大豆低聚糖、异麦芽糖等可造成双歧杆菌生长因子异麦芽糖等可造成双歧杆菌生长因子；l寡糖被双歧杆菌发酵寡糖被双歧杆菌发酵脂肪酸脂肪酸肠道内肠道内pHpH值下降值下降有害菌群有害菌群调整微生物群落调整微生物群落合理分布合理分布B B族维生素族维生素、促进肠蠕动、蛋、促进肠蠕动、蛋白质吸收加紧白质吸收加紧提升免疫力。提升免疫力。高级生物化学高级生物化学第第21页页寡糖研究现实状况寡糖研究现实状况寡糖原料难得、制取困难，寡糖原料难得、制取困难，比如：一些糖蛋白、糖脂上寡糖链比如：一些糖蛋白、糖脂上寡糖链许多高活性寡糖还处于试验阶段，许多高活性寡糖还处于试验阶段，制备方法：制备方法：合成或降解为主合成或降解为主分离检测技术尚不完善分离检测技术尚不完善所以，所以，寡糖研究迟缓寡糖研究迟缓第第22页页 海洋寡糖生物活性海洋寡糖生物活性海洋寡糖海洋寡糖起源于海洋生物寡糖类起源于海洋生物寡糖类代表物质：几丁寡糖、褐藻寡糖、卡拉代表物质：几丁寡糖、褐藻寡糖、卡拉胶和琼胶寡糖等。胶和琼胶寡糖等。起源丰富，结构独特，起源丰富，结构独特，结构与内源性寡糖有很多相同点，所以结构与内源性寡糖有很多相同点，所以含有巨大实用性和开发潜力。含有巨大实用性和开发潜力。高级生物化学高级生物化学第第23页页卡拉胶寡糖卡拉胶寡糖抗肿瘤活性：抗肿瘤活性：对小鼠对小鼠S S180180肉瘤含有抑制作用；肉瘤含有抑制作用；促进超氧化物歧化酶促进超氧化物歧化酶(SOD)(SOD)和过氧化氢酶和过氧化氢酶(CAT)(CAT)活性，含有抗氧化功效。活性，含有抗氧化功效。促进效果促进效果 硫酸取代硫酸取代 低低 硫酸取代硫酸取代 高高推测抗肿瘤活性主要起源于抗氧化活性、推测抗肿瘤活性主要起源于抗氧化活性、免疫调整功效。免疫调整功效。高级生物化学高级生物化学第第24页页 寡糖生物活性作用机理寡糖生物活性作用机理寡糖类生物活性通常是寡糖类生物活性通常是建立在细胞水平，建立在细胞水平，主要作为主要作为调控因子或信号传导因子调控因子或信号传导因子。当前对当前对寡糖在细胞表面受体功效区域寡糖在细胞表面受体功效区域及及准准确定位确定位功效有了较深入了解，这为发展新功效有了较深入了解，这为发展新一代寡糖药品奠定了理论基础。一代寡糖药品奠定了理论基础。寡糖类药品主要包括：寡糖类药品主要包括：分子间相互作用与分子间相互作用与契合，契合，所以所以对其结构要求非常严格。对其结构要求非常严格。特点：特点：专一性高、效力高、副作用低和抗专一性高、效力高、副作用低和抗药性低等优点。药性低等优点。高级生物化学高级生物化学第第25页页糖类化合物糖类化合物化学修饰化学修饰及其及其对生物活性影响对生物活性影响许多糖类化合物本身含有抗菌、抗病毒、许多糖类化合物本身含有抗菌、抗病毒、抗肿瘤活性，但因为毒副作用较大，限制抗肿瘤活性，但因为毒副作用较大，限制了其作为药品应用。了其作为药品应用。进行化学修饰可起到以下作用：进行化学修饰可起到以下作用：l提升生物活性，降低毒副作用，经过抗病毒、提升生物活性，降低毒副作用，经过抗病毒、参加细胞间信号传导、抑制干扰或阻断病毒参加细胞间信号传导、抑制干扰或阻断病毒复制、抑制酶活性等路径发挥药效。