关于半纤维素半纤维素酶和低聚木糖课件
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第三章 半纤维素
1.0 1.9 2.4 5.7 5.2
9.3 4.5 9.0 13.1 9.0
吡喃式醛糖配糖化D－吡 喃式葡萄糖配 糖化物
K×104/min-1
醛糖配糖化物
甲基-α-D－吡 喃式半乳糖配 糖化物
K×104/min-1
2.5
2.3
甲基-β- D－吡 喃式葡萄糖配 糖化物 甲基-α- D－吡 喃式甘露糖配 糖化物
聚木糖葡萄糖类
3.2.3.3禾本科植物的主要半纤维素的类型及化学结构
主要是聚木糖，但种类不同，所含的聚木糖分子特性不同。 西班牙草：由木糖基构成的线状均一的聚木糖。 热带草：高分枝度的聚木糖。 禾草类：聚阿拉伯糖－4－O－甲基葡萄糖醛酸木糖。
1. 麦草 麦草中的半纤维素主要是聚阿拉伯糖葡萄糖醛酸木糖
甲基吡喃式己糖配糖化物与甲基吡喃式戊糖配糖化物的酸性水解
醛糖配糖化物 甲基-α-D－葡萄糖配 糖化物 甲基-β- D－葡萄糖配 糖化物 甲基-α- D－甘露糖配 糖化物 甲基-β- D－甘露糖配 糖化物 甲基-α- D－半乳糖配 糖化物 相对速率 醛糖配糖化物 甲基- β-D－半乳糖配 糖化物 甲基- α- D－木糖配 糖化物 甲基-β- D－木糖配糖 化物 甲基- α- L－阿拉伯 糖配糖化物 甲基-β- L－阿拉伯糖 配糖化物 相对速率
3、呋喃式配糖化物中，C1与C2称反构型者＞ 顺式同分异构体 4、甲基α -与β -吡喃式葡萄糖醛酸配糖化物＞ 呋喃式配糖化物
剥皮反应
在较温和的碱性条件下，半纤维素会发生剥皮反 应，从糖的还原性末端基开始逐个进行。 半纤维素的碱性剥皮反应进行到一定程度也会终 止，其终止反应与纤维素一样，也是还原性末端 基转化成偏变糖酸基。
《半纤维素》PPT课件
1.0
31
碱性水解速率
1、C1位甲氧基与C2羟基成反位者＞甲氧基与 C2羟基成顺位者
2、呋喃式配糖化物水解速率＞吡喃式配糖化物 3、呋喃式配糖化物中，C1与C2称反构型者＞
顺式同分异构体 4、甲基α-与β-吡喃式葡萄糖醛酸配糖化物＞
呋喃式配糖化物
2021/4/23
32
么么么么方面
Sds绝对是假的
2021/4/23
38
（四）完全脱木素针叶木纸浆的聚糖组分与化学制 浆蒸煮液pH的关系
在酸性亚硫酸盐和预水解硫酸盐纸浆中，没有半乳糖、阿拉 伯糖、鼠李糖和半乳糖醛酸，这些糖基与主链糖基之间的苷 键容易发生酸性水解而裂开。
糖醛酸羧基的存在使糖醛酸基与半纤维素主链糖基间的苷键 对碱不稳定，糖醛酸基的除去，降低了聚木糖和聚阿拉伯木 糖在碱中的溶解度，更多的存留于纸浆中。
1. 聚半乳糖葡萄糖甘露糖类 ( galactoglucomannans ) 结构特点： a、主链：D－葡萄糖与D－甘露糖通过（1－4 ）β苷键联接； b、 枝链：半乳糖与主链糖基在C6上形成（1－6）联接。 c、O－乙酰基一般与主链的甘露糖基及葡萄糖基在C2或C3位上
形成乙酸酯。
2021/4/23
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36
聚木糖类半纤维素在化学制浆中的变化
聚4－O－甲基葡萄糖醛酸木糖（DP已下降）
酸性亚硫酸盐法
针叶木与禾本科植物
聚阿拉伯糖4－O－甲 基葡萄糖醛酸木糖
阔叶木
聚4－O－甲基葡萄糖 醛酸木糖
常规硫酸盐法
预水解硫酸盐法 常规硫酸盐法
聚阿拉伯糖木糖（DP已下降）
2021/4/23
聚木糖（DP已下降）
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碱性水解速率
1、C1位甲氧基与C2羟基成反位者＞甲氧基与 C2羟基成顺位者
2、呋喃式配糖化物水解速率＞吡喃式配糖化物 3、呋喃式配糖化物中，C1与C2称反构型者＞
顺式同分异构体 4、甲基α-与β-吡喃式葡萄糖醛酸配糖化物＞
呋喃式配糖化物
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么么么么方面
Sds绝对是假的
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（四）完全脱木素针叶木纸浆的聚糖组分与化学制 浆蒸煮液pH的关系
在酸性亚硫酸盐和预水解硫酸盐纸浆中，没有半乳糖、阿拉 伯糖、鼠李糖和半乳糖醛酸，这些糖基与主链糖基之间的苷 键容易发生酸性水解而裂开。
糖醛酸羧基的存在使糖醛酸基与半纤维素主链糖基间的苷键 对碱不稳定，糖醛酸基的除去，降低了聚木糖和聚阿拉伯木 糖在碱中的溶解度，更多的存留于纸浆中。
