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1、养殖饲料碳水化合物教学资料碳水化合物（CarbOhydrate）是自然界分布最广的一类有机物质，更是植物性饲料的项重要组成成分，其含量一般约占植物体干物质总重的50%80%。而在除乳以外的动物性饲料中，碳水化合物总量虽不及1%,但却是动物体中重要的组织、能源、贮备物质和合成某些外分泌成分如乳脂、乳糖的原料。因此碳水化合物常被人们视为种重要的营养物质。碳水化合物的名称来源于法语hydrate（氢氧化物，水化物）decarbone,最初用于含有C、H、O元素的化合物。碳水化合物主要由碳、氢、氧三大元素遵循C:H:O为1:2:1的结构规律构成基本糖单位，可用通式（CH?。描述不同碳水化合物分子的组成
2、结构。但少数碳水化合物并不遵循这一结构规律。饲料中所含碳水化合物种类较多，但根据单糖的聚合度，主要分为3大类（如图21）：即单糖（不能被水解的简单化合物）、低聚糖（单糖聚合度W10的碳水化合物，又称寡糖）和高聚糖（单糖聚合度10的复杂碳水化合物，又称多糖）。此外，尚含一些糖类衍生物（如几丁质、甘油等）。丙糖：甘油醛、二羟丙酮丁糖：赤鲜糖、苏阿糖等J戊糖：核糖、核酮糖、木糖、木酮糖、阿拉伯糖等单糖己糖：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等(庚糖：景天庚酮糖、葡萄庚酮糖、半乳庚酮糖等衍生糖：脱氧糖、氨基糖、糖醇、糖醛酸、磷酸糖酯等双糖：蔗糖、乳糖、麦芽糖、纤维二糖、蜜二糖三糖：棉籽糖、龙胆三糖、松三糖、
3、洋槐三糖碳j水低聚糖四糖：五糖：水苏糖毛蕊草糖化六糖：乳六糖合戊聚糖：阿拉伯树胶、木糖物多聚糖Y均多糖：葡聚糖：淀粉、糊精、糖原、纤维素果聚糖：菊糖、左聚糖半乳聚糖I甘露聚糖I杂多糖:果胶、树胶、半纤维素、粘多糖、透明质酸等几J.质、硫酸软骨素、糖蛋白、糖脂、木质素等其它化合物:图2-1碳水化合物分类图一、单糖单糖（monosaccharide）是最简单的一类碳水化合物，包括丙糖、丁糖、戊糖、己糖、庚糖及衍生卜。其分子结构特点是：1个碳原子的2个共价键分别与1个氢原子和1个羟基相连（HfOH）,下余2个价键再分别与其它碳原子相连；每个糖分子中均含有1个默基（=CO也称碳氧基）。也就是说，从化学
4、结构特点看，单糖属多元羟基醛、酮或它们的缩合物。故有人又将单糖分成醛糖（如葡萄糖）和酮糖（如果糖）（如图2-2）。OHCHOCH2OHuJ.llHql(IWH)nL“/OH)n-1CH2OH(CjHOH)n-1CH20HCH2OH醛糖酮糖环状醛糖CH2OHIjHO-fI(CjHOH)n,1OCH2环状酮糖惆T印JglJJHe八图2.3环状醛糖与环状酮糖的结构式单糖不仅有链状结构，同样还有环状结构（如图23）。一般在单糖分子中碳原子数达5个时可借助“氧桥”形成稳定的环（含8个碳原子的单糖少见）。单糖的链状结构和环状结构实际上是同分异构体。环状结构最重要，例如葡萄糖在晶体状态或水溶液中，绝大部分是
5、环状结构，在水溶液中链状结构和环状结构可以互变。所有糖类都有不对称碳原子，故都具有旋光性。旋光性也是鉴定糖的重要指标。丙糖是最简单的单糖，比较重要的丙糖有甘油醛（丙醛糖）和二羟丙酮（丙酮糖）。它们的磷酸酯是糖代谢的重要中间产物。现以具有1个不对称碳原子的最简单的单糖一一甘油醛为例说明糖的旋光性。凡羟基在甘油醛的不对称碳原子右边者被称为D.型，而在左边的称为L.型（如图2-4）CHOCHOH-C-OHHO-C-H（OHCH2OH由于单糖分孑D（+）-甘油醛L（-）-甘油醛（-CHO）或酮基（=C=O）的结构，这就使第.图2-4D-甘油醛和L-甘油醛的结构式瓦、氨基化等），又可产生醛或酮化学反应（