所以化复制、抑制酶活性等路径发挥药效。所以化学修饰被高度重视。学修饰被高度重视。高级生物化学高级生物化学第第26页页卡拉胶及其分解寡糖卡拉胶及其分解寡糖卡拉胶是由一些红藻细胞壁中提取卡拉胶是由一些红藻细胞壁中提取一个多糖一个多糖(属于细胞壁多糖属于细胞壁多糖)；我国早期称其为咖啦胶、角叉莱胶、我国早期称其为咖啦胶、角叉莱胶、麝角菜胶等，后统称为卡拉胶。麝角菜胶等，后统称为卡拉胶。第第27页页卡拉胶：一个硫酸半乳聚糖卡拉胶：一个硫酸半乳聚糖卡拉胶结构特点：卡拉胶结构特点：1,3-D1,3-D半乳糖和半乳糖和1,4-D1,4-D半乳糖交替连半乳糖交替连接形成骨架结构。接形成骨架结构。依据半乳糖中依据半乳糖中是否含有是否含有内醚内醚以及以及半乳糖上半乳糖上硫酸基硫酸基数量数量和连接和连接位置位置不一样区分为不一样区分为-、-、-、-、-、-、-七种类型。七种类型。常见卡拉胶多为常见卡拉胶多为-、-、-型型高级生物化学高级生物化学第第28页页高级生物化学高级生物化学1,3-D-半乳糖半乳糖1,4-D-半乳糖半乳糖内醚内醚第第29页页高级生物化学高级生物化学内醚内醚内醚内醚第第30页页卡拉胶基本性质卡拉胶基本性质理化性质、组成与结构：理化性质、组成与结构：溶于热水，溶于热水，不溶于有机溶剂；不溶于有机溶剂；凝胶强度和粘度：凝胶强度和粘度：受分子量、离子强度、盐、受分子量、离子强度、盐、氧化剂及其它化学物质影响。氧化剂及其它化学物质影响。卡拉胶卡拉胶(凝胶和非凝胶凝胶和非凝胶)与蛋白质反应：与蛋白质反应：经过经过硫酸基硫酸基与与离子型蛋白质分子发生离子反应离子型蛋白质分子发生离子反应。反应依赖于蛋白质反应依赖于蛋白质等电点、环境等电点、环境pHpH值、卡拉胶值、卡拉胶与蛋白质比率等。与蛋白质比率等。高级生物化学高级生物化学第第31页页卡拉胶应用卡拉胶应用卡拉胶性能优良，含有极好凝胶特征和流卡拉胶性能优良，含有极好凝胶特征和流变特征，能与其它食品胶共溶并有协同增变特征，能与其它食品胶共溶并有协同增效作用，所以，在食品、医药、日化及其效作用，所以，在食品、医药、日化及其它科研领域有着极为主要应用。它科研领域有着极为主要应用。最主要是食品添加剂最主要是食品添加剂(如凝固剂、稳定剂、如凝固剂、稳定剂、乳化剂、悬浮剂、增稠剂等乳化剂、悬浮剂、增稠剂等)，广泛应用于广泛应用于果冻、饮料、乳制品、肉制品等食品工业。果冻、饮料、乳制品、肉制品等食品工业。高级生物化学高级生物化学第第32页页卡拉胶生物学活性卡拉胶生物学活性卡拉胶是一个有效卡拉胶是一个有效体内致炎剂体内致炎剂，广泛用于各，广泛用于各种种抗炎剂检验。抗炎剂检验。卡拉胶有较强抗病毒活性。卡拉胶有较强抗病毒活性。是有效是有效抗胃蛋白酶、抗溃疡、抗凝、抗栓物抗胃蛋白酶、抗溃疡、抗凝、抗栓物质；质；含有：含有：抑制胃蛋白酶活性、保护组织、抑制抑制胃蛋白酶活性、保护组织、抑制溃疡、抗凝血、去除血脂等功效。