1. 聚半乳糖葡萄糖甘露糖类 ( galactoglucomannans ) 结构特点： a、主链：D－葡萄糖与D－甘露糖通过（1－4 ）β苷键联接； b、 枝链：半乳糖与主链糖基在C6上形成（1－6）联接。 c、O－乙酰基一般与主链的甘露糖基及葡萄糖基在C2或C3位上
形成乙酸酯。
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聚木糖类半纤维素在化学制浆中的变化
聚4－O－甲基葡萄糖醛酸木糖（DP已下降）
酸性亚硫酸盐法
针叶木与禾本科植物
聚阿拉伯糖4－O－甲 基葡萄糖醛酸木糖
阔叶木
聚4－O－甲基葡萄糖 醛酸木糖
常规硫酸盐法
预水解硫酸盐法 常规硫酸盐法
聚阿拉伯糖木糖（DP已下降）
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聚木糖（DP已下降）
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第三章半纤维素共54页
如需将聚葡萄糖甘露糖分离出来，可按下图进行。
阔叶木半纤维素的分离
白桦综纤维素 KOH
抽出液 聚4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖
不溶性残渣 NaOH+硼酸盐
抽出液 粗聚葡萄糖甘露糖 81%得率
Ba(OH)2沉淀
不Α-溶纤性维残素渣
溶液 聚木糖 聚葡萄糖甘露糖
不溶残渣 聚葡萄糖甘露糖
56%得率
3.4.1 半纤维素的物理性质
3.3. 半纤维素的分离
木质素与半纤维素之间有化学连接，纤维素与半纤维素之间虽然没有化学连 接，但它们之间的结合比较紧密，所以，半纤维素的分离是比较困难和复杂 的。
3.3.1 分离前的准备
（1）半纤维素可从植物纤维原料分离。
首先需用中性有机溶剂处理，有些特殊原料还需进行水抽提，得到无抽提 物的原料，以此作为起始物料。阔叶材和草类可利用此直接抽提法。
50%HAC 乙醇沉淀
聚葡萄糖甘露糖
氢氧化钡选择性分级抽提法
阔叶木半纤维素的分离
阔叶木的半纤维素主要是聚木糖类，只有很少量的聚萄糖甘 露糖，故而可以只抽提聚木糖。用KOH抽提木粉或综纤维 素即可分离。
如经有机溶剂抽提的桦木用10%KOH抽提，抽提所得聚木糖 溶液用含过量醋酸的乙醇液沉淀，所得聚木糖沉淀用5% KOH溶解，再用含醋酸的乙醇液沉淀进行提纯。
气相色谱法
GB/T 12033-2019 造纸原料和纸浆中糖类组分的气相色谱的测定
原理：用硫酸把造纸原料或纸浆中的纤维素和半纤维素水解成 单糖，以碳酸铅中和后采用硼氢化钠还原，使之成为糖醇，糖 醇与乙酸酐酯化成衍生物，然后进行气相色谱分析，内标法定 量。 硼氢化钠还原：使一种单糖出现一个峰，适合定量分析。 衍生化：将单糖转化为受热后具有挥发性和热稳定性的衍生物。 内标物：肌醇标准品
阔叶木半纤维素的分离
白桦综纤维素 KOH
抽出液 聚4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖
不溶性残渣 NaOH+硼酸盐
抽出液 粗聚葡萄糖甘露糖 81%得率
Ba(OH)2沉淀
不Α-溶纤性维残素渣
溶液 聚木糖 聚葡萄糖甘露糖
不溶残渣 聚葡萄糖甘露糖
56%得率
3.4.1 半纤维素的物理性质
3.3. 半纤维素的分离
木质素与半纤维素之间有化学连接，纤维素与半纤维素之间虽然没有化学连 接，但它们之间的结合比较紧密，所以，半纤维素的分离是比较困难和复杂 的。
3.3.1 分离前的准备
（1）半纤维素可从植物纤维原料分离。
首先需用中性有机溶剂处理，有些特殊原料还需进行水抽提，得到无抽提 物的原料，以此作为起始物料。阔叶材和草类可利用此直接抽提法。
50%HAC 乙醇沉淀
聚葡萄糖甘露糖
氢氧化钡选择性分级抽提法
阔叶木半纤维素的分离
阔叶木的半纤维素主要是聚木糖类，只有很少量的聚萄糖甘 露糖，故而可以只抽提聚木糖。用KOH抽提木粉或综纤维 素即可分离。
如经有机溶剂抽提的桦木用10%KOH抽提，抽提所得聚木糖 溶液用含过量醋酸的乙醇液沉淀，所得聚木糖沉淀用5% KOH溶解，再用含醋酸的乙醇液沉淀进行提纯。
气相色谱法
GB/T 12033-2019 造纸原料和纸浆中糖类组分的气相色谱的测定
原理：用硫酸把造纸原料或纸浆中的纤维素和半纤维素水解成 单糖，以碳酸铅中和后采用硼氢化钠还原，使之成为糖醇，糖 醇与乙酸酐酯化成衍生物，然后进行气相色谱分析，内标法定 量。 硼氢化钠还原：使一种单糖出现一个峰，适合定量分析。 衍生化：将单糖转化为受热后具有挥发性和热稳定性的衍生物。 内标物：肌醇标准品