6、如.，、,、一2.-Si,八一.IS,某些金属离子，尤其是铜离子或银离子的还原能力来说明它们的还原性，并作为鉴定还原糖的基础。这些醛糖或酮糖在化学反应或酶促反应中被氧化成糖酸（还原糖）或被还原为醇。单糖中以戊糖（五碳糖）和己糖（六碳糖）最为常见，对动植物来说也是最重要的。其因戊糖中的核糖是核酸的组成成分；木糖是半纤维素和果胶的组成成分，反刍动物可借助瘤胃微生物发酵作用，使90%以上木糖被消化利用。另外，也有报告指出，木糖及木磺酸等具有促进畜禽代谢和营养吸收功能。己糖中的葡葡糖是动物体极易吸收的种糖（胃壁直接吸收）,可为动物组织提供能量，在植物体内也可以纤维素、淀粉等化合态形式贮存起来。果糖（由
7、葡萄糖经异构化反应转比而来）是糖中最甜者，供能上虽与葡萄糖相同，但在吸收、运载等营养生理过程中却存在一定的差异，故应注意合理利用。二、低聚糖低聚糖（OligOSaCCharide）-般是指由26个单糖通过糖背键组成的一类糖。其中以双糖分布较广，营养意义较大。L）双糖双糖（disaccharide）又称二糖，是由2分子单糖脱水缩合而成的一类糖。植物组织中存在的双糖主要有蔗糖、麦芽糖、纤维二糖、乳糖、海藻糖、蜜二糖等，而动物乳中则含有较多乳糖。双糖在动物体消化道内需经相应酶作用分解成单糖，才能被动物体吸收利用。1 .蔗糖蔗糖（sucrose）是由葡萄糖和果糖组成的一种非还原性二糖，分布较广、含量较
8、高的有甜菜（15%20%）、甜高梁（10%18%）、甘蔗（10%15%）、枫树（3%6%）等。各种果实、根茎类、蔬菜与树木汁液中也有不等含量。初生乳猪小肠和胰脏分泌的蔗糖酶极微,在生后1周内只能利用乳糖或葡萄糖,若喂蔗、果糖，则可引起乳猪严重下痢，一般乳猪出生后2周才可喂少量蔗糖或淀粉。犊牛消化道内的双糖酶或胰碳水化合物酶发展更慢，2月龄时才可利用。2 .麦芽糖麦芽糖（maltose）为淀粉与糖原的组成成分，由2分子葡萄糖缩合生成，也属一种还原性双糖。大量存在于发芽的谷物中尤其是麦芽中。动物体内含相应的酶，故可被直接吸收利用。3 .乳糖乳糖（IaCtOSe）是半乳糖以B7,4糖甘键与葡萄糖结合
9、而成的一种还原性双糖，主要存在哺乳动物乳中。动物种类不同，乳中含量不同，如牛乳中含4.5%5.5%,猪乳中含4.9%,马乳中含6.1%,山羊乳中含4.6%,人乳中含4.0%5.0%。由于乳糖酶仅存于哺乳动物有触体内，因此成年家畜如摄取如糖过多时，除被肠道微生物发酵后吸收外，剩余者排出体外。4 .纤维二糖纤维二糖（cellobiose）是纤维素的基本构成单位，也是其它不少多糖和糖贰的组成成分，它是2个葡葡糖分子以B7,4糖背键连接的。自然界中无游离态，只有当纤维素经微生物发酵、酮解或酸水解时，才会产生游离态纤维二糖。动物体内无相应水解它的酶（B-葡萄糖甘酶），故无法直接利用。其他双糖还有蜜二糖、
10、龙胆二糖、松二糖等。（二）其它常见的低聚糖其它常见的低聚糖主要有棉籽糖、水苏糖等。1 .三糖主要的三糖Crisacoharide）有棉籽糖、甘露三塘等。棉籽糖是由半乳糖、葡萄糖和果糖组成的一种无还原性三糖，棉籽中含量较高约（8.0%）,大豆、成熟的甜菜及蔗糖废糖蜜中有一定含量（约0.5%）。2 .四糖主要四糖（tetrasaccharide）为水苏四糖，是一种由1分子果糖、1分子葡萄糖和2分子的半乳糖组成的四糖，常见于多种植物的根茎和籽实中，而以唇形科水苏属（SfaMA）植物含量较高。3 .甘露寡糖甘露寡糖（），又称甘露低聚糖或葡甘露寡聚糖，是由几个甘露糖分子或甘露糖与葡萄糖通过a-1,6、a