溃疡、抗凝血、去除血脂等功效。高级生物化学高级生物化学第第33页页硒化卡拉胶硒化卡拉胶生物活性生物活性保护心脏；保护心脏；抗氧化；抗氧化；免疫调整；免疫调整；降血糖；降血糖；抗肿瘤；抗肿瘤；安全性好安全性好高级生物化学高级生物化学第第34页页海藻多糖研究与进展海藻多糖研究与进展五年前，海藻产业经济低下，出现了自五年前，海藻产业经济低下，出现了自二十世纪六十年代以来最低潮，但近几二十世纪六十年代以来最低潮，但近几年来又有了大幅度提升。年来又有了大幅度提升。第第35页页前后，支撑海藻产业褐藻胶、琼胶、卡拉胶及甘露醇价格连续下跌。比如：卡拉胶，从上个世纪八十年代中期23万元吨下降到当初34千元吨。原因：海藻产品应用面窄，是限制我国海藻工业快速发展直接原因。所以，拓宽海藻产品用途，用高新技术改造传统海藻化工产业，已成为我国当初必须面正确问题，卡拉胶高附加值化就是其主要研究议题之一。高级生物化学高级生物化学第第36页页未降解卡拉胶不足未降解卡拉胶不足分子大，粘度大，扩散困难，吸收困难；分子大，粘度大，扩散困难，吸收困难；毒性大，未等到达有效剂量就将试验动物致死。毒性大，未等到达有效剂量就将试验动物致死。所以，大大地限制了其应用。所以，大大地限制了其应用。所以，所以，对海藻多糖设计改性，降解、修饰和结构对海藻多糖设计改性，降解、修饰和结构衍变等研究，衍变等研究，是取得有主要开发价值海洋功效食是取得有主要开发价值海洋功效食品、保健品和海洋新药、增加产品技术含量，促品、保健品和海洋新药、增加产品技术含量，促进海藻化学工业蓬勃发展必由之路。进海藻化学工业蓬勃发展必由之路。近几年来在此思想指导下使卡拉胶改造研究取得近几年来在此思想指导下使卡拉胶改造研究取得了极大进展。使得今天卡拉胶功效和活性、利用了极大进展。使得今天卡拉胶功效和活性、利用价值有了大大提升，其价格也已到达了价值有了大大提升，其价格也已到达了19.5万万/吨。吨。高级生物化学高级生物化学第第37页页 大豆低聚糖大豆低聚糖大豆低聚糖主要分布于大豆胚轴中大豆低聚糖主要分布于大豆胚轴中,主要成份：主要成份：水苏糖、棉子糖。水苏糖、棉子糖。大豆水苏糖和棉子糖属于大豆水苏糖和棉子糖属于贮藏性糖类贮藏性糖类,在未在未成熟豆中几乎没有成熟豆中几乎没有,随种子成熟含量递增。随种子成熟含量递增。但当大豆发芽、发酵或者大豆贮藏温度低但当大豆发芽、发酵或者大豆贮藏温度低于于1515、60%60%相对湿度条件下相对湿度条件下,水苏糖、棉水苏糖、棉子糖含量也会降低。子糖含量也会降低。高级生物化学高级生物化学第第38页页棉子糖分子式棉子糖分子式-D-D-呋喃呋喃(型型)果糖基果糖基-O-D-O-D-吡喃半乳吡喃半乳糖基糖基-(16)-D-(16)-D-吡喃葡糖苷吡喃葡糖苷高级生物化学高级生物化学-D-果糖果糖（12）-,-D-半乳糖半乳糖(16)-,-D-葡糖葡糖 1612第第39页页水苏糖分子式水苏糖分子式高级生物化学高级生物化学-1,6-1,6,-1,2166112第第40页页大豆及大豆制品中水苏糖、棉子糖含量大豆及大豆制品中水苏糖、棉子糖含量(%)高级生物化学高级生物化学第第41页页大豆低聚糖理化特点大豆低聚糖理化特点 