半纤维素ppt课件
;
气相色谱法
;
② 甲基化分析
目的：用于鉴定主链糖基和支链糖基或糖醛酸基的联接位置。 方法： 〔1〕首先将聚糖全部甲基化 〔2〕进展甲醇解或酸水解，得到中性糖经水解后用气相色谱分 析其糖组分构造 〔3〕对酸性糖要先复原、水解后用气相色谱分析 〔4〕哪个位置上没有甲氧基，就表示该位置为联接的位置
〔2〕用注射器汲取少量溶液，稀释250倍，在223nm测定其吸光度
〔3〕与高碘酸原液(稀释250倍)和同浓度高碘酸盐作比较
(前者吸光度A为0.6，后者为0.1)。
;
甲酸的测定
电位滴定法 〔1〕取高碘酸盐反响液10ml，参与无酸乙二醇1ml，摇匀后在室温下放
10min 〔2〕通入10min氮气，用0.01mol/L氢氧化钠〔无CO2〕进展电位滴定，滴
3.2 半纤维素的组成
组成半纤维素的主要糖单元
〔1〕己糖基：D-葡萄糖(Glucose)、D-甘露糖(Mannose)、 D-半乳糖(Galactose)
〔2〕戊糖基：D-木糖(Xylose)、L-阿拉伯糖(Arabinose) 〔3〕己糖醛酸基：D-葡萄糖醛酸〔Glucuronic acid〕、
;
气相色谱法
GB/T 12033-2019 造纸原料和纸浆中糖类组分的气相色谱的测定
原理：用硫酸把造纸原料或纸浆中的纤维素和半纤维素水解成 单糖，以碳酸铅中和后采用硼氢化钠复原，使之成为糖醇，糖 醇与乙酸酐酯化成衍生物，然后进展气相色谱分析，内标法定 量。 硼氢化钠复原：使一种单糖出现一个峰，适宜定量分析。 衍生化：将单糖转化为受热后具有挥发性和热稳定性的衍生物。 内标物：肌醇规范品
如需将聚葡萄糖甘露糖分别出来，可按以下图进展。
;
阔叶木半纤维素的分别
气相色谱法
;
② 甲基化分析
目的：用于鉴定主链糖基和支链糖基或糖醛酸基的联接位置。 方法： 〔1〕首先将聚糖全部甲基化 〔2〕进展甲醇解或酸水解，得到中性糖经水解后用气相色谱分 析其糖组分构造 〔3〕对酸性糖要先复原、水解后用气相色谱分析 〔4〕哪个位置上没有甲氧基，就表示该位置为联接的位置
〔2〕用注射器汲取少量溶液，稀释250倍，在223nm测定其吸光度
〔3〕与高碘酸原液(稀释250倍)和同浓度高碘酸盐作比较
(前者吸光度A为0.6，后者为0.1)。
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甲酸的测定
电位滴定法 〔1〕取高碘酸盐反响液10ml，参与无酸乙二醇1ml，摇匀后在室温下放
10min 〔2〕通入10min氮气，用0.01mol/L氢氧化钠〔无CO2〕进展电位滴定，滴
3.2 半纤维素的组成
组成半纤维素的主要糖单元
〔1〕己糖基：D-葡萄糖(Glucose)、D-甘露糖(Mannose)、 D-半乳糖(Galactose)
〔2〕戊糖基：D-木糖(Xylose)、L-阿拉伯糖(Arabinose) 〔3〕己糖醛酸基：D-葡萄糖醛酸〔Glucuronic acid〕、
;
气相色谱法
GB/T 12033-2019 造纸原料和纸浆中糖类组分的气相色谱的测定
原理：用硫酸把造纸原料或纸浆中的纤维素和半纤维素水解成 单糖，以碳酸铅中和后采用硼氢化钠复原，使之成为糖醇，糖 醇与乙酸酐酯化成衍生物，然后进展气相色谱分析，内标法定 量。 硼氢化钠复原：使一种单糖出现一个峰，适宜定量分析。 衍生化：将单糖转化为受热后具有挥发性和热稳定性的衍生物。 内标物：肌醇规范品
如需将聚葡萄糖甘露糖分别出来，可按以下图进展。
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阔叶木半纤维素的分别
纤维素酶完整版PPT资料
纤维素酶
（优选）纤维素 酶
一、纤维素酶的特性及来源
纤维素
• 分布 • 化学组成
纤维素酶
• 定义 • 酶系组成
纤维素酶的 来源
• 来源 • 工业菌种
一、纤维素酶的特性及来源
纤维素
纤维素占植物干重的35％～50％，是地球上分布最 广、含量最丰富的碳水化合物。
纤维素的化学组成十分简单，是由β-D-葡萄糖通过 β-1,4糖苷键连接而成的线形结晶高聚物，其聚合度很 大，通常由4000～8000个葡萄糖分子串联起来，分子 质量达200～2000kD。
纤维素酶来源
不同微生物合成的纤维素酶在组成上有显著的差异，对 纤维素的降解能力也大不相同。 放线菌的纤维素酶产量极 低，研究很少。细菌的产量也不高，且主要是内切葡聚糖 酶，大多数细菌所产纤维素酶对结晶纤维素没有活性，另 外，所产生的酶是胞内酶或吸附于细胞壁上，很少能分泌 到细胞外，增加提取纯化难度，在工业上很少应用。而丝 状真菌具有产酶的诸多优点。
