非淀粉多糖(NSP)基本概念与介绍

半纤维素
• 半纤维素 hemicellulose 植物细胞壁中与纤维素紧密结合的几 种不同类型多糖混合物。包括木聚糖、木葡聚糖和半乳葡萄 甘露聚糖等。 • 半纤维素(hemicellulose)：是由几种不同类型的单糖构成的异 质多聚体，这些糖是五碳糖和六碳糖，包括木糖、阿伯糖、 甘露糖和半乳糖等。半纤维素木聚糖在木质组织中占总量的 50%，它结合在纤维素微纤维的表面，并且相互连接，这些 纤维构成了坚硬的细胞相互连接的网络。
半乳糖结构
常见饲料原料中NSP的分布与分析
常见饲料原料中甘露聚糖的含量
（%，干物质） 饲料原料 甘露聚糖含量（%） 饲料原料 甘露聚糖含量（%）
豆 粕 棕榈粕 椰子粕 葵花粕 高 粱 米 糠
1.5－1.8 25－30 25－35 0.56 0.10 0.33
去皮豆粕 菜籽粕 棉 粕 花生粕 小 麦 芝麻粕
木聚糖的分布和物理结构
• 木聚糖是半纤维素的一种，是饲料作物中含有 的一类粘性非淀粉多糖，主要存在于小麦、黑 麦和黑小麦中，以黑麦中含量最高。非淀粉多 糖可分为可溶性和不溶性两种。小麦、大麦等 作物中的木聚糖主要是水溶性的，而玉米、高 梁中的木聚糖大部分是不溶于水的。 • 木聚糖是由D－木糖主链（以β－1,4键相连）和L －阿拉伯糖分枝（α－1,2和 α－1,3相连）所组成 的聚合物，由于它是由阿拉伯糖和木糖两种单 糖聚合而成，因此也称阿拉伯木聚糖或戊聚糖。
非淀粉多糖
• 非淀粉多糖 • 英文：（non-starch polysaccharides） • 复合碳水化合物的一种， 在植物里找 到。 • 化学式 (C6H10O5)n • 近年来有人认为非淀粉多糖由纤维素， 果胶，半纤维素(阿拉伯木聚糖， β－葡聚 糖，甘露聚糖等），糖醛酸，木质素等类 别构成。
甘露聚糖
• 甘露聚糖，mannan ，以甘露糖为主体形成的 多糖。主要存在于酵母细胞壁中，以α-1,6连接 为主，α-1,2和α-1,3连接形成侧链，还含有约 5%的蛋白质。 • 日本科研人员以干燥的魔芋粉为原料，经甲醇、 乙醇或者丙酮等极性溶液浸泡、提取、分离， 已成功制取粉末状甘露聚糖；同时也可以从椰 子、海藻等天然产物中提取制成甘露聚糖。 • 甘露聚糖是一种既经济又高效的天然食品防腐 剂，其无色、无毒、无异味，能有效地防止食 品腐败变质、发霉和遭受虫害。
1.1－1.3 2.5 3.1 0.52 0.11 3－4
糖醛酸
• 糖醛酸 ，alduronic acid ，醛糖的伯醇基被氧化 为羧基的产物。葡糖醛酸和L-艾杜糖醛酸是蛋 白聚糖的组成成分。 • 是指糖中的伯羟基被氧化成羧基后形成的化合 物及其衍生物，此类化合物易于形成内酯。 • 天然存在的糖醛酸有D-葡糖醛酸、D-半乳糖醛 酸、D-甘露糖醛酸等，以与糖苷配基结合的糖 醛酸苷形式或聚糖醛酸的形式，成为树胶质、 果胶、半纤维素、藻酸、细菌多糖等细胞壁或 粘液物质的主要成分。 • 在生物体内也广泛分布着特异的水解糖醛酸苷 键的酶（β-葡糖苷酸酶）。
木糖
• 木糖 xylose 。戊糖的一种，在自然界中经常以吡喃 环的形式存在，这种形式的木糖与吡喃型的葡萄糖 非常相似。 • 天然D-木糖是以多糖的形态存在于植物中。在细菌 中有的能利用D-木糖为碳源，曾试图利用它作为发 酵培养基的成分。在动物中羊几乎能完全地利用木 糖，而猪仅能利用不超过70％。以木糖饲养大鼠可 引起白内障。 • 相对分子质量：150.14。木糖为细针状晶体，外观白 色细小结晶或粉末，味甜，甜度相当于蔗糖的0.7； 熔点为153～154℃，有变旋现象； 20℃时溶解度为 100g水中可溶解木糖51.24g。 • 不被消化吸收，没有能量值，作为无热量甜味剂， 适用于肥胖及糖尿病患者。 • 活化人体肠道内的双岐杆菌并促其生长，食用木糖 能改善人体的微生物环境，提高机体的免疫能力。
木质素、纤维素与半纤维素的构成示意图
木质素、纤维素与半纤维素的构成示意图
半纤维素
