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7.1 : Monosaccharides et Disaccharides - Biologie


Le lien ci-dessous est une ressource extraordinaire et gratuite sur la glycobiologie. Il définit le mot "glycane" comme un "terme générique pour tout sucre ou assemblage de sucres, sous forme libre ou attaché à une autre molécule" et "est utilisé de manière interchangeable... avec un saccharide ou un hydrate de carbone".

  • Essentials of Glycobiology, 2e édition, est disponible en ligne.

Structures de monosaccharides

Les sucres simples peuvent être définis comme des polyhydroxyaldéhydes ou des cétones. Ainsi, les sucres les plus simples contiennent au moins trois carbones. Les plus courants sont les aldo- et céto-trioses, les tétroses, les pentoses et les hexoses. Les sucres 3C les plus simples sont le glyceraldehye et la dihydroxyacétone.

Le glucose, un aldo-hexose, est un sucre central du métabolisme. Lui et d'autres sucres 5 et 6C peuvent se cycliser par attaque nucléophile intramoléculaire de l'un des OH sur le carbonyle C de l'aldéhyde ou de la cétone. De telles réactions intramoléculaires se produisent si des cycles stables à 5 ou 6 membres peuvent se former. Les cycles résultants sont étiquetés furanose (5 membres) ou pyranose (6 membres) en fonction de leur similitude avec le furane et le pyrane. Lors de l'attaque nucléophile pour former le cycle, le carbonyle O devient un OH qui pointe soit en dessous du cycle (un anomère) soit au-dessus du cycle (un anomère b).

Figure : Formation et représentations des anneaux de sucre

Les monosaccharides en solution existent sous forme de mélanges à l'équilibre des formes droites et cycliques. En solution, le glucose (Glc) est principalement sous forme de pyranose, le fructose est constitué de 67 % de pyranose et de 33 % de furanose, et le ribose est constitué de 75 % de furanose et de 25 % de pyranose. Cependant, dans les polysaccharides, Glc est exclusivement du pyranose et le fructose et le ribose sont des furanoses.

Les sucres peuvent être dessinés sous forme de chaîne droite sous forme de projections de Fischer ou de formules structurelles en perspective.

Dans la projection de Fisher, les liaisons verticales pointent vers le bas dans le plan du papier. C'est facile à visualiser pour les molécules 3C. mais plus compliqué pour les plus grosses molécules. Pour ceux-ci, dessinez un dessin en coin et en tirets de la molécule. Lorsque vous déterminez l'orientation des OH sur chaque C, orientez le dessin en coin et en tiret dans votre esprit de sorte que les atomes C adjacents à celui d'intérêt pointent vers le bas. En regardant vers le carbonyle C, si le OH pointe vers la droite dans le projet Fisher, il devrait pointer vers la droite dans le dessin en coin et en tiret, comme indiqué ci-dessous pour le D-erthyrose et le D-glucose.

Figure : Orienter les groupes OH dans des dessins en coin et en tirets de sucres à chaîne droite simples

Les formes cycliques peuvent être dessinées soit comme les projections de Haworth, qui montrent la molécule comme cyclique et plane avec des substituants au-dessus ou en dessous du cycle) ou les formes courbées plus plausibles (montrant Glc dans les conformations de chaise ou de bateau, par exemple). Le b-D-glucopyranose est le seul aldohexose qui peut être dessiné avec tous ses substituants volumineux (OH et CH2OH) en positions équatoriales, ce qui explique probablement sa prévalence répandue dans la nature.

Les projections de Haworth sont plus réalistes que les projections de Fisher, mais vous devriez pouvoir dessiner les deux structures. En général, si un substituant pointe vers la droite dans la structure de Fisher, il pointe vers le bas dans le Haworth. s'il pointe vers la gauche, il pointe vers le haut. En général, le OH sur l'anomère pointe vers le bas (les fourmis vers le bas) tandis que sur l'anomère il pointe vers le haut (papillons vers le haut).

Jmol: Fisher to Ring Structures of Glucose


Dans les projections de Haworth, le groupe R volumineux du carbone suivant après le carbone dont le groupe OH engagé dans une attache nucléophilique sur le carbone carbonyle pour former le cycle O est pointé vers le haut si l'OH engagé dans l'attache était du côté droit dans le diagramme de Fisher à chaîne droite (comme dans l'aD-glucopyranose ci-dessus lorsque le groupe CH2OH est en haut) mais est pointé vers le bas si l'OH engagé dans l'attache était du côté gauche dans le diagramme de Fisher à chaîne droite (comme dans l'aD-galactofuranose ci-dessus lorsque le groupe (CHOH)CH2OH est en baisse). Le reste des groupes OH suit toujours la règle simple selon laquelle s'ils pointent vers la droite dans la forme à chaîne droite de Fisher, ils pointent vers le bas dans la forme Haworth.

Jmol : mise à jour du b-D-glucopyranose Jmol14 (Java) | JSMol (HTML5)

Les monosaccharides les plus courants (autres que le glycéraldéhyde et la dihydroxyacétone) que vous devez connaître sont indiqués ci-dessous.

L'image miroir de D-Glc est L-Glc. Pour les sucres courants, les préfixes D et L font référence au centre d'asymétrie le plus éloigné de l'aldéhyde ou de la cétone. Par convention, tous les centres chiraux sont liés au D-glycéraldéhyde, de sorte que les isomères de sucre liés au D-glycéraldéhyde à leur dernier centre asymétrique sont des sucres D.

La figure ci-dessous montre plusieurs rendus d'hexoses communs.

Isomères

Les sucres peuvent exister sous forme d'isomères de configuration (interconvertis uniquement en cassant des liaisons covalentes) et d'isomères de conformation. La figure ci-dessous passe en revue différents types d'isomères.

Les isomères de configuration comprennent des énantiomères (stéréoisomères qui sont des images miroir les uns des autres), des diastéréoisomères (stéréoisomères qui ne sont pas des images miroir), des épimères (diastéréomères qui diffèrent par un stéréocentre) et des anomères (une forme spéciale de stéréoisomère, de diastéréomère et d'épimère qui ne diffèrent que par la configuration autour du carbone qui a été attaqué dans l'attaque nucléophile intramoléculaire pour produire les isomères α et β).

Les sucres peuvent également exister sous forme d'isomères conformationnels, qui s'échangent sans rompre les liaisons covalentes. Ceux-ci incluent les conformations de chaise et de bateau des sucres cycliques.