一、纤维素酶的特性及来源
纤维素酶
(1)内切葡聚糖酶(EG， ) 系统命名为1,4 -β-D-葡聚糖-4-葡 聚糖水解酶，也称Cx酶。在纤维素的水解过程中，首先由 EG从纤维素中部的无定形区进行随机切割，降低纤维素的 聚合度，产生大量的小分子纤维素。EG作用于较长的纤维 素链，对末端键的敏感性比中间键小，但它不能单独作用 于结晶纤维素，只作用于纤维素无定形区或溶解性的纤维 素衍生物以及酸膨胀等预处理的纤维素。
一、纤维素酶的特性及来源
纤维素酶来源
纤维素酶来源非常广泛，昆虫、软体动物、微生物(细 菌、放线菌、真菌等)都能产生纤维素酶，如白蚁、小龙 虾等能产生完全不同于其内共生微生物群所产的纤维素 酶，反刍动物的瘤胃微生物也拥有强大的纤维素降解酶 系。 微生物发酵方法是纤维素酶大规模生产最有效途径。
（优选）纤维素 酶
一、纤维素酶的特性及来源
纤维素
• 分布 • 化学组成
纤维素酶
• 定义 • 酶系组成
纤维素酶的 来源
• 来源 • 工业菌种
一、纤维素酶的特性及来源
纤维素
纤维素占植物干重的35％～50％，是地球上分布最 广、含量最丰富的碳水化合物。
纤维素的化学组成十分简单，是由β-D-葡萄糖通过 β-1,4糖苷键连接而成的线形结晶高聚物，其聚合度很 大，通常由4000～8000个葡萄糖分子串联起来，分子 质量达200～2000kD。
纤维素酶来源
不同微生物合成的纤维素酶在组成上有显著的差异，对 纤维素的降解能力也大不相同。 放线菌的纤维素酶产量极 低，研究很少。细菌的产量也不高，且主要是内切葡聚糖 酶，大多数细菌所产纤维素酶对结晶纤维素没有活性，另 外，所产生的酶是胞内酶或吸附于细胞壁上，很少能分泌 到细胞外，增加提取纯化难度，在工业上很少应用。而丝 状真菌具有产酶的诸多优点。
一、纤维素酶的特性及来源
纤维素酶
(1)内切葡聚糖酶(EG， ) 系统命名为1,4 -β-D-葡聚糖-4-葡 聚糖水解酶，也称Cx酶。在纤维素的水解过程中，首先由 EG从纤维素中部的无定形区进行随机切割，降低纤维素的 聚合度，产生大量的小分子纤维素。EG作用于较长的纤维 素链，对末端键的敏感性比中间键小，但它不能单独作用 于结晶纤维素，只作用于纤维素无定形区或溶解性的纤维 素衍生物以及酸膨胀等预处理的纤维素。
一、纤维素酶的特性及来源
纤维素酶来源
纤维素酶来源非常广泛，昆虫、软体动物、微生物(细 菌、放线菌、真菌等)都能产生纤维素酶，如白蚁、小龙 虾等能产生完全不同于其内共生微生物群所产的纤维素 酶，反刍动物的瘤胃微生物也拥有强大的纤维素降解酶 系。 微生物发酵方法是纤维素酶大规模生产最有效途径。
半纤维素和木聚糖
半纤维素和木聚糖半纤维素和木聚糖是两种常见的多糖之一，它们在纤维素和淀粉之间的结构和性质上都有所不同。
在本文中，我们将详细介绍半纤维素和木聚糖的定义、结构、生物合成和应用。
首先，让我们了解一下半纤维素的定义。
半纤维素是指那些不溶于碱性溶液的复杂多糖物质，它们通常是由三种或更多不同糖分子组成的。
半纤维素在植物细胞壁中起着重要的结构和功能作用，可以增强植物细胞壁的强度和稳定性。
半纤维素的主要成分包括木聚糖、木醋糖和甘露聚糖等。
而木聚糖是一种主要存在于木质部细胞壁中的天然聚糖，它是由葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键连接而成的。
与纤维素相似，木聚糖在植物细胞壁的结构和性质方面起着重要的作用。
它是植物细胞壁的主要组分之一，可以提供植物细胞壁的机械强度和稳定性。
半纤维素和木聚糖的结构相似，但也有一些重要的差异。
首先，它们的组分不同。
半纤维素通常由多种不同的糖分子组成，如木糖、木醛糖、半乳糖等，而木聚糖则是由葡萄糖组成的。
其次，它们的化学键结构也有所区别。
半纤维素中的糖分子通过异糖苷键连接，而木聚糖中的糖分子通过β-1,4-糖苷键连接。
半纤维素和木聚糖的生物合成也具有一些不同。
半纤维素的生物合成是一种复杂的过程，涉及多种酶的参与。
首先，纤维素合酶将葡萄糖经过β-1,4-糖苷键连接成链状结构，形成纤维素的基本骨架。
然后，各种酶作用于基本骨架，将其他糖分子加入到链上，形成半纤维素的多样结构。
木聚糖的生物合成相对简单一些。
它主要依赖于木聚糖合酶的作用。
在植物细胞中，木聚糖合酶将葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键连接起来，形成链状结构。