有甜味：有甜味：甜度甜度=70%=70%蔗糖；蔗糖；产热低：产热低：2 2千卡千卡/克克,热值热值=50%=50%蔗糖蔗糖l能够替换蔗糖作为低热能甜味剂能够替换蔗糖作为低热能甜味剂 无色透明液体，无色透明液体，粘度：粘度：麦芽糖麦芽糖大豆低聚糖大豆低聚糖异构化糖异构化糖 保温、吸湿性：保温、吸湿性：小于蔗糖，优于果糖和葡萄糖小于蔗糖，优于果糖和葡萄糖 水分活性：靠近蔗糖水分活性：靠近蔗糖l可用于清凉饮料和焙烤食品；可用于清凉饮料和焙烤食品；l可降低水分活性，抑制微生物繁殖；可降低水分活性，抑制微生物繁殖；l可起到保鲜、保湿效果可起到保鲜、保湿效果高级生物化学高级生物化学第第42页页 酸性热稳定性强，大于果糖低聚糖和蔗糖酸性热稳定性强，大于果糖低聚糖和蔗糖l140140时开始热分解时开始热分解l适合用于需要加热杀菌酸性食品。适合用于需要加热杀菌酸性食品。l9090，pH3.5,30minpH3.5,30min低聚糖受热后残余率：低聚糖受热后残余率：l大豆低聚糖：大豆低聚糖：90%90%l蔗糖：蔗糖：70%70%80%;80%;l果糖低聚糖：果糖低聚糖：40%40%45%45%。大豆低聚糖属大豆低聚糖属非还原糖非还原糖，在食品加工中添加，在食品加工中添加,可可降低美拉反应降低美拉反应，降低营养素损失，而且使用，降低营养素损失，而且使用方便。方便。高级生物化学高级生物化学第第43页页 含有显著抑制淀粉老化作用含有显著抑制淀粉老化作用l如在面包等面类食品中添加大豆低聚糖如在面包等面类食品中添加大豆低聚糖,能延能延缓淀粉老化，预防产品变硬，延长货架期缓淀粉老化，预防产品变硬，延长货架期:第第44页页大豆低聚糖生理功效大豆低聚糖生理功效 难消化难消化水苏糖、棉子糖不会被人体消化酶分解，水苏糖、棉子糖不会被人体消化酶分解，也不会被小肠消化吸收也不会被小肠消化吸收当抵达消化道下部时，可被肠内当抵达消化道下部时，可被肠内双歧杆双歧杆菌利用。菌利用。第第45页页 双歧杆菌对大豆低聚糖选择利用率双歧杆菌对大豆低聚糖选择利用率精制大豆低聚糖：精制大豆低聚糖：水苏糖水苏糖71%71%、棉子糖、棉子糖20%20%、其它成份、其它成份2%2%。所以，所以，大豆低聚糖主要成份水苏糖、棉子糖，大豆低聚糖主要成份水苏糖、棉子糖，二者尤其轻易被双歧杆菌利用，难被肠内有二者尤其轻易被双歧杆菌利用，难被肠内有害菌利用（害菌利用（肠内有害菌荚膜梭菌，大肠杆菌肠内有害菌荚膜梭菌，大肠杆菌几乎不利用）。几乎不利用）。第第46页页 增殖双歧杆菌、改进肠内菌丝增殖双歧杆菌、改进肠内菌丝人们食用大豆低聚糖及加入双歧杆菌食品时，人们食用大豆低聚糖及加入双歧杆菌食品时，会对肠内菌丝产生良好影响。会对肠内菌丝产生良好影响。抑制肠内腐败物生成抑制肠内腐败物生成抑制肠道氨生成抑制肠道氨生成抑制有害物质，促进一些酶活性抑制有害物质，促进一些酶活性l如：可使如：可使-葡萄糖醛酸苷酶、偶氮还原酶、葡萄糖醛酸苷酶、偶氮还原酶、致癌物质生成酶活性下降。