Dérivés de monosaccharides

De nombreux dérivés de monosaccharides se trouvent dans la nature. Ceux-ci inclus

  • formes oxydées dans lesquelles les fonctions aldéhyde et/ou alcool sont oxydées en acides carboxyliques
  • formes phosphorylées dans lesquelles le phosphate est ajouté par l'ATP pour former des dérivés phosphoesters
  • dérivés aminés tels que la glucosamine ou la galactosamine
  • dérivés aminés acétylés tels que N-Acetyl-GlcNAc (GlcNAc) ou GalNAc
  • formes lactones (esters intramoléculaires) dans lesquelles un groupe OH attaque un carbony C qui a été préalablement oxydé en un acide carboxylique
  • produits de condensation de dérivés de sucre avec le lactate (CH3CHOHCO2-) et pyruvate, (CH3COCO2- ), tous deux issus de la voie glycolytique, pour former respectivement l'acide muramique et les acides neuraminiques (également appelés acides sialiques).

Voici quelques dérivés simples de monosaccharides

L'acide N-acétylmuramique, présent dans les parois cellulaires bactériennes, est constitué de GlcNAc en liaison éther en C3 avec le lactate, tandis que l'acide N-acétylneuraminique résulte d'une cyclisation intramoléculaire d'un produit de condensation de ManNAc et de pyruvate.

Les sucres sont très compliqués car les liaisons et les substituants sont si divers. Un exemple de ces différences subtiles peut être vu dans la différence d'acide sialique entre les humains et les chimpanzés.

Que se passe-t-il lorsque des humains non végétaliens mangent des produits d'origine animale (viande, lait) contenant des acides N-glycoyl neuraminiques (Neu5Gc) ? Certains sont incorporés dans les glycanes membranaires humains. Les acides sialiques sur les protéines de surface peuvent servir de "récepteurs" qui permettent la liaison des auto-cellules ainsi que des cellules étrangères ou des protéines qui ont évolué pour les lier. Une toxine, SubAB, sécrétée par E. Coli 0157, peut se lier à Neu5Gc. Par conséquent, manger des produits carnés peut nous rendre plus sensibles aux bactéries qui reconnaissent Neu5Gc.

Formation d'hémiacétals, d'acétals et de disaccharides

Les monosaccharides qui contiennent des aldéhydes peuvent se cycliser par attaque nucléophile intramoléculaire d'un OH sur le carbone carbonyle dans une réaction d'addition pour former un hémiacétal (hémicétal si attaque sur une cétone). Lors de l'ajout d'acide (qui protone l'anomérique OH, formant de l'eau en tant que groupe partant potentiel), un autre alcool peut s'ajouter pour former un acétal (ou cétal à partir d'une cétone) avec la sortie d'eau.

Si l'autre alcool est un second monosaccharide, il en résulte un dissaccharide. La liaison acétal (ou cétal) se liant aux deux monosaccharides est appelée liaison glycosidique. Les liens entre les deux sucres peuvent être soit a (si le OH sur C1 impliqué dans le lien glycosidique pointe vers le bas) ou b (si le O sur C1 impliqué dans le lien glycosidique pointe vers le haut). Étant donné que les sucres contiennent tant de groupes OH qui peuvent agir comme le "second" alcool dans la formation d'acétal (ou de cétal), les liens entre les sucres peuvent être très divers. Ceux-ci incluent les formes a et b des liens 1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 1-6, 2-2, etc. Par exemple:

  • lactose : Gal(b 1->4)Glc Puisque Glc est attaché à Gal par l'intermédiaire de l'OH sur C4, son carbone anomérique, C1, pourrait revenir à la forme aldéhyde non cyclique. Cet aldéhyde est sensible à l'oxydation par des réactifs (solution de Benedict - avec citrate, réactif de Fehlings - avec tartrate) qui sont ensuite réduits. Dans les deux réactifs, les sucres réducteurs réduisent une solution bleue basique de CuSO4 (Cu2+) pour former un précipité rouge brique de (ce{Cu2O}) (Cu+). Les sucres (monosaccharides, dissaccharides et polysaccharides qui peuvent former un aldéhyde en C1 ou avoir un groupe a-hydroxyméthylcétone qui peut s'isomériser en un aldéhyde dans des conditions basiques (comme le fructose) sont appelés sucres réducteurs. Ces agents oxydants sont doux et réagissent avec les aldéhydes et non les cétones.
  • saccharose : Glc(a 1->2)Fru. Étant donné que Fru est attaché par l'OH anomérique de ce cétose, le Fru n'est pas en équilibre avec sa forme céto à chaîne droite et, par conséquent, le saccharose est un sucre non réducteur.

La liaison glycosidique (acétal ou cétal) peut être clivée par hydrolyse, tout comme la liaison peptidique dans les protéines.


Figure : Zoom sur les sucres réducteurs et non réducteurs : lactose et maltose

Jmol : D Glucose Jmol : Formation d'acétal


7.1 : Monosaccharides et Disaccharides - Biologie

mardi 19 mars 2019

En train de lire: Lehninger - Ch.7, pp.241-252.

Sommaire

Résumé de lecture. §ion7.1 Monosaccharides et disaccharides. Les deux familles de monosaccharides sont les aldoses et les cétoses. Les monosaccharides ont des centres asymétriques. Les monosaccharides communs ont des structures cycliques. [Projections de Fischer 3-6 séries aldose et cétose de carbone, formation d'épimères d'hémiacétals, d'hémiacétals, de cyclisation d'acétals et de cétals, formation de cycles pyranose et furanose, anomères, projections de Haworth, onosaccharides, "formules conformationnelles" (représentation en chaise du cycle pyranose)] Les organismes contiennent une variété de dérivés d'hexose. Case 7-1 -Médecine- Mesures de la glycémie dans le diagnostic et le traitement du diabète. Les monosaccharides sont des agents réducteurs. Les disaccharides contiennent une liaison glycosidique. Encadré 7-2 Le sucre est sucré, et c'est aussi le cas. quelques autres choses (pp.252t-253t).

Les glucides sont le meilleur exemple de « carburant » métabolique pour les cellules. La dégradation progressive du glucose monosaccharide est une voie presque universelle qui produit de l'énergie biochimique sous forme d'adénosine triphosphate (ATP). Les plantes, en réalisant la photosynthèse, récoltent l'énergie de la lumière du soleil en l'utilisant pour convertir le dioxyde de carbone et l'eau en glucides. Le glucose, le fructose et le ribose sont parmi les monosaccharides les plus courants en biochimie, un monosaccharide étant un glucide qui ne peut pas être décomposé en fragments de glucides plus simples. Les formes polymères de ces glucides simples sont les glucides complexes. De plus, les fragments glucidiques sont liés ou incorporés à d'autres biomolécules, formant des nucléotides, des glycolipides et des glycoprotéines. Glycobiologie examine le rôle des glucides, des glycoprotéines et d'autres glycoconjugués dans la structure et la fonction cellulaires et multicellulaires.


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Digestion et absorption des glucides

Les glucides alimentaires comprennent les polysaccharides à savoir. l'amidon et le glycogène, les disaccharides - lactose, maltose, saccharose et les monosaccharides comme le glucose, le fructose, etc. Les poly et disaccharides complexes sont convertis en monosaccharides simples qui sont absorbés par le corps.