与半纤维素不同的是，木聚糖合酶不会引入其他糖分子。
半纤维素和木聚糖在许多方面都有广泛的应用。
首先，在食品工业中，半纤维素和木聚糖常用作增稠剂、乳化剂和稳定剂等。
其次，在制浆和纸张工业中，木聚糖是一种重要的原料，可以用于制备高品质的纸张和纤维板。
此外，木聚糖还可以用于制备生物燃料和生物降解材料等。
纤维素酶课件
四，纤维素酶活力测定方法简介
1，刚果红透明圈法。 2，滤纸酶（FPase）活测定 3，微晶纤维素酶（C1）活测定 4，β-糖苷酶（β-Gase）活测定 5，CMC酶活测定。
五、纤维素酶的发酵制备
纤维素酶的产酶菌很多, 主要有细菌、放线菌和 丝状真菌。其中丝状真菌具有产酶的诸多优点: 产生 的纤维素酶为胞外酶, 便于酶的分离和提取; 产酶效率 高, 且产生的纤维素酶酶系结构较为合理; 同时可产生 许多半纤维素酶、果胶酶、淀粉酶等。从纤维素酶的 工业化制备及其应用的角度, 采用丝状真菌产酶具有 更大的意义。 从目前的研究进展来看, 由于里氏木霉Rut C30和 QM 9414 同时具有较为稳定的性状、优质高产纤维素 酶的能力和较好的“抗代谢阻遏”能力, 因此, 它们被 认为是最具有工业应用价值的菌株。
纤维素酶是诱导酶, 发酵过程中纤维素酶 的大量合成必须有诱导物的作用。纤维素、 纤维低聚糖及其他结构类似物均可作为纤维 素酶的诱导物, 因此, 用于纤维素酶发酵制备 的培养基, 首先必须加入这些物质。为降低 成本, 简化诱导物的制备工艺, 通常采用富含 这些物质的原料(包括植物纤维原料、各种 酒糟、乳糖、淀粉水解糖等) 作碳源, 使产酶 过程中充当碳源的物质同时起着诱导物的作 用。
纤维素酶的提取
纤维素酶的应用
在食品工业中的应用 纤维素酶在食品工业应用极为广泛。如将纤维素酶应用于豆 腐生产工艺中，结果表明，在大豆浸渍时添加0.5%～5.0%纤 维素酶，可提高4.00%～11.01%豆腐出品率，且所产豆腐色质 和风味无明显变化，同时不改变原有生产工艺路线，其经济效 益比较明显。 在饲料工业中的应用 畜禽饲料中含有大量的纤维素，除某些反刍动物具有分解纤 维素能力外，大部分畜禽不具此能力。纤维素酶是畜牧业中的 一种新型饲料添加剂，能够分解结构复杂的纤维素，生成易消 化物质葡萄糖，摧毁细胞壁释放内容物，便于动物消化吸收。 在洗涤剂工业中的应用 近年来，碱性纤维素酶在洗涤剂上应用改变传统去污机制。 。 其它方面 纤维素酶在造纸、地质钻井、草药提取等方面均有很大应用 潜力
纤维素和半纤维素PPT幻灯片课件
与C5-O5成旁式 与 C5-C4成旁式是gg 构象
与C5-O5成旁式 与 C5-C4成反式是gt 构象
与C5-O5成反式 与 C5-C4成旁式是tg 构象
22
2. 纤维素分子量和聚合度
组成大分子的基环数目称之为聚合度（DP），纤维素的聚合 度为：DP=纤维素的分子量/基环分子量
纤维素的基环分子量为162，由于分子链两末端基环比链中的 基环共多了两个氢和一个氧原子，即原子量多了18，故纤维 素的分子量：
另一种是从木材和其他植物纤维原料中制备，需要 从中除掉相当多的伴生物如木质素、半纤维素及果 胶等，也就不可避免地会引起纤维素的分解，制得 的纤维素其纯度也就远不及棉纤维素。
9
从木材和其他植物纤维原料中制备:
处理方法 试 样
硝酸乙醇法 气干试样
综 亚氯酸纳法 苯醇抽提后
纤
维 氯化法
苯醇抽提后
素 过醋酸法 苯醇抽提后
3
§5-1. 糖 化 学 基 础
1. 结 构 式
单 糖 开 链 式
4
倒数第二个碳原子上的-OH在右为D型，在左为L型。 葡萄糖为Glucose，简写为 Glu。 甘露糖为Mannose，简写为 Man 阿拉伯糖为Arabinose，简写为 Ara 半乳糖为Galactose ，简写为 Gal 木糖为Xylose，简写为 Xyl。 上述这些结构是开链式， 也可写成哈瓦斯式如葡萄糖 大家知道吡喃是六元环，呋喃是五元环，因此我们一般把六 元环的糖基称为吡喃型，把五元环的糖基称为呋喃型
20
椅式构象
纤维素的吡喃葡萄糖基具有椅式构象。在两种椅式构象中， 羟基可能具有直立构象或平伏构象，后者能量较低。见上 图。经红外光谱研究证实，葡萄糖甲基化衍生物的吡喃环 以平伏构象占优势。
与C5-O5成旁式 与 C5-C4成反式是gt 构象
与C5-O5成反式 与 C5-C4成旁式是tg 构象
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2. 纤维素分子量和聚合度
组成大分子的基环数目称之为聚合度（DP），纤维素的聚合 度为：DP=纤维素的分子量/基环分子量