致癌物质生成酶活性下降。第第47页页 改进排泄功效改进排泄功效大豆低聚糖不能被人体直接消化、吸收。大豆低聚糖不能被人体直接消化、吸收。抵达回肠时，就成为双歧杆菌抵达回肠时，就成为双歧杆菌“食饵食饵”。促进肠道内有益细菌活化、增殖，可促进促进肠道内有益细菌活化、增殖，可促进肠道健康，产生肠道健康，产生“整肠功效整肠功效”。低聚糖低聚糖肠内有益细菌肠内有益细菌(双岐杆菌双岐杆菌)增殖增殖整肠作用整肠作用改进便秘改进便秘净化肠道净化肠道第第48页页 安全性和保健性安全性和保健性急性、亚急性毒性试验、诱变性急性、亚急性毒性试验、诱变性试验证实：试验证实：大豆低聚糖不存在安全问题大豆低聚糖不存在安全问题以腹泻为指标，大豆低聚糖最大作用量以腹泻为指标，大豆低聚糖最大作用量l0.640.64克克/kg/kg体重（体重（32g/50kg32g/50kg）含有降低血液胆固醇、降血压、增强免疫功含有降低血液胆固醇、降血压、增强免疫功效，含有防癌、抗衰老作用，不引发龋齿等效，含有防癌、抗衰老作用，不引发龋齿等保健功效。保健功效。第第49页页大豆及大豆制品中水苏糖、棉子糖含量大豆及大豆制品中水苏糖、棉子糖含量(%)高级生物化学高级生物化学第第50页页1.3 1.3 多糖研究多糖研究多糖又称多聚糖多糖又称多聚糖(polysaccharide)(polysaccharide)单糖聚合而成，聚合度大于单糖聚合而成，聚合度大于2020极性复杂大极性复杂大分子，分子量为数万数百万。分子，分子量为数万数百万。高等动植物细胞膜和微生物细胞壁天然高分子高等动植物细胞膜和微生物细胞壁天然高分子含碳化合物，它是生命活动含碳化合物，它是生命活动4 4大基本物质之一。大基本物质之一。按其起源不一样，可分为按其起源不一样，可分为5 5大类：大类：真菌多糖、高等植物多糖、藻类地衣多糖、动真菌多糖、高等植物多糖、藻类地衣多糖、动物多糖、细菌多糖。物多糖、细菌多糖。当前已发觉活性多糖有几百种。当前已发觉活性多糖有几百种。高级生物化学高级生物化学第第51页页研究表明：多糖含有各种生物活性，这对研究表明：多糖含有各种生物活性，这对维持生物机能亲密相关。维持生物机能亲密相关。多糖可与蛋白质、脂类形成糖蛋白和脂多多糖可与蛋白质、脂类形成糖蛋白和脂多糖。糖。在细胞识别、分泌以及在蛋白质加工在细胞识别、分泌以及在蛋白质加工和转移方面起着不容忽略作用。和转移方面起着不容忽略作用。自自2020世纪世纪5050年代末人们发觉年代末人们发觉真菌多糖真菌多糖含有含有抗肿瘤活性，今后，多糖研究越来越受到抗肿瘤活性，今后，多糖研究越来越受到重视。重视。高级生物化学高级生物化学第第52页页1.3.1 均一多糖均一多糖由一个单糖缩合而成多糖由一个单糖缩合而成多糖均一多糖，均一多糖，如：如：戊糖胶，木糖胶戊糖胶，木糖胶,阿拉伯糖胶、己糖胶阿拉伯糖胶、己糖胶(淀粉、淀粉、糖原、纤维素等糖原、纤维素等)。