Digestion dans la bouche :

La salive de la bouche contient de l'amylase salivaire (ptyline), dont le pH optimal est de 6,9 ​​et nécessite Ca++ et CP comme activateurs. L'amylase salivaire agit sur l'amidon cuit et libère du maltose. La digestion de l'amidon dans la bouche n'est pas complète car la nourriture y reste peu de temps.

Cependant l'amylase salivaire continue son action dans l'estomac mais la production de HC1 et l'activation du pepsinogène en pepsine hydrolyse et désactive l'amylase. Il n'y a pas de digestion des glucides dans l'estomac car les enzymes pour la digestion des glucides sont absentes dans les sécrétions gastriques.

Digestion dans l'intestin :

Le suc pancréatique sécrété dans l'intestin contient de l'amylase pancréatique (diastase ou amylopsine). Il a un pH optimal de 7,1 et est activé par les ions Cl –. L'amylase pancréatique agit à la fois sur l'amidon cuit et non cuit ainsi que sur le glycogène et le transforme en érythro-dextrine, achro-dextrine et maltose.

L'amylase pancréatique agit uniquement sur les liaisons glycosidiques -1 → 4, elle ne peut pas agir sur les liaisons glycosidiques -1 → 6, qui sont présentes aux points de ramification de l'amidon et du glycogène. Ces points de ramification non digérés sont appelés isomaltose et sont digérés par une enzyme appelée isomaltase ou α-dextrinase.

Les disaccharides sont hydrolysés par les disaccharides respectifs, qui sont sécrétés par la muqueuse intestinale. Le disaccharide maltose est digéré par l'enzyme maltase pour donner deux unités glucose. La lactase divise le lactose disaccharidique en glucose et galactose. Le saccharose est hydrolysé par le saccharose ou l'invertase en glucose et fructose.

La cellulose ne peut pas être digérée par les êtres humains car l'enzyme cellulase (β-glycosidase) est absente, mais la cellulose est spécifiquement incluse dans le régime alimentaire afin d'augmenter la masse (fibres ou fourrage) de la nourriture et ainsi aider à la mobilité de la nourriture par le tractus gastro-intestinal. Les produits finaux de la digestion des glucides sont le glucose, le fructose, le galactose, le mannose, le ribose, etc. Certains des sucres sont convertis en glucose avant absorption.

Absorption des glucides :

Les monosaccharides sont absorbés dans l'intestin grêle par trois mécanismes :

1. Diffusion simple :

Au fur et à mesure de la digestion, la concentration de glucose dans la lumière intestinale augmente plus que la glycémie. Il en résulte une différence osmotique entre les deux, en raison de laquelle le glucose diffuse simplement en descendant d'une région de concentration plus élevée de glucose (lumière) à la région de concentration plus faible de glucose (sang).

2. Transport actif :

La diffusion simple se poursuit jusqu'à ce que la concentration de glucose dans la lumière soit égale à celle du sang, puis le glucose est transporté par un transport actif. Ici, le glucose se lie à une protéine porteuse, située dans la membrane externe de la paroi intestinale. Cette protéine porteuse se lie également à deux ions Na. Lorsque le glucose et le Na + sont tous deux liés à la protéine porteuse, ils pénètrent dans la cellule et libèrent du glucose et du Na + dans le cytoplasme de la cellule, d'où le glucose se diffuse simplement dans le sang.

Pour continuer le processus actif, les ions Na + doivent être expulsés de la cellule, de manière à maintenir une faible concentration de Na + à l'intérieur de la cellule, par rapport à la lumière. Par conséquent, Na + est expulsé de la cellule dans le plasma sanguin, en échange de K + via une pompe Na + , K + , ATPase, qui hydrolyse l'ATP pour échanger Na + avec K + .

Comme ce processus global nécessite de l'énergie, il est connu sous le nom de transport actif. Ainsi, pendant le transport actif, le glucose se déplace contre le gradient de concentration. Le galactose est également absorbé par l'intestin d'une manière similaire à celle du transport actif du glucose.

3. Transport facilité :

Le fructose est transporté par une protéine porteuse qui ne nécessite pas d'énergie (ATP). C'est pourquoi il est connu comme le transport facilité. Ce processus est très lent.

C'est un défaut génétique dans lequel l'enzyme lactase est déficiente ou absente. Cela conduit à une non digestion du lactose et donc à une intolérance au lactose, donc au lait. Cette maladie est la plus courante dans la population asiatique.

Les nourrissons présentant un défaut inné de l'enzyme lactase sont intolérants au lait et présentent des symptômes tels que diarrhée et vomissements. Ces nourrissons sont nourris avec du lait artificiel en poudre sans lactose et contenant un autre édulcorant ajouté. Les adultes asiatiques développent une déficience dans la production de lactase dans les derniers stades de la vie et ressentent ainsi une aversion pour la consommation de lait.

Diagnostic du déficit en lactase :

Trois tests sont disponibles pour le diagnostic.

Dans un test respiratoire à l'hydrogène, après un jeûne d'une nuit, 50 grammes de lactose (dans une solution avec de l'eau) sont avalés. Si le lactose n'est pas digéré, les bactéries entériques le métabolisent et produisent de l'hydrogène. Cela peut être détecté dans l'haleine du patient par un chromatographe en phase gazeuse clinique ou un détecteur à semi-conducteurs compact.

Une biopsie intestinale peut confirmer l'intolérance au lactose après la découverte d'un taux élevé d'hydrogène dans le test respiratoire à l'hydrogène. Ce test nécessite un laboratoire et une expertise hautement spécialisés pour mesurer les enzymes lactase ou l'ARNm dans le tissu de biopsie, et n'est donc pas utilisé en routine.

Est utilisé pour diagnostiquer l'intolérance au lactose chez les petits nourrissons, pour lesquels d'autres formes de tests sont risquées ou peu pratiques.


Monosaccharides et Disaccharides - Présentation PowerPoint PPT

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Les propriétés de l'eau et leur rôle dans les systèmes colloïdaux et biologiques

3.4 Glucides

Dans le tableau 2.4, deux sucres normaux de faible poids moléculaire : le saccharose et le glucose sont présentés, ainsi que le dextrane T-150, qui est un polymère de maltose, qui à son tour est un dimère de glucose. Les propriétés de surface de ces glucides sont indiquées dans la partie supérieure du tableau sous forme de di- et mono-saccharides séchés et sous forme de polysaccharide séché, le dextrane. Il est clair que les surfaces des trois sont monopolaire donneurs d'électrons (c'est-à-dire que leur − est grand et leur + est nul). Dans le état sec les sucres simples ainsi que le polysaccharide sont des donneurs d'électrons monopolaires. Dans solution aqueuse, cependant, les sucres simples et le polysaccharide sont dipolaire. Avec le dextrane cette dipolarité n'est pas très prononcée, mais avec les deux sucres simples la dipolarité à l'état dissous est extrêmement importante, au point que les solutions sucrées concentrées dans l'eau renforcent fortement l'énergie libre polaire de cohésion de l'eau et donc aussi son pouvoir hydrophobe voir chapitre 5 , sous-section 1.5 . Le polymère de glucose, le dextrane, ne présente pas la forte énergie libre polaire de cohésion de son monomère, le glucose, car dans le processus de polymérisation covalente, les chaînes de dextrane ont perdu la plus grande partie de l'énergie libre polaire de leurs anciennes molécules de glucose uniques.