纤维素的基环分子量为162，由于分子链两末端基环比链中的 基环共多了两个氢和一个氧原子，即原子量多了18，故纤维 素的分子量：
另一种是从木材和其他植物纤维原料中制备，需要 从中除掉相当多的伴生物如木质素、半纤维素及果 胶等，也就不可避免地会引起纤维素的分解，制得 的纤维素其纯度也就远不及棉纤维素。
9
从木材和其他植物纤维原料中制备:
处理方法 试 样
硝酸乙醇法 气干试样
综 亚氯酸纳法 苯醇抽提后
纤
维 氯化法
苯醇抽提后
素 过醋酸法 苯醇抽提后
3
§5-1. 糖 化 学 基 础
1. 结 构 式
单 糖 开 链 式
4
倒数第二个碳原子上的-OH在右为D型，在左为L型。 葡萄糖为Glucose，简写为 Glu。 甘露糖为Mannose，简写为 Man 阿拉伯糖为Arabinose，简写为 Ara 半乳糖为Galactose ，简写为 Gal 木糖为Xylose，简写为 Xyl。 上述这些结构是开链式， 也可写成哈瓦斯式如葡萄糖 大家知道吡喃是六元环，呋喃是五元环，因此我们一般把六 元环的糖基称为吡喃型，把五元环的糖基称为呋喃型
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椅式构象
纤维素的吡喃葡萄糖基具有椅式构象。在两种椅式构象中， 羟基可能具有直立构象或平伏构象，后者能量较低。见上 图。经红外光谱研究证实，葡萄糖甲基化衍生物的吡喃环 以平伏构象占优势。
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单糖只出现在形支状链不上同。
三、半纤维素的分类
1 对碱的溶解性不同
不溶
半纤维素 24% KOH
聚葡萄糖甘露糖
聚半乳糖葡萄糖甘露糖
溶解
木聚糖
2、根据主链的糖基不同 如木聚糖、聚葡萄糖甘露糖， 聚半乳糖葡萄糖甘露糖类等。
Ba2+配合物 析出
木聚糖 聚半乳糖葡萄糖甘露糖
线状分子与直链无分支
四 一木样聚吗糖？？类
2 组成
D-木糖
无热量甜味剂；对人体肠道内 的双歧杆菌有较高的增殖作用
D-甘露糖
D-葡萄糖
D-半乳糖
这些糖基形成基础链（主链），其ห้องสมุดไป่ตู้糖基 作为支链连接于基础链上
半纤维素只是一群糖共聚物的总称。
不同来源 半纤维素 的组成
木本植物：D-木糖、D-甘露糖、D-半 乳糖、D-阿拉伯糖、葡萄糖醛酸等
草本植物和谷类：D-木糖、L-阿拉伯糖、 D-半乳糖、D-葡萄糖
们的接近性也不是等同的 （4）由于同种异形酶或同基因的不同等位基因的产物，经过
翻译后修饰和加工形成同工酶。
2.4 木聚糖降解酶的分类
根据木聚糖降解酶的催化特性可将其分
为6类：
作用于主链
β－1.4－内切木聚糖酶 作用于还原端
β－木糖苷酶（外切酶）
α－L-呋喃型阿拉伯糖苷酶
α－葡萄糖醛酸苷酶
乙酰木聚糖酯酶
1 木聚糖：主链为β-D-吡喃木糖以β-1,4-糖苷键连接而成的线 状分子，分子量约30000（200个糖单位），白色无定形粉 末，不溶于冷水，溶于稀碱溶液。
2 木聚糖是各种半纤维素中的主要成分。木聚糖类广泛存在 于自然界，几乎所有植物中都含有。木聚糖在植物细胞壁 中的含量仅次于纤维素。
3 不同植物所含木聚糖多少也有所差别 一般硬材中所含的木聚糖比软材中多，硬材能占干重的 15%-30%。 一些一年生植物如小麦，甘蔗，棉花的籽壳中，木聚糖含 量非常高，一般能高达30%以上。
关于半纤维素半纤 维素酶和低聚木糖
益生菌活菌制剂的有效性
1）是否来自人体 2）是否带有耐药性质粒 3）培养和保藏是否困难 4）是否耐受胃酸、胆汁碱而存活 5）是否能够定植于肠道上皮细胞 6）能否形成优势菌落而达到保健效果
1.2 双歧因子 prebiotic 的作用
可以促进人体肠道内有益菌双歧杆菌 (Bifidobacterium) 等的生长，改进肠道菌 群状况。
胞外半纤维素酶活力较强的微生物——曲霉，枯草杆菌， 厌氧性的梭状芽孢杆菌。
2.3 半纤维素降解酶
1 木聚糖降解酶系的多样性 （1）由于来源的不同，故木聚糖酶的组成，性质均不相同 （2）木聚糖本身结构的杂合性决定了它不可能被任何一种单
一的酶类彻底降解。 （3）木糖苷连接键本身不都是等价的。木聚糖降解酶对于它
4 同聚多糖与异聚多糖 5 木聚糖分类：
硬木木聚糖——
组成单位： O－乙酰－4－O－甲基葡萄糖醛酰木糖 聚合度：150-200
高度乙酰化，发生在C3位
软木木聚糖—— 组成单位：阿拉伯－4－O－甲基葡萄糖醛酰木聚糖残基
聚合度：70-130 非乙酰化
组成单位：L－呋喃型阿拉伯糖基、
草木类木聚糖——