多糖在水溶液中不形成真溶液，只能形成胶多糖在水溶液中不形成真溶液，只能形成胶体溶液，甜味很淡，无还原性，有旋光性，体溶液，甜味很淡，无还原性，有旋光性，但无变旋现象。但无变旋现象。高级生物化学高级生物化学第第53页页几个常见均一多糖几个常见均一多糖 淀粉（直链淀粉、支链淀粉）淀粉（直链淀粉、支链淀粉）糖原糖原 纤维素纤维素l上列都是由葡萄糖经过不一样糖苷键连接而上列都是由葡萄糖经过不一样糖苷键连接而成多糖。成多糖。高级生物化学高级生物化学第第54页页几丁质几丁质(chitin)(chitin)几丁质也称几丁质也称壳聚糖，壳聚糖，大量存在于昆虫和甲壳大量存在于昆虫和甲壳类动物甲壳之中。所以，几丁质又被称为甲类动物甲壳之中。所以，几丁质又被称为甲壳素。壳素。虾、蟹壳中富含甲壳素为白色、无定形半透虾、蟹壳中富含甲壳素为白色、无定形半透明物质。明物质。据报道，自然界中每年生成几丁质约有一百据报道，自然界中每年生成几丁质约有一百亿吨。在天然多糖中几丁质贮存量占第二位，亿吨。在天然多糖中几丁质贮存量占第二位，仅次于纤维素。仅次于纤维素。高级生物化学高级生物化学第第55页页几丁质结构几丁质结构几几丁丁质质是是由由乙乙酰酰氨氨基基葡葡萄萄糖糖聚聚合合而而成成均均一一多多糖糖。也称也称聚乙酰氨基葡糖聚乙酰氨基葡糖(或壳多糖或壳多糖)。在在提提纯纯和和水水解解几几丁丁质质时时可可得得到到寡寡糖糖成成份份，如如：2-2-乙乙酰酰氨氨基基-2-2-脱脱氧氧基基-D-D-吡吡喃喃葡葡糖糖同同聚聚物物；是是-l,4-l,4-糖苷键连接成无分支长链结构。糖苷键连接成无分支长链结构。几几丁丁质质也也可可视视为为纤纤维维素素类类似似物物。相相当当于于葡葡糖糖C-2C-2位上位上-OH-OH由由CHCH3 3-CO-NH-CO-NH-取代取代。几几丁丁质质难难以以单单独独存存在在于于自自然然界界，普普通通以以与与蛋蛋白白质络合或共价结合形式存在。质络合或共价结合形式存在。高级生物化学高级生物化学第第56页页几几丁丁质质结结构构和和构构象象高级生物化学高级生物化学-1,4第第57页页几丁寡糖几丁寡糖生理功效生理功效a.a.植物调整功效植物调整功效几丁质酶诱导产生自我防御激活剂：几丁质酶诱导产生自我防御激活剂：l在几丁质酶作用下，几丁质在几丁质酶作用下，几丁质降解降解寡聚糖片段寡聚糖片段诱导诱导植物防御素植物防御素分泌分泌自我防御功效自我防御功效；高几丁寡糖功效：高几丁寡糖功效：l妨碍病原菌生长繁殖妨碍病原菌生长繁殖几丁寡糖功效：几丁寡糖功效：l调整植物基因关闭与开放，调整植物基因关闭与开放，l促进植物细胞活化，提升防御功效促进植物细胞活化，提升防御功效,刺激植物生长。刺激植物生长。高级生物化学高级生物化学第第58页页b.b.几丁寡糖有促进双歧杆菌生长功效几丁寡糖有促进双歧杆菌生长功效双歧杆菌促生长因子之一；双歧杆菌促生长因子之一；l调整动物肠道微生物调整动物肠道微生物代谢活动，代谢活动，改进微生物改进微生物分布；分布；l促进双歧杆菌促进双歧杆菌生长繁殖，生长繁殖，提升机体提升机体免疫力，免疫力，使肠道内使肠道内pHpH下降；下降；抑制肠道有害菌生长，抑制肠道有害菌生长，产生产生B B族维生素族维生素；分解致癌物，促进肠蠕动，促进蛋白质吸收。