Tableau 2.4. ??, ainsi que les valeurs Δ G SWS pour le saccharose, le glucose et le dextrane, à l'état sec ainsi qu'à l'état dissous dans l'eau (extrapolé à 100 % de glucides) à 20 °C en mJ/m 2

Les glucides??S LW + - AB G SWS
SaccharoseSéchez un 41.641.6059.50+47.5
Glucose42.242.2051.10+35.7
Dextran42.242.2055.00+41.2
SaccharoseEn solution aqueuse b 141.841.628.588.0100.2−11.4
Glucose150.942.234.585.6108.7−20.5
Dextran42.063.42.057.021.4+29.8

Chaleurs de combustion de certains mono- et disaccharides

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7.1 : Monosaccharides et Disaccharides - Biologie

7. Analyse des glucides

Les glucides sont l'un des composants les plus importants dans de nombreux aliments. Les glucides peuvent être présents sous forme de molécules isolées ou ils peuvent être physiquement associés ou chimiquement liés à d'autres molécules. Les molécules individuelles peuvent être classées en fonction du nombre de monomères qu'elles contiennent en monosaccharides, oligosaccharides ou polysaccharides. Les molécules dans lesquelles les glucides sont liés de manière covalente aux protéines sont appelées glycoprotéines , tandis que ceux dans lesquels les glucides sont liés de manière covalente aux lipides sont appelés glycolipides . Certains glucides sont digestibles par l'homme et constituent donc une importante source d'énergie, tandis que d'autres sont indigestes et ne fournissent donc pas d'énergie. Les glucides non digestibles font partie d'un groupe de substances appelées fibre alimentaire, qui comprend également la lignine. Il a été démontré que la consommation de quantités importantes de fibres alimentaires est bénéfique pour la nutrition humaine, aidant à réduire le risque de certains types de cancer, de maladie coronarienne, de diabète et de constipation. En plus d'être une source importante d'énergie et de fibres alimentaires, les glucides contribuent également à la douceur, à l'apparence et aux caractéristiques de texture de nombreux aliments. Il est important de déterminer le type et la concentration de glucides dans les aliments pour un certain nombre de raisons.

  • Normes d'identité - les aliments doivent avoir des compositions conformes aux réglementations gouvernementales
  • Étiquetage nutritionnel - informer les consommateurs du contenu nutritionnel des aliments
  • Détection d'adultération - chaque type d'aliment a une "empreinte digitale" de glucides
  • Qualité de la nourriture - les propriétés physico-chimiques des aliments telles que la douceur, l'aspect, la stabilité et la texture dépendent du type et de la concentration des glucides présents.
  • Économique - l'industrie ne veut pas donner d'ingrédients coûteux
  • Préparation des aliments - l'efficacité de nombreuses opérations de transformation des aliments dépend du type et de la concentration des glucides présents

7.2. Classification des glucides

Les monosaccharides sont des composés cristallins hydrosolubles. Ce sont des aldéhydes ou des cétones aliphatiques qui contiennent un groupe carbonyle et un ou plusieurs groupes hydroxyle. La plupart des monosachharides naturels ont cinq (pentoses) ou six (hexoses) atomes de carbone. Les hexoses courants dans les aliments sont le glucose, le fructose et le galactose, tandis que les pentoses courants sont l'arabinose et le xylose. Les centres réactifs des monosaccharides sont les groupes carbonyle et hydroxyle.

Ce sont des polymères de poids moléculaire relativement bas de monosaccharides (<20) qui sont liés de manière covalente par des liaisons glycosidiques. Les disaccharides se composent de deux monomères, tandis que les trisaccharides se composent de trois. Les oligosaccharides contenant des monomères de glucose, de fructose et de galactose sont les plus courants dans les aliments.

La majorité des glucides présents dans la nature sont présents sous forme de polysaccharides. Les polysaccharides sont des polymères de poids moléculaire élevé de monosaccharides (> 20). Les polysaccharides contenant tous les mêmes monosaccharides sont appelés homopolysaccharides (par exemple., l'amidon, la cellulose et le glycogène sont formés uniquement de glucose), tandis que ceux qui contiennent plus d'un type de monomère sont appelés hétéropolysaccharides (par exemple., pectine, hémicellulose et gommes).

7.3. Méthodes d'analyse

Un grand nombre de techniques analytiques ont été développées pour mesurer la concentration totale et le type de glucides présents dans les aliments (voir Analyse alimentaire par Nielssen ou Analyse alimentaire par Pomeranz et Meloan pour plus de détails). La teneur en glucides d'un aliment peut être déterminée en calculant le pourcentage restant après que tous les autres composants ont été mesurés : % glucides = 100 - % humidité - % protéines - % lipides - % minéraux. Néanmoins, cette méthode peut conduire à des résultats erronés en raison d'erreurs expérimentales dans l'une des autres méthodes, et il est donc généralement préférable de mesurer directement la teneur en glucides pour des mesures précises.

7.4. Monosaccharides et oligosaccharides

7.4.1. La préparation des échantillons

La quantité de préparation nécessaire pour préparer un échantillon pour l'analyse des glucides dépend de la nature de l'aliment analysé. Les solutions aqueuses, telles que les jus de fruits, les sirops et le miel, nécessitent généralement très peu de préparation avant l'analyse. D'autre part, de nombreux aliments contiennent des glucides qui sont physiquement associés ou chimiquement liés à d'autres composants, par exemple., noix, céréales, fruits, pains et légumes. Dans ces aliments, il est généralement nécessaire d'isoler les glucides du reste des aliments avant de pouvoir les analyser. La méthode précise d'isolement des glucides dépend du type de glucides, du type de matrice alimentaire et du but de l'analyse. Cependant, certaines procédures sont communes à de nombreuses techniques d'isolement. Par exemple, les aliments sont généralement séchés sous vide (pour éviter la dégradation thermique), broyés en une poudre fine (pour améliorer l'extraction par solvant) puis dégraissés par extraction par solvant.