4－O－甲基－D－吡喃葡萄糖醛酸基
二、纤维素和半纤维素化学结构的差别
1、由不同的糖单元组成，纤维素只含 有葡萄糖，为同聚多糖。半纤维素
含有多种糖组，成可能不为同同聚多糖，也
可以为两种或多种单糖形成的杂聚 多糖。 2、糖链链长的聚合度不同，纤维素的
糖链较长，半长纤短维不素同的链长较短。
3、两类物质的分子中分支不同，纤维 素无分支，半纤维素有分支，有的
摄入
（小肠）消化
发酵（大肠）
SCFA
吸收
酶降解
可利用能源
第二节 半纤维素、半纤维素酶类 和低聚木糖
木材细胞壁的构造及组成：
瘤层 内层 中层 外层 初生壁 中胶层
次生壁
中胶层：厚约为0.2-1.0μm，位于细胞之间，负责将它们连 在一起，在成熟的木材中，中胶层是高度木化的。
初生壁：位于细胞外的初生壁是一层厚约0.1-0.2 μm壁， 由半纤维素，纤维素、果胶和完全包在木质素中的蛋白质 组成。
聚合度：70-130
小麦麸皮阿拉伯木聚糖的结构 图
7）面团形成过程Dough formation: 小麦粉和水 ---混合 揉捏--- 疏水 相互作用和二硫键 ---线状多聚物 – 多聚物之间相互作用– 氢键、 疏水相互作用、 二硫键 --- 面团 形成 ---发酵(产气泡) --- 气液界 面形成强膜。
次生壁：分为三层，由内向外、内层，中层，外层。由包 裹在木质素和半纤维素中定位不同的纤维素纤丝组成，并 代表了纤维素合成阶段及在最初原生质中的位置，只要植 物细胞壁的天然结构保持完好，其中木质素就能防止降解 酶类接触纤维素纤丝。
2.1 半纤维素的组成及基本结构
一、半纤维素
1.半纤维素：是由几种不同类型的单糖构 成的异质多聚体。单糖聚合体间分别以 共价键、氢键、醚键和酯键连接，他们 与伸展蛋白、其他结构蛋白、壁酶、纤 维素和果胶等构成具有一定硬度和弹性 的细胞壁，因而呈现稳定的化学结构。 是植物纤维材料中除去纤维素和果胶之 外的碳水化合物，是植物纤维原料中的 主要成分之一。
比活菌制剂更稳定和易于保存，可以添加 到各种制品中。
应用于医药、功能食品、饲料等领域。
双歧因子包括人乳中含N-乙酰葡糖胺的糖、 玉米浸汁和各种低聚糖等。其中研究最多 的是各种低聚糖，而且现在很多品种已经 实现了工业化生产。
1.3 低聚糖的功能特性
双歧杆菌增殖因子和低能量。 不被消化性和代谢不依赖胰岛素。 无龋齿性 。 不消化或不吸收糖
2.2 降解半纤维素的微生物
大多数的细菌和真菌——能够分泌胞外木聚糖酶，释放木 糖，为在木聚糖上生长的异养生物提供养料。
瘤胃微生物是具有潜力的半纤维素酶产生者。 瑞氏木霉，绿色木霉、粉状侧孢—有较高的胞外半纤维素
酶活性。
很多能分解半纤维素的微生物只具有内切葡聚糖酶，而缺 少外切葡聚糖酶，因而半纤维素分解能力很弱。
酚酸酯酶。
（1） β－1.4－内切木聚糖酶
①作用：切开木聚糖主链内的糖苷键，降低基质的不聚生合成度木糖 ②作用步骤：木聚糖 低聚木糖 木三糖，木二糖， ③根据酶理化性质 分子质量＜30Kμ的酶（通常为硷性蛋白）
分量质量＞ 30Kμ（酸性蛋白） ④ 最适条件：多数最适PH＜7.0，最适反应温度45℃－75 ℃
三、半纤维素的分类
1 对碱的溶解性不同
不溶
半纤维素 24% KOH
聚葡萄糖甘露糖
聚半乳糖葡萄糖甘露糖
溶解
木聚糖
2、根据主链的糖基不同 如木聚糖、聚葡萄糖甘露糖， 聚半乳糖葡萄糖甘露糖类等。
Ba2+配合物 析出
木聚糖 聚半乳糖葡萄糖甘露糖
线状分子与直链无分支
四 一木样聚吗糖？？类
2 组成
D-木糖
无热量甜味剂；对人体肠道内 的双歧杆菌有较高的增殖作用
D-甘露糖
D-葡萄糖
D-半乳糖
这些糖基形成基础链（主链），其ห้องสมุดไป่ตู้糖基 作为支链连接于基础链上
半纤维素只是一群糖共聚物的总称。
不同来源 半纤维素 的组成
木本植物：D-木糖、D-甘露糖、D-半 乳糖、D-阿拉伯糖、葡萄糖醛酸等
草本植物和谷类：D-木糖、L-阿拉伯糖、 D-半乳糖、D-葡萄糖
们的接近性也不是等同的 （4）由于同种异形酶或同基因的不同等位基因的产物，经过
翻译后修饰和加工形成同工酶。
2.4 木聚糖降解酶的分类
根据木聚糖降解酶的催化特性可将其分
为6类：
作用于主链
β－1.4－内切木聚糖酶 作用于还原端
β－木糖苷酶（外切酶）
α－L-呋喃型阿拉伯糖苷酶
α－葡萄糖醛酸苷酶
乙酰木聚糖酯酶
1 木聚糖：主链为β-D-吡喃木糖以β-1,4-糖苷键连接而成的线 状分子，分子量约30000（200个糖单位），白色无定形粉 末，不溶于冷水，溶于稀碱溶液。
2 木聚糖是各种半纤维素中的主要成分。木聚糖类广泛存在 于自然界，几乎所有植物中都含有。木聚糖在植物细胞壁 中的含量仅次于纤维素。