11、-1,2或a-1,3糖昔键连接组成的低聚糖。甘露寡糖广泛存在于魔芋粉、瓜儿豆胶、田菁胶及多种微生物细胞壁内（葡甘寡聚糖）。目前饲料添加剂用甘露寡糖主要是通过对酵母细胞壁的提取，其中含有磷酸化的甘露糖。少量的葡萄糖和一些蛋白质。作为饲料添加剂用的甘露寡糖多为二糖、三糖、四糖等结构的混合物。甘露寡糖不为单胃动物消化道酶分解。有报道:甘露寡糖可作为动物肠道内有益微生物如双歧杆菌、乳酸杆菌等的营养素，有促进消化道有益菌株的增殖和抑制有害微生物的作用，同时还有促进机体免疫力提高和促进动物生产的作用。另外有报道果寡糖等低聚糖也有类似作用。其他低聚糖还有五糖一毛蕊草糖（3半乳糖+1葡萄糖+1果糖）及乳六糖等
12、。（）利用低聚糖应注意的问题1 .动物本身无消化棉籽糖和水苏糖等的酶，故无法对其直接利用。大肠微生物虽对其可进行发酵，但常产生引起胃肠朦气的气体如CO2和H2。因此，豆类或豆类产品等食入过多时，易发生肠胃朦胀。2 .低聚糖中，有的有还原性（如麦芽糖），有的无还原性（如蔗糖）。了解还原性的意义在于，原料或成品中单糖或还原性糖的埃基，在加热或长期贮藏过程中，易与氨基酸或胺发生缩合反应（叛氨反应），并产生黑褐色素。此反应被称为“褐变反应”或“美拉德反应”（MailIardReaction）o反应结果可降低饲料中有效氨基酸含量，使整个饲料营养价值下降。三、多糖多糖（PoIySaCCharide）是由1
13、0个糖单位以上单糖分子经脱水、缩合而成，属一类结构复杂的高分子化合物，一般单糖数多在百个以上。多糖广泛分布于植物和微生物体内，动物体内也有少量分布（主要为糖原）。从其功能角度考虑多糖可以分成营养性多糖（贮存性多糖）和结构多糖，如淀粉、菊糖、糖原等属营养性多糖，其余多糖属结构多糖。多糖一般不溶于水，只有水解或发酵后才能被动物吸收利用。（一）淀粉淀粉（starch）是由D葡萄糖组成的一种多糖，以微粒形式大量存在于植物种子、块茎及干果实中，属植物体中一种贮藏物质。玉米、高粱、小麦等谷实中含量高，一般可达60%70%；甘薯、木薯、马铃薯中含量约25%30%。淀粉分直链淀粉（溶于热水）和支链淀粉（不溶于
14、热水）2种，前者是葡萄糖以QT,4糖昔键连接的链状分子；后者是除葡萄糖以a-1,4糖背键结合的主链外，尚含有a-1,6糖昔键与主链相连的支链。来源不同，直、支链淀粉含量比例不同。一般淀粉中，直链淀粉约占15%25%,余为支链淀粉。而糯米、粘高梁中99%的淀粉属支链淀粉。豆类中淀粉虽含量不高（如大豆仅含0.4%0.9%）,但全属直链淀粉。1 .淀粉的特性淀粉的特性可概括为“三化”，即糊化、老化和胶化。（1）糊化指天然淀粉颗粒（生淀粉、淀粉）在适当温度（不同淀粉要求不同温度）下在水中膨润，分裂成均匀、有粘性的糊状溶液，此现象即称为淀粉的糊化，处于这种状态的淀粉被称为a-淀粉。一般支链淀粉易于糊化。
15、淀粉糊化的实质是淀粉分子间氢键断裂和联系变松散，故淀粉易于消化利用。（2）老化是指糊化淀粉缓慢冷却或在室温下长期放置后变得不透明，甚至产生沉淀，此现象即称淀粉的老化。一般直链淀粉易老化。老化的淀粉较难以被淀粉防水解，不利动物消化利用。淀粉老化的实质是相邻分子间断裂的氢键逐渐恢复，部分致密、高度晶化的淀粉分子微束重新形成。生产中对淀粉的老化特性应特别重视，以防造成浪费。（3）胶化是指利用高温或其它手段使淀粉粒破碎的过程。淀粉产生胶化的原因是淀粉分子中虽含有很多的羟基，但这些羟基是通过高强度化学氢键结合的，从而使淀粉具有不同程度的抗涨破或抗压碎能力。特别是马铃薯中的淀粉粒，若不经高温处理，猪禽消化道中的醐就无法进入淀粉粒内，从而产生消化隙碍。2 .动物对淀粉的消化利用动物采食饲料后，饲料中的淀粉便会在淀粉酶的作用下，降解为多个长短不一的多昔链片段（统称糊精），然后再变为麦芽糖，最终以葡萄糖的形式被吸收利用。（二）糊精糊精（）是淀粉消化或加温水解而产生的一系列有支链的低分子化合物。据研究，支链淀粉在动物消化过程中可先分解成a-极限糊精，a-极限糊精再在糊精酶作用下进一步水解成麦