L'une des méthodes les plus couramment utilisées pour extraire les glucides de faible poids moléculaire des aliments consiste à faire bouillir un échantillon dégraissé avec une solution d'alcool à 80 %. Les monosaccharides et les oligosaccharides sont solubles dans les solutions alcooliques, tandis que les protéines, les polysaccharides et les fibres alimentaires sont insolubles. Les composants solubles peuvent être séparés des composants insolubles en filtrant la solution bouillie et en recueillant le filtrat (la partie qui traverse le filtre) et le rétentante (la partie retenue par le filtre). Ces deux fractions peuvent ensuite être séchées et pesées pour déterminer leurs concentrations. En plus des monosaccharides et des oligosaccharides, diverses autres petites molécules peuvent également être présentes dans l'extrait alcoolique qui pourraient interférer avec l'analyse ultérieure. par exemple., acides aminés, acides organiques, pigments, vitamines, minéraux etc. Il est généralement nécessaire d'éliminer ces composants avant d'effectuer une analyse des glucides. Ceci est généralement réalisé en traitant la solution avec des agents clarifiants ou en la faisant passer à travers une ou plusieurs résines échangeuses d'ions.

  • Agents clarifiants. Les extraits aqueux de nombreux aliments contiennent des substances colorées ou turbides, et interfèrent donc avec l'analyse spectroscopique ou les déterminations de point final. Pour cette raison, les solutions sont généralement clarifié avant l'analyse. Les agents clarifiants les plus couramment utilisés sont les sels de métaux lourds (tels que l'acétate de plomb) qui forment des complexes insolubles avec les substances interférentes qui peuvent être éliminés par filtration ou centrifugation. Cependant, il est important que l'agent clarifiant ne précipite aucun des glucides de la solution car cela entraînerait une sous-estimation de la teneur en glucides.
  • Échange d'ion. De nombreux monosaccharides et oligosaccharides sont des molécules polaires non chargées et peuvent donc être séparés des molécules chargées en faisant passer des échantillons à travers des colonnes échangeuses d'ions. En utilisant une combinaison de colonnes chargées positivement et négativement, il est possible d'éliminer la plupart des contaminants chargés. Les molécules non polaires peuvent être éliminées en faisant passer une solution à travers une colonne avec une phase stationnaire non polaire. Ainsi, les protéines, les acides aminés, les acides organiques, les minéraux et les composés hydrophobes peuvent être séparés des glucides avant l'analyse.

Avant l'analyse, l'alcool peut être éliminé des solutions par évaporation sous vide de sorte qu'il reste une solution aqueuse de sucres.

7.4.2. Méthodes chromatographiques et électrophorétiques

Les méthodes chromatographiques sont les techniques analytiques les plus puissantes pour l'analyse de la taper et concentration des monosaccharides et oligosaccharides dans les aliments. La chromatographie sur couche mince (CCM), la chromatographie en phase gazeuse (GC) et la chromatographie liquide à haute performance (HPLC) sont couramment utilisées pour séparer et identifier les glucides. Les glucides sont séparés sur la base de leurs caractéristiques d'adsorption différentielle en faisant passer la solution à analyser sur une colonne. Les glucides peuvent être séparés sur la base de leurs coefficients de partage, polarités ou tailles, selon le type de colonne utilisé. La HPLC est actuellement la méthode chromatographique la plus importante pour l'analyse des glucides car elle est capable de mesures rapides, spécifiques, sensibles et précises. De plus, la GC exige que les échantillons soient volatils, ce qui nécessite généralement qu'ils soient dérivés, alors qu'en HPLC, les échantillons peuvent souvent être analysés directement. La HPLC et la GC sont couramment utilisées en conjonction avec la RMN ou la spectrométrie de masse afin que la structure chimique des molécules qui composent les pics puisse également être identifiée.

Les glucides peuvent également être séparés par électrophorèse après avoir été dérivés pour les rendre électriquement chargés, par exemple., par réaction avec les borates. Une solution des glucides dérivés est appliquée à un gel, puis une tension est appliquée à travers celui-ci. Les glucides sont ensuite séparés en fonction de leur taille : plus la taille d'une molécule de glucides est petite, plus elle se déplace rapidement dans un champ électrique.

Un certain nombre de méthodes chimiques utilisées pour déterminer les monosaccharides et les oligosaccharides reposent sur le fait que nombre de ces substances sont les agents réducteurs qui peuvent réagir avec d'autres composants pour donner des précipités ou des complexes colorés qui peuvent être quantifiés. La concentration en glucides peut être déterminée par gravimétrie, spectrophotométrie ou par titrage. Les glucides non réducteurs peuvent être déterminés en utilisant les mêmes méthodes s'ils sont d'abord hydrolysés pour les rendre réducteurs. Il est possible de déterminer la concentration des sucres non réducteurs et réducteurs en effectuant une analyse des sucres réducteurs avant et après hydrolyse. De nombreuses méthodes chimiques différentes sont disponibles pour quantifier les glucides. La plupart d'entre eux peuvent être divisés en trois catégories : titrage, gravimétrique et colorimétrique. Un exemple de chacun de ces différents types est donné ci-dessous.

La méthode Lane-Eynon est un exemple de méthode de tritration pour déterminer la concentration de sucres réducteurs dans un échantillon. Une burette est utilisée pour ajouter la solution de glucides analysée dans un ballon contenant une quantité connue de solution de sulfate de cuivre bouillante et un indicateur au bleu de méthylène. Les sucres réducteurs de la solution glucidique réagissent avec le sulfate de cuivre présent dans le ballon. Une fois que tout le sulfate de cuivre en solution a réagi, tout ajout supplémentaire de sucres réducteurs fait passer l'indicateur du bleu au blanc. Le volume de solution de sucre nécessaire pour atteindre le point final est enregistré. La réaction n'est pas stoechémétrique, ce qui signifie qu'il est nécessaire de préparer une courbe d'étalonnage en réalisant l'expérience avec une série de solutions étalons de concentration en glucides connue.

Les inconvénients de cette méthode sont (i) les résultats dépendent des temps de réaction précis, des températures et des concentrations de réactifs utilisés et donc ces paramètres doivent être soigneusement contrôlés (ii) il ne peut pas faire la distinction entre les différents types de sucres réducteurs, et (iii) il ne peut pas déterminer directement la concentration en sucres non réducteurs, (iv) il est sensible aux interférences d'autres types de molécules qui agissent comme agents réducteurs.

La méthode de Munson et Walker est un exemple de méthode gravimétrique de détermination de la concentration de sucres réducteurs dans un échantillon. Les glucides sont oxydés en présence de chaleur et d'un excès de sulfate de cuivre et de tartrate alcalin dans des conditions soigneusement contrôlées qui conduisent à la formation d'un précipité d'oxyde de cuivre :

sucre réducteur + Cu 2+ + base sucre oxydé + CuO2 (précipité)

La quantité de précipité formé est directement liée à la concentration de sucres réducteurs dans l'échantillon initial. La concentration du précipité présent peut être déterminée par gravimétrie (par filtration, séchage et pesée), ou par titrimétrie (par redissolution du précipité et titrage avec un indicateur approprié). Cette méthode souffre des mêmes inconvénients que la méthode Lane-Eynon, néanmoins, elle est plus reproductible et précise.