3 不同植物所含木聚糖多少也有所差别 一般硬材中所含的木聚糖比软材中多，硬材能占干重的 15%-30%。 一些一年生植物如小麦，甘蔗，棉花的籽壳中，木聚糖含 量非常高，一般能高达30%以上。
关于半纤维素半纤 维素酶和低聚木糖
益生菌活菌制剂的有效性
1）是否来自人体 2）是否带有耐药性质粒 3）培养和保藏是否困难 4）是否耐受胃酸、胆汁碱而存活 5）是否能够定植于肠道上皮细胞 6）能否形成优势菌落而达到保健效果
1.2 双歧因子 prebiotic 的作用
可以促进人体肠道内有益菌双歧杆菌 (Bifidobacterium) 等的生长，改进肠道菌 群状况。
胞外半纤维素酶活力较强的微生物——曲霉，枯草杆菌， 厌氧性的梭状芽孢杆菌。
2.3 半纤维素降解酶
1 木聚糖降解酶系的多样性 （1）由于来源的不同，故木聚糖酶的组成，性质均不相同 （2）木聚糖本身结构的杂合性决定了它不可能被任何一种单
一的酶类彻底降解。 （3）木糖苷连接键本身不都是等价的。木聚糖降解酶对于它
4 同聚多糖与异聚多糖 5 木聚糖分类：
硬木木聚糖——
组成单位： O－乙酰－4－O－甲基葡萄糖醛酰木糖 聚合度：150-200
高度乙酰化，发生在C3位
软木木聚糖—— 组成单位：阿拉伯－4－O－甲基葡萄糖醛酰木聚糖残基
聚合度：70-130 非乙酰化
组成单位：L－呋喃型阿拉伯糖基、
草木类木聚糖——
4－O－甲基－D－吡喃葡萄糖醛酸基
二、纤维素和半纤维素化学结构的差别
1、由不同的糖单元组成，纤维素只含 有葡萄糖，为同聚多糖。半纤维素
含有多种糖组，成可能不为同同聚多糖，也
可以为两种或多种单糖形成的杂聚 多糖。 2、糖链链长的聚合度不同，纤维素的
糖链较长，半长纤短维不素同的链长较短。
3、两类物质的分子中分支不同，纤维 素无分支，半纤维素有分支，有的
摄入
（小肠）消化
发酵（大肠）
SCFA
吸收
酶降解
可利用能源
第二节 半纤维素、半纤维素酶类 和低聚木糖
木材细胞壁的构造及组成：
瘤层 内层 中层 外层 初生壁 中胶层
次生壁
中胶层：厚约为0.2-1.0μm，位于细胞之间，负责将它们连 在一起，在成熟的木材中，中胶层是高度木化的。
初生壁：位于细胞外的初生壁是一层厚约0.1-0.2 μm壁， 由半纤维素，纤维素、果胶和完全包在木质素中的蛋白质 组成。
聚合度：70-130
小麦麸皮阿拉伯木聚糖的结构 图
7）面团形成过程Dough formation: 小麦粉和水 ---混合 揉捏--- 疏水 相互作用和二硫键 ---线状多聚物 – 多聚物之间相互作用– 氢键、 疏水相互作用、 二硫键 --- 面团 形成 ---发酵(产气泡) --- 气液界 面形成强膜。
次生壁：分为三层，由内向外、内层，中层，外层。由包 裹在木质素和半纤维素中定位不同的纤维素纤丝组成，并 代表了纤维素合成阶段及在最初原生质中的位置，只要植 物细胞壁的天然结构保持完好，其中木质素就能防止降解 酶类接触纤维素纤丝。
2.1 半纤维素的组成及基本结构
一、半纤维素
1.半纤维素：是由几种不同类型的单糖构 成的异质多聚体。单糖聚合体间分别以 共价键、氢键、醚键和酯键连接，他们 与伸展蛋白、其他结构蛋白、壁酶、纤 维素和果胶等构成具有一定硬度和弹性 的细胞壁，因而呈现稳定的化学结构。 是植物纤维材料中除去纤维素和果胶之 外的碳水化合物，是植物纤维原料中的 主要成分之一。
比活菌制剂更稳定和易于保存，可以添加 到各种制品中。
应用于医药、功能食品、饲料等领域。
双歧因子包括人乳中含N-乙酰葡糖胺的糖、 玉米浸汁和各种低聚糖等。其中研究最多 的是各种低聚糖，而且现在很多品种已经 实现了工业化生产。
1.3 低聚糖的功能特性
双歧杆菌增殖因子和低能量。 不被消化性和代谢不依赖胰岛素。 无龋齿性 。 不消化或不吸收糖
2.2 降解半纤维素的微生物
大多数的细菌和真菌——能够分泌胞外木聚糖酶，释放木 糖，为在木聚糖上生长的异养生物提供养料。
瘤胃微生物是具有潜力的半纤维素酶产生者。 瑞氏木霉，绿色木霉、粉状侧孢—有较高的胞外半纤维素
酶活性。
很多能分解半纤维素的微生物只具有内切葡聚糖酶，而缺 少外切葡聚糖酶，因而半纤维素分解能力很弱。
酚酸酯酶。
（1） β－1.4－内切木聚糖酶
①作用：切开木聚糖主链内的糖苷键，降低基质的不聚生合成度木糖 ②作用步骤：木聚糖 低聚木糖 木三糖，木二糖， ③根据酶理化性质 分子质量＜30Kμ的酶（通常为硷性蛋白）
分量质量＞ 30Kμ（酸性蛋白） ④ 最适条件：多数最适PH＜7.0，最适反应温度45℃－75 ℃