第三节
膳食纤维的组成和结构

植物细胞壁膳食纤维的化学组成可分为三部分：①纤维状碳水化合物（纤维素）；②基料碳水化合物（半纤维素、果胶及果胶类物质和糖蛋白）；③填充类化合物（木质素）。

一、纤维素

纤维素是最为广泛的有机化合物和碳水化合物，是高等植物细胞壁的主要构成成分。纤维素是由β-D-吡喃葡萄糖基单位通过β-1，4-糖苷键结合而形成的高分子直链不溶性均一多糖，其聚合度一般是数千。由于纤维素具有直链和立体结构性质，其分子在广泛区域内缔合，而每一条靠得很近的线型链依赖于氢键结合成束，形成高度结晶结构。纤维素不溶于水，但通过取代作用将纤维素中的羟基取代，如被甲基和羧甲基取代，形成纤维素衍生物就转变为可溶于水的纤维素胶。

二、半纤维素

半纤维素是一种细胞壁杂多糖，多有分支结构，其聚合度（DP）为50～100。大多由2～4种不同的单糖组成，如葡萄糖（或葡萄糖醛酸）、阿拉伯糖、木糖、半乳糖、甘露糖等。半纤维素的水溶性与其单糖的组成种类和构成结构相关，一般来说，主链上取代基越少，分子越呈线型结构，则分子排列越紧密，水溶性越差；主链上取代基越多，分子越不规则，则分子排列越疏松，水溶性越好。

阿拉伯木聚糖、半乳糖甘露聚糖、木糖葡聚糖和葡聚糖是最为重要的半纤维素，也是豆类和谷物膳食纤维的重要组成部分。阿拉伯木聚糖在小麦和大豆纤维中含量最多，其结构为β-吡喃木糖通过1，4-糖苷键连接形成主链，木糖残基的C-2和C-3位置上连接有取代基，其中最为主要的是单一的α-呋喃阿拉伯糖，此外α-吡喃葡萄糖醛酸残基及其4-O-酯也是常见的取代基，其特征机构如图2-2：

木糖葡聚糖是大豆纤维中最重要的不溶性半纤维素。木糖葡聚糖主链是由β-吡喃葡萄糖通过1，4-糖苷键连接起来的，主链通过C-6分支点连有由吡喃木糖、木糖、阿拉伯糖组成或甘露糖组成的低聚糖链，其结构模型如图2-3：

或者

半乳糖甘露聚糖是大豆纤维中最重要的水溶性半纤维素，是瓜尔豆胶、大豆皮和豆荚胶质的主要化学成分。它的主链是由β-吡喃甘露糖通过β-1，4-糖苷键连接而成，主链上的甘露糖残基通过C-6位置与取代基吡喃半乳糖基相连接，其结构如图2-4：

β-1，4-葡聚糖和β-1，3-葡聚糖是大麦和燕麦纤维中最重要的半纤维素。它是由β-葡萄糖通过β-1，4-糖苷键或β-1，3-糖苷键连接而成的线型结构。葡聚糖有水溶性和水不溶性两种，这主要取决于β-1，4-糖苷键和β-1，3-糖苷键的数目，如β-1，3-糖苷键含量大于β-1，4-糖苷键含量时，半纤维素的水溶性可能减小。

三、果胶及果胶类物质

果胶是由α-D-半乳糖醛酸经α-1，4-糖苷键连接成主链，DP一般为150～500，相对分子质量为3万～10万，主链中相隔一段距离连接有α-L鼠李糖残基侧链，因此果胶的分子结构有均匀区和毛发区两种。天然存在的果胶有两类，一类是果胶主链的半乳糖醛酸羧基有一半以上被甲酯化，其余的羧基以游离羧酸基或盐的形式存在，称为高甲氧基果胶（HM）；另一种是被甲基化的羧基小于一半，被称为低甲氧基果胶（LM）。由于天然存在的果胶是含有不同聚合度、不同数目的侧链残基和不同甲酯化程度的果胶的混合物，果胶代表的是一类化合物，因此被称为果胶类物质。果胶及果胶类物质均可溶于水，呈现胶体的特性，其性质与其来源和化学结构相关。果胶及果胶类物质在谷物纤维中含量较少，在豆类和果蔬纤维中含量较高，其凝胶特性对维持膳食纤维结构和生理功能有重要作用。

四、糖蛋白

纯净的膳食纤维中糖蛋白的含量很少，可以用溶剂将其分离出来，糖蛋白的总蛋白质含量约为14%。从小麦和大豆纤维中都可分离出富含羟脯氨酸的糖蛋白，但两者的结构不一样。小麦和大豆纤维中的糖蛋白的碳水化合物部分均是阿拉伯半乳聚糖，其肽链与多糖链之间是通过羟脯氨酸与半乳糖残基连接而成的。

五、木质素

木质素不是多糖物质，而是苯基类丙烷的聚合物，是由松伯醇、芥子醇和对羟基肉桂醇三种单体聚合而成的高聚物，具有复杂的三维结构，其单体的分子结构如图2-6所示。木质素的亲水性差，是使植物木质化的物质，在木本植物中起支撑作用。木质素几乎很难被分解，大都与碳水化合物紧密结合，很难将其分离出来，因此，木质素与碳水化合物一起构成膳食纤维的组成成分。