La méthode Anthrone est un exemple de méthode colorimétrique de détermination de la concentration des sucres totaux dans un échantillon. Les sucres réagissent avec le réactif anthrone dans des conditions acides pour donner une couleur bleu-vert. L'échantillon est mélangé avec de l'acide sulfurique et le réactif anthrone puis bouilli jusqu'à ce que la réaction soit terminée. La solution est ensuite laissée refroidir et son absorbance est mesurée à 620 nm. Il existe une relation linéaire entre l'absorbance et la quantité de sucre présente dans l'échantillon d'origine. Cette méthode détermine à la fois les sucres réducteurs et non réducteurs en raison de la présence d'acide sulfurique fortement oxydant. Comme les autres méthodes, elle n'est pas stoechémétrique et il est donc nécessaire de préparer une courbe d'étalonnage à l'aide d'une série d'étalons de concentration connue en glucides.

The Phenol - Sulfuric Acid method is an example of a colorimetric method that is widely used to determine the total concentration of carbohydrates present in foods. A clear aqueous solution of the carbohydrates to be analyzed is placed in a test-tube, then phenol and sulfuric acid are added. The solution turns a yellow-orange color as a result of the interaction between the carbohydrates and the phenol. The absorbance at 420 nm is proportional to the carbohydrate concentration initially in the sample. The sulfuric acid causes all non-reducing sugars to be converted to reducing sugars, so that this method determines the total sugars present. This method is non- stoichemetric and so it is necessary to prepare a calibration curve using a series of standards of known carbohydrate concentration.

7.4.4. Enzymatic Methods

Analytical methods based on enzymes rely on their ability to catalyze specific reactions. These methods are rapid, highly specific and sensitive to low concentrations and are therefore ideal for determination of carbohydrates in foods. In addition, little sample preparation is usually required. Liquid foods can be tested directly, whereas solid foods have to be dissolved in water first. There are many enzyme assay kits which can be purchased commercially to carry out analysis for specific carbohydrates. Manufacturers of these kits provide detailed instructions on how to carry out the analysis. The two methods most commonly used to determine carbohydrate concentration are: ( i ) allowing the reaction to go to completion and measuring the concentration of the product, which is proportional to the concentration of the initial substrate (ii). measuring the initial rate of the enzyme catalyzed reaction because the rate is proportional to the substrate concentration. Some examples of the use of enzyme methods to determine sugar concentrations in foods are given below:

This method uses a series of steps to determine the concentration of both glucose and fructose in a sample. First, glucose is converted to glucose-6-phosphate (G6P) by the enzyme hexakinase and ATP. Then, G6P is oxidized by NADP + in the presence of G6P-dehydrogenase (G6P-DH)

G6P + NADP + gluconate-6-phosphate + NADPH + H +

The amount of NADPH formed is proportional to the concentration of G6P in the sample and can be measured spectrophotometrically at 340nm. The fructose concentration is then determined by converting the fructose into glucose, using another specific enzyme, and repeating the above procedure.

The concentration of maltose and sucrose (disaccharides) in a sample can be determined after the concentration of glucose and fructose have been determined by the previous method. The maltose and sucrose are broken down into their constituent monosaccharides by the enzyme a- glucosidase :

sucrose +H2O glucose + fructose

The concentrations of glucose and fructose can then be determined by the previous method. The major problem with this method is that many other oligosaccharides are also converted to monosaccharides by a - glucosidase , and it is difficult to determine precisely which oligosaccharides are present. This method is therefore useful only when one knows the type of carbohydrates present, but not their relative concentrations. Various other enzymatic methods are available for determining the concentration of other monosaccharides and oligosaccharides, e.g., lactose, galactose and raffinose (see Food Analysis Nielssen ).

Many different physical methods have been used to determine the carbohydrate concentration of foods. These methods rely on their being a change in some physicochemical characteristic of a food as its carbohydrate concentration varies. Commonly used methods include polarimetry , refractive index, IR, and density.

Molecules that contain an asymmetric carbon atom have the ability to rotate plane polarized light. A polarimeter is a device that measures the angle that plane polarized light is rotated on passing through a solution. A polarimeter consists of a source of monochromatic light, a polarizer, a sample cell of known length, and an analyzer to measure the angle of rotation. The extent of polarization is related to the concentration of the optically active molecules in solution by the equation a = [a ] lc , where a is the measured angle of rotation, [ a ] is the optical activity (which is a constant for each type of molecule), je is the pathlength and c is the concentration. The overall angle of rotation depends on the temperature and wavelength of light used and so these parameters are usually standardized to 20 o C and 589.3 nm (the D-line for sodium). A calibration curve of a versus concentration is prepared using a series of solutions with known concentration, or the value of [a ] is taken from the literature if the type of carbohydrates present is known. The concentration of carbohydrate in an unknown sample is then determined by measuring its angle of rotation and comparing it with the calibration curve.

The refractive index (m) of a material is the velocity of light in a vacuum divided by the velocity of light in the material (m = c/cm). The refractive index of a material can be determined by measuring the angle of refraction (r) and angle of incidence ( je ) at a boundary between it and another material of known refractive index (Snell s Law: sin( i )/sin(r) = m2/ n1). In practice, the refractive index of carbohydrate solutions is usually measured at a boundary with quartz. The refractive index of a carbohydrate solution increases with increasing concentration and so can be used to measure the amount of carbohydrate present. The RI is also temperature and wavelength dependent and so measurements are usually made at a specific temperature (20 o C ) and wavelength (589.3nm). This method is quick and simple to carry out and can be performed with simple hand-held instruments. It is used routinely in industry to determine sugar concentrations of syrups, honey, molasses, tomato products and jams.

The density of a material is its mass divided by its volume. The density of aqueous solutions increases as the carbohydrate concentration increases. Thus the carbohydrate concentration can be determined by measuring density, e.g., using density bottles or hydrometers. This technique is routinely used in industry for determination of carbohydrate concentrations of juices and beverages.

A material absorbs infrared due to vibration or rotation of molecular groups. Carbohydrates contain molecular groups that absorb infrared radiation at wavelengths where none of the other major food constituents absorb consequently their concentration can be determined by measuring the infrared absorbance at these wavelengths. By carrying out measurements at a number of different specific wavelengths it is possible to simultaneously determine the concentration of carbohydrates, proteins, moisture and lipids. Measurements are normally carried out by measuring the intensity of an infrared wave reflected from the surface of a sample: the greater the absorbance, the lower the reflectance. Analytical instruments based on infrared absorbance are non-destructive and capable of rapid measurements and are therefore particularly suitable for on-line analysis or for use in a quality control laboratory where many samples are analyzed routinely.

More sophisticated instrumental methods are capable of providing information about the molecular structure of carbohydrates as well as their concentration, e.g., NMR or mass spectrometry.

Immuoassays are finding increasing use in the food industry for the qualitative and quantitative analysis of food products. Immunoassays specific for low molecular weight carbohydrates are developed by attaching the carbohydrate of interest to a protein, and then injecting it into an animal. With time the animal develops antibodies specific for the carbohydrate molecule. These antibodies can then be extracted from the animal and used as part of a test kit for determining the concentration of the specific carbohydrate in foods. Immuoassays are extremely sensitive, specific, easy to use and rapid.