• 构成半纤维素的糖基主要有D-木糖、D-甘露 糖、D－葡萄糖、D-半乳糖、L-阿拉伯糖、4氧甲基-D-葡萄糖醛酸及少量L-鼠李糖、L-岩 藻糖等。半纤维素主要分为三类，即聚木糖 类、聚葡萄甘露糖类和聚半乳糖葡萄甘露糖 类。
β-葡聚糖
• β-葡聚糖的活性结构是由葡萄糖单位组成的多聚糖，它们大多数通过β-1,3结合，这是葡萄糖 链连接的方式。 • 它能够活化巨噬细胞、嗜中性白血球等，因此能提高白细胞素、细胞分裂素和特殊抗体的含 量，全面刺激机体的免疫系统。那么，机体就有更多的准备去抵抗微生物引起的疾病。β-葡 聚糖能使受伤机体的淋巴细胞产生细胞因子（IL-1）的能力迅速恢复正常，有效调节机体免疫 机能。大量实验表明，β-葡聚糖可促进体内IgM抗体的产生，以提高体液的免疫能力。这种葡 聚糖活化的细胞会激发宿主非专一性防御机制，故应用在肿瘤、感染病和治疗创伤方面深受 瞩目。 • 经特殊步骤萃取且不含内毒素的β-1,3-葡聚糖在美国FDA已认定是一种安全的物质，可添加在 一般食品，许多报导显示老鼠口服酵母β-1,3-葡聚糖，可增加强腹膜细胞抗菌之吞噬作用。此 外，葡聚糖尚有清除游离基、抗辐射、溶解胆固醇，预防高脂血症作用及抵抗滤过性病毒、 真菌、细菌等引起的感染。
纤维素
•
• •
纤维素（cellulose）是由葡萄糖组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂。 是植物细胞壁的主要成分。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多 糖，占植物界碳含量的50%以上。棉花的纤维素含量接近100%，为天然的最 纯纤维素来源。一般木材中，纤维素占40～50%，还有10～30%的半纤维素和 20～30%的木质素。 纤维素大分子的基环是D-葡萄糖以β-1，4糖苷键组成的大分子多糖，分子量约 50000～2500000，相当于300～15000个葡萄糖基脱水葡萄糖，其分子式为： （C6H10O5）n。 α-纤维素通常大部分是结晶性纤维素，β-纤维素，γ-纤维素在化学上除含有纤 维素以外，还含有各种多糖类
D-木糖结构式
木聚糖
• 木聚糖 英文名称：xylan 。木聚糖的结构是一种多 聚五碳糖，由D-木糖通过β-1,4连接而成的产物， 是植物细胞壁中半纤维素的组分。 • 广泛分布于显花植物，常以糖苷或游离状态存在 于树皮、果实、木质、叶、根、树脂提取液中。 • 木聚糖是植物细胞中主要的半纤维素成分，占植 物细胞干重的35%，是一种丰富的生物质资源，是 自然界中除纤维素之外含量最丰富的多糖。 • 然而自然界中很大一部分木聚糖未被有效利用， 造成很大的资源浪费 • 木聚糖部分降解可形成低聚木糖，彻底降解则得 到五碳单糖：木糖、阿魏糖、阿拉伯糖等，其中 以木糖为主。
麦类作物中木聚糖的含量
• 从总木聚糖含量来看，黑麦中含量最高，其次 是燕麦、小黑麦、小麦和大麦；而从水溶性木 聚糖含量来看，黑麦、小黑麦和小麦中的含量 高于大麦和燕麦。作物中木聚糖的含量除了受 作物品种差异的因素影响以外，相同品种中品 系的不同也会影响木聚糖的含量。M.D.Fleurg 试验测定，无壳大麦、六棱大麦和二棱大麦中 的总木聚糖含量分别为4.07%、6.12%和 5.61%，而水溶性木聚糖含量分别为0.58%、 0.63%和0.52%。当然，环境温湿度的变化也会 影响麦类作物中木聚糖的含量，有学者发现， 干燥地区生长的大麦和燕麦比潮湿地区的木聚 糖含量高。
NSP基本概念
碳水化合物的构成与分类
碳水化合物
半纤维素
D木 糖 D甘 露 糖 D葡 萄 糖 D半 乳 糖 4-氧 甲 L-阿 基- L-鼠 L-岩 拉 李 藻 D伯 糖 糖 葡 糖 萄 糖 醛 酸
果 胶
纤 维 素
淀粉类
NSP
豆粕中的非淀粉多糖的分类,
50-55 % Pectins 胶质 Arabinogalactans 阿拉伯半乳糖 Galacturonans 半乳糖
地吸收大量营养物质，降低物质的利用率，同时也使动物腹泻的频率增加（冯涛，
2003）。
葡聚糖