分解致癌物，促进肠蠕动，促进蛋白质吸收。高级生物化学高级生物化学第第59页页c.c.提升机体免疫力提升机体免疫力几丁寡糖几丁寡糖抗感染作用机理：抗感染作用机理：l某刺激某刺激机体腹膜渗出液细胞增加机体腹膜渗出液细胞增加激活巨噬激活巨噬细胞细胞增加活性氧生成增加活性氧生成氧化性杀菌机制增强氧化性杀菌机制增强抗感染作用增加；抗感染作用增加；对巨噬细胞激活对巨噬细胞激活可产生以下作用可产生以下作用:l激活激活T T淋巴细胞淋巴细胞杀伤活性增强；杀伤活性增强；原因原因:释放巨噬细胞激活因子（释放巨噬细胞激活因子（MAFMAF）激活巨噬细胞激活巨噬细胞所以认为：所以认为：几丁寡糖杀伤活性产生主要是激活几丁寡糖杀伤活性产生主要是激活T T淋淋巴细胞与巨噬细胞，且使其相互加强所至。巴细胞与巨噬细胞，且使其相互加强所至。高级生物化学高级生物化学第第60页页d.d.应用进展与市场前景应用进展与市场前景几丁寡糖在精细化工领域应用广泛：几丁寡糖在精细化工领域应用广泛：有良好保湿增湿作用，抑制皮肤表面细菌活有良好保湿增湿作用，抑制皮肤表面细菌活化，可应用于美容、化装、抗衰老等精细化化，可应用于美容、化装、抗衰老等精细化工研究领域。工研究领域。是一个性能优异日化原料，市场前景辽阔。是一个性能优异日化原料，市场前景辽阔。高级生物化学高级生物化学第第61页页几丁寡糖在几丁寡糖在生物医药领域应用生物医药领域应用制备抗癌药品制备抗癌药品尤其是尤其是6 68 8糖低聚体，可经过活化人体淋巴细胞到达糖低聚体，可经过活化人体淋巴细胞到达抑制癌细胞繁殖和扩散到达抗癌作用。抑制癌细胞繁殖和扩散到达抗癌作用。癌细胞形成伴随大量癌毒素释放癌细胞形成伴随大量癌毒素释放人体中铁质人体中铁质贫贫血、食欲减退，血、食欲减退，几丁寡糖：几丁寡糖：在人肠内可形成小分子基团在人肠内可形成小分子基团易被吸收，易被吸收，抑制癌毒素在体内释放。抑制癌毒素在体内释放。几丁寡糖：几丁寡糖：一个良好聚电解质一个良好聚电解质可吸附在血管可吸附在血管 内皮细胞表面内皮细胞表面抑制癌细胞转移。抑制癌细胞转移。高级生物化学高级生物化学第第62页页甲壳质和壳聚糖在调血脂、降胆固醇方面有甲壳质和壳聚糖在调血脂、降胆固醇方面有功效；功效；这些多糖无毒、不产生变态反应，对机体含这些多糖无毒、不产生变态反应，对机体含有温和免疫刺激作用，使其在调血脂、降胆有温和免疫刺激作用，使其在调血脂、降胆固醇药品方面含有优势。固醇药品方面含有优势。浙江省温岭市已用壳聚糖系列产品开发了浙江省温岭市已用壳聚糖系列产品开发了康达舒降血脂片康达舒降血脂片。高级生物化学高级生物化学据报道：据报道：第第63页页保健食品领域保健食品领域几丁寡糖作为自然界中一个几丁寡糖作为自然界中一个碱性多糖碱性多糖，生物活性，生物活性高，无毒、无副作用，可被机体快速吸收。高，无毒、无副作用，可被机体快速吸收。