7.5 Analysis of Polysaccharides and Fiber

A wide variety of polysaccharides occur in foods. Polysaccharides can be classified according to their molecular characteristics (e.g., type, number, bonding and sequence of monosaccharides ), physicochemical characteristics (e.g., water solubility, viscosity, surface activity) and nutritional function (e.g., digestible or non-digestible). Most polysaccharides contain somewhere between 100 and several thousand monosaccharides . Some polysaccharides contain all the same kind of monosaccharide ( homopolysaccharides ), whereas others contain a mixture of different kinds of monosaccharide ( heteropolysaccharides ). Some polysaccharides exist as linear chains, whereas others exist as branched chains. Some polysaccharides can be digested by human beings and therefore form an important source of energy (e.g., starch), whereas others are indigestible (e.g., cellulose, hemicellulose and pectins ). These indigestible polysaccharides form part of a group of substances known as dietary fiber, which also includes lignin (which is a polymer of aromatic molecules). Consumption of many types of dietary fiber has been shown to have beneficial physiologically functional properties for humans, e.g., prevention of cancer, heart disease and diabetes.

7.5.1. Analysis of Starch

Starch is the most common digestible polysaccharide found in foods, and is therefore a major source of energy in our diets. In its natural form starch exists as water-insoluble granules (3 - 60 m m), but in many processed foods the starch is no longer in this form because of the processing treatments involved ( e.g., heating). It consists of a mixture of two glucose homopolysaccharides : amylose (500-2000 glucose units) which is linear, and amylopectin (>1,000,000 glucose units) which is extensively branched. These two kinds of starch have different physiochemical properties and so it is often important to determine the concentration of each individual component of the starch, as well as the overall starch concentration.

Sample preparation. The starch content of most foods cannot be determined directly because the starch is contained within a structurally and chemically complex food matrix. In particular, starch is often present in a semi-crystalline form (granular or retrograded starch) that is inaccessible to the chemical reagents used to determine its concentration. It is therefore necessary to isolate starch from the other components present in the food matrix prior to carrying out a starch analysis.

In natural foods, such as legumes, cereals or tubers, the starch granules are usually separated from the other major components by drying, grinding, steeping in water, filtration and centrifugation. The starch granules are water-insoluble and have a relatively high density (1500 kg/m 3 ) so that they will tend to move to the bottom of a container during centrifugation, where they can be separated from the other water-soluble and less dense materials. Processed food samples are normally dried, ground and then dispersed in hot 80% ethanol solutions. The monosaccharides and oligosaccharides are soluble in the ethanol solution, while the starch is insoluble. Hence, the starch can be separated from the sugars by filtering or centrifuging the solution. If any semi-crystalline starch is present, the sample can be dispersed in water and heated to a temperature where the starch gelatinizes (> 65 o C ). Addition of perchloric acid or calcium chloride to the water prior to heating facilitates the solubilization of starches that are difficult to extract.

Analysis methods. Once the starch has been extracted there are a number of ways to determine its concentration:

  • Specific enzymes are added to the starch solution to breakdown the starch to glucose. The glucose concentration is then analyzed using methods described previously (e.g., chromatography or enzymatic methods). The starch concentration is calculated from the glucose concentration.
  • Iodine can be added to the starch solution to form an insoluble starch-iodine complex that can be determined gravimetrically by collecting, drying and weighing the precipitate formed or titrimetrically by determining the amount of iodine required to precipitate the starch.
  • If there are no other components present in the solution that would interfere with the analysis, then the starch concentration could be determined using physical methods, e.g., density, refractive index or polarimetry .

The amylose and amylopectin concentrations in a sample can be determined using the same methods as described for starch once the amylose has been separated from the amylopectin . This can be achieved by adding chemicals that form an insoluble complex with one of the components, but not with the other, par exemple. some alcohols precipitate amylose but not amylopectin . Some of the methods mentioned will not determine the concentration of resistant starch present in the sample. If the concentration of resistant starch is required then an additional step can be added to the procedure where dimethylsulfoxide (DMSO) is added to dissolve the resistant starch prior to carrying out the analysis.

7.5.2. Analysis of Fibers

Over the past twenty years or so nutritionists have become aware of the importance of fiber in the diet. Liberal consumption of fiber helps protect against colon cancer, cardiovascular disease and constipation. Adequate intake of dietary fiber is therefore beneficial to good health. Dietary fiber is defined as plant polysaccharides that are indigestible by humans, plus lignin. The major components of dietary fiber are cellulose, hemicellulose , pectin, hydrocolloids and lignin. Some types of starch, known as resistant starch, are also indigestible by human beings and may be analyzed as dietary fiber. The basis of many fiber analysis techniques is therefore to develop a procedure that mimics the processes that occur in the human digestive system.

7.5.2.1. Major Components of Dietary Fiber

Cell Wall Polysaccharides

Cellulose occurs in all plants as the principal structural component of the cell walls, and is usually associated with various hemicelluloses and lignin. The type and extent of these associations determines the characteristic textural properties of many edible plant materials. Cellulose is a long linear homopolysaccahride of glucose, typically having up to 10,000 glucose subunits. Cellulose molecules aggregate to form microfibrils that provide strength and rigidity in plant cell walls. Hemicelluloses are a heterogeneous group of branched heteropolysaccharides that contain a number of different sugars in their backbone and side-chains. By definition hemicelluloses are soluble in dilute alkali solutions, but insoluble in water. Pectins are another form of heteropolysaccharides found in cell walls that are rich in uronic acids, soluble in hot water and that are capable of forming gels.

Non Cell Wall Polysaccharides

This group of substances are also indigestible carbohydrates, but they are not derived from the cell walls of plants. Non-cell wall polysaccharides include hydrocolloids such as guar and locust bean gum, gum arabic , agar, alginates and caragenans which are commonly used in foods as gelling agents, stabilizers and thickeners.

Lignin is a non-carbohydrate polymer that consists of about 40 aromatic subunits which are covalently linked. It is usually associated with cellulose and hemicelluloses in plant cell-walls.