•
•
•
葡聚糖 glucan；glucosan 。由葡萄糖通过不同方式形成的聚糖的总称。又称 右旋糖酐。为一种多糖。存在于某些微生物在生长过程中分泌的粘液中。葡 聚糖具有较高的分子量，主要由D－葡萄吡喃糖以α，1→6键连接，支链点有 1→2、1→3、1→4连接的。随着微生物种类和生长条件的不同，其结构也有 差别。 葡聚糖是由数个葡萄糖分子聚合而成的同多糖。葡聚糖不是单糖而是低聚糖, 葡聚糖按照组成它的单糖－葡萄糖的单元数目，分为葡聚糖10万，葡聚糖14 万， 葡聚糖2万等等系列聚合物。 葡聚糖以β-葡聚糖最具生理活性。在二十世纪四十年代，Pillemer博士首次发 现并报道酵母细胞壁中有一种物质具有提高免疫力的作用。之后，经过图伦 大学Diluzio博士的进一步研究发现，酵母细胞壁中提高免疫力的物质是一种 多糖——β-葡聚糖，并从面包酵母中分离出这种物质。
半乳糖
• 己醛糖的一种。与葡萄糖相比，是C-4位的差向异构体。 和葡萄糖结合后构成乳汁中的重要双糖——乳糖。半乳 糖还出现在糖蛋白、糖脂和各种多糖中。 • 半乳糖是一种由六个碳和一个醛组成的单糖，归类为醛 糖和己糖。半乳糖＝葡萄糖＋乳糖。是哺乳动物的乳汁 中乳糖的组成成分，从蜗牛、蛙卵和牛肺中已发现由D半乳糖组成的多糖。它常以D-半乳糖苷的形式存在于大 脑和神经组织中，也是某些糖蛋白的重要成分。
220 g/kg
Xylo-galacturonans 木聚半乳糖 Rhamno-galacturonans α-半乳糖
百度文库
20-30 % Cellulose 纤维素 8 % Hemicellulose 半纤维素
Xyloglucans 木聚糖 -mannans -甘露聚糖
Sources: Brillouet & Carré, 1983; Bach-Knudsen, 1997; Huisman et al., 1998
果胶
• 果胶 pectin 。植物中的一种酸性多糖，是细胞 壁中一个重要组分。最常见的结构是α-1,4连接 的多聚半乳糖醛酸。此外，还有鼠李糖等其他 单糖共同组成的果胶类物质。 • 其分子量约5万一30万，主要存在于植物的细胞 壁和细胞内层，为内部细胞的支撑物质。
木质素
• 木质素 lignin 。存在于植 物纤维中的一种芳香族高 分子化合物。其含量可占 木材的50%。在植物组织 中具有增强细胞壁及黏合 纤维的作用。 • 木质素是由四种醇单体 （对香豆醇、松柏醇、5羟基松柏醇、芥子醇）形 成的一种复杂酚类聚合物。 不能被动物所消化，在土 壤中能转化成腐殖质。
木聚糖抗营养机理
• • 水溶性木聚糖具有营养稀释作用，有抗营养特性。对动物健康有多方面影响。 Fengler（1988）指出，水溶性NSP可以在动物肠道形成高粘性物质，延缓营养物质与消化 液的混和速度。阻滞营养物质向肠道粘膜表面绒毛的扩散(Ikegami，1990)。使食糜内各组 分混合不均，从而减慢食糜通过消化道的速度和养分的扩散速度，以至于造成肠粘膜不 动水层加厚，导致营养物质在肠道内的积累，并且代偿性地增加内源性蛋白质、水分、 矿物质的分泌，降低营养物质在动物体内的蓄积，影响动物的生产性能。木聚糖由于阻
碍养分的吸收，造成营养物质在胃中的大量蓄积，食糜通过消化道的速度降低，从而减
小菌群的移动速度，使细菌得以在小肠上段大量定居下来。富含养分的食糜是细菌尤其 是致病菌处于温暖湿润肠道环境中的良好培养基。细菌的大量增殖会导致许多酸性物质 产生，还会改变肠道PH值环境，从而影响消化酶发挥最佳效应。细菌数量增多会竞争性
碳水化合物
• 1812年，俄罗斯化学家报告，植物中碳水化合 物存在的形式主要是淀粉，在稀酸中加热可水 解为葡萄糖。1884年，另一科学家指出，碳水 化合物含有一定比例的C、H、O三种元素，其 中H和O的比例恰好与水相同为2：1，好像碳 和水的化合物，故称此类化合物为碳水化合物， 这一名称，一直沿用至今。 • 碳水化合物分单糖、二糖、低聚糖、多糖四类。 糖的结合物有糖脂、糖蛋白、蛋白多糖三类。 • 淀粉类多糖、非淀粉多糖