以几丁寡糖为主要原料生产保健食品能够提升机以几丁寡糖为主要原料生产保健食品能够提升机体免疫力，活化细胞，促进肠道双歧杆菌等有益体免疫力，活化细胞，促进肠道双歧杆菌等有益菌增生，并抑制有毒菌生成。菌增生，并抑制有毒菌生成。当前几丁寡糖主要消费地在日、韩、美、法、俄当前几丁寡糖主要消费地在日、韩、美、法、俄等国家。等国家。高级生物化学高级生物化学第第64页页我国科技部我国科技部在在“十五十五”攻关计划中将攻关计划中将“壳壳寡糖新产品开发应用寡糖新产品开发应用”列为主要项目。列为主要项目。要求建立数条年产要求建立数条年产500500吨以上壳寡糖生产线，吨以上壳寡糖生产线，以满足国内市场需求。以满足国内市场需求。壳寡糖作为一个含有一定前瞻性医药新产壳寡糖作为一个含有一定前瞻性医药新产品，国内外市场前景辽阔。品，国内外市场前景辽阔。高级生物化学高级生物化学第第65页页农林畜牧领域农林畜牧领域壳寡糖含有良好抗病虫害功效，而且含有安壳寡糖含有良好抗病虫害功效，而且含有安全、微量、高效、成本低等优点。全、微量、高效、成本低等优点。壳寡糖是生物杀虫剂良好原料。壳寡糖是生物杀虫剂良好原料。高级生物化学高级生物化学第第66页页展望展望开发应用壳寡糖是甲壳质行业必定方向，也是当今生物制药技术一个亮点。当前壳寡糖产品年需求量在6000吨以上，其科研开发主要集中在日本、韩国等国家。20世纪90年代末，酶法生产壳寡糖在日本、韩国实现了产业化。我国对该产品研究起步较晚，近年来趋于活跃，作了大量工作。8月，山东济南海得贝企业利用复合酶法制备壳寡糖生产线正式投产，预示着在我国也第一次实现了壳寡糖产业化生产。高级生物化学高级生物化学第第67页页 真菌多糖真菌多糖是由真菌实体和菌丝体所产生一类代谢产物。是由真菌实体和菌丝体所产生一类代谢产物。当前，在全球范围内约有数千种真菌。其中不但当前，在全球范围内约有数千种真菌。其中不但有许多有实用价值美味真菌，也有许多含有保健有许多有实用价值美味真菌，也有许多含有保健功效真菌。当然也有一些有毒性真菌。功效真菌。当然也有一些有毒性真菌。活性真菌多糖：活性真菌多糖：分为纯多糖和杂多糖两类分为纯多糖和杂多糖两类纯多糖：纯多糖：2020个以上单糖经过糖苷键连接而成，可个以上单糖经过糖苷键连接而成，可分为直链和支链结构。分为直链和支链结构。杂多糖（复合多糖杂多糖（复合多糖)：由糖链和肽链或脂类组成。由糖链和肽链或脂类组成。当前己开发活性多糖：灵芝多糖，香菇多糖，猴当前己开发活性多糖：灵芝多糖，香菇多糖，猴头菇多糖，茯苓多糖，银耳多糖等。头菇多糖，茯苓多糖，银耳多糖等。高级生物化学高级生物化学第第68页页活性真菌多糖主要功效：活性真菌多糖主要功效：刺激免疫活性，刺激免疫活性，增强网状内皮系统吞噬增强网状内皮系统吞噬肿瘤细胞作用，促进淋巴细胞转化，激肿瘤细胞作用，促进淋巴细胞转化，激活活T T细胞和细胞和B B细胞，促进抗体形成。含有细胞，促进抗体形成。含有抗肿瘤活性。但对于肿瘤细胞并无直接抗肿瘤活性。但对于肿瘤细胞并无直接杀伤作用。杀伤作用。能降低甲基胆蒽诱