7.5.2.2. Common Procedures in Sample Preparation and Analysis

There are a number of procedures that are commonly used in many of the methods for dietary fiber analysis:

  • Lipid removal. The food sample to be analyzed is therefore dried, ground to a fine powder and then the lipids are removed by solvent extraction.
  • Protein removal. Proteins are usually broken down and solubilized using enzymes, strong acid or strong alkali solutions. The resulting amino acids are then separated from insoluble fiber by filtration or from total fiber by selective precipitation of the fiber with ethanol solutions.
  • Starch removal. Semi-crystalline starch is gelatinized by heating in the presence of water, and then the starch is broken down and solubilized by specific enzymes, strong acid or strong alkali. The glucose is then separated from insoluble fiber by filtration or separated from total fiber by selective precipitation of the fiber with ethanol solutions.
  • Selective precipitation of fibers. Dietary fibers can be separated from other components in aqueous solutions by adding different concentrations of ethanol to cause selective precipitation. The solubility of monosaccharides , oligosaccharides and polysaccharides depends on the ethanol concentration. L'eau: monosaccharides , oligosaccharides, some polysaccharides and amino acids are soluble other polysaccharides and fiber are insoluble. 80% ethanol solutions: monosaccharides , oligosaccharides and amino acids are soluble polysaccharides and fibers are insoluble. Pour cette raison, concentrated ethanol solutions are often used to selectively precipitate fibers from other components.
  • Fiber analysis. The fiber content of a food can be determined either gravimetrically by weighing the mass of an insoluble fiber fraction isolated from a sample or chimiquement by breaking down the fiber into its constituent monosaccharides and measuring their concentration using the methods described previously.

7.5.2.3. Gravimetric Methods

The crude fiber method gives an estimate of indigestible fiber in foods. It is determined by sequential extraction of a defatted sample with 1.25% H2DONC4 and 1.25% NaOH . The insoluble residue is collected by filtration, dried, weighed and ashed to correct for mineral contamination of the fiber residue. Crude fiber measures cellulose and lignin in the sample, but does not determine hemicelluloses, pectins and hydrocolloids, because they are digested by the alkali and acid and are therefore not collected. For this reason many food scientists believe that its use should be discontinued. Nevertheless, it is a fairly simple method to carry out and is the official AOAC method for a number of different foodstuffs.

Total, insoluble and soluble fiber method

The basic principle of this method is to isolate the fraction of interest by selective precipitation and then to determine its mass by weighing. A gelatinized sample of dry, defatted food is enzymatically digested with a- amylase, amyloglucosidase and protease to break down the starch and protein components. The total fiber content of the sample is determined by adding 95% ethanol to the solution to precipitate all the fiber. The solution is then filtered and the fiber is collected, dried and weighed. Alternatively, the water-soluble and water-insoluble fiber components can be determined by filtering the enzymatically digested sample. This leaves the soluble fiber in the filtrate solution, and the insoluble fiber trapped in the filter. The insoluble component is collected from the filter, dried and weighed. The soluble component is precipitated from solution by adding 95% alcohol to the filtrate, and is then collected by filtration, dried and weighed. The protein and ash content of the various fractions are determined so as to correct for any of these substances which might remain in the fiber: Fiber = residue weight - weight of (protein + ash).

This method has been officially sanctioned by the AOAC and is widely used in the food industry to determine the fiber content of a variety of foods. Its main disadvantage is that it tends to overestimate the fiber content of foods containing high concentrations of simple sugars, e.g., dried fruits, possibly because they get trapped in the precipitates formed when the ethanol is added.

7.5.2.4. Chemical Methods

In chemical methods, the fiber content is equal to the sum of all nonstarch monosaccharides plus lignin remaining once all the digestible carbohydrates have been removed. Monosaccharides are measured using the various methods described previously.


Career Connections

Registered Dietitian Obesity is a worldwide health concern, and many diseases such as diabetes and heart disease are becoming more prevalent because of obesity. This is one of the reasons why people increasingly seek out registered dietitians for advice. Registered dietitians help plan nutrition programs for individuals in various settings. They often work with patients in health care facilities, designing nutrition plans to treat and prevent diseases. For example, dietitians may teach a patient with diabetes how to manage blood sugar levels by eating the correct types and amounts of carbohydrates. Les diététistes peuvent également travailler dans des maisons de soins infirmiers, des écoles et des cabinets privés.

Pour devenir diététiste, il faut obtenir au moins un baccalauréat en diététique, nutrition, technologie alimentaire ou dans un domaine connexe. De plus, les diététistes doivent suivre un programme de stage supervisé et réussir un examen national. Ceux qui poursuivent une carrière en diététique suivent des cours de nutrition, de chimie, de biochimie, de biologie, de microbiologie et de physiologie humaine. Dietitians must become experts in the chemistry and physiology (biological functions) of food (proteins, carbohydrates, and fats).


#16 Summary of Biological Molecules

1. The larger biological molecules are made from smaller molecules. Polysaccharides are made from monosaccharides, proteins from amino acids, nucleic acids from nucleotides, lipids from fatty acids and glycerol.

2. Polysaccharides, proteins and nucleic acids are formed from repeating identical or similar subunits
called monomers, and are therefore polymers. These build up into large molecules called macromolecules.

3. The smaller units are joined together by condensation reactions. Condensation involves removal of water. The reverse process, adding water, is called hydrolysis and is used to break the large molecules back down into smaller molecules.

4. The linkages that join monosaccharides are called glycosidic bonds. Th e linkages that join amino acids are called peptide bonds.

5. Carbohydrates have the general formula Cx(H2O)y and comprise monosaccharides, disaccharides and polysaccharides.

6. Monosaccharides (e.g. glucose) and disaccharides (e.g. sucrose) are very water-soluble and together are known as sugars.

7. Monosaccharides are the smallest carbohydrate units. Glucose is the most common. Th ey are important energy sources in cells and also important building blocks for larger molecules like polysaccharides.

8. Monosaccharides may have straight-chain or ring structures and may exist in diff erent isomeric forms such as ?-glucose and ?-glucose.

9. Benedict?s reagent can be used to test for reducing and non-reducing sugars. The test is semiquantitative.

10. Polysaccharides include starch, glycogen and cellulose.

11. Starch is an energy storage compound in plants. It is made up of two types of molecule, amylose and amylopectin, both made from ?-glucose. Amylose is an unbranching molecule, whereas amylopectin has a branching structure. ?Iodine solution? can be used to test for starch.

12. Glycogen is an energy storage compound in animals, which is also made from ?-glucose. Its structure is similar to that of amylopectin, but with more branching.

13. Cellulose is a polymer of ?-glucose molecules. The molecules are grouped together by hydrogen bonding to form mechanically strong fi bres with high tensile strength that are found in plant cell walls.

Lipids

14. Lipids are a diverse group of chemicals, the most common of which are triglycerides (fats and oils).

15. Triglycerides are made by condensation between three fatty acid molecules and glycerol. Th ey are
hydrophobic and do not mix with water. They are energy storage compounds in animals, as well as having other functions such as insulation and buoyancy in marine mammals.

16. Phospholipids have a hydrophilic phosphate head and two hydrophobic fatty acid tails. Th is is
important in the formation of membranes.

17. The emulsion test can be used to test for lipids.

Protéines

18. Proteins are long chains of amino acids which fold into precise shapes. Th e sequence of amino acids in a protein, known as its primary structure, determines the way that it folds and hence determines its threedimensional shape and function.

19. Many proteins contain areas where the amino acid chain is twisted into an ?-helix this is an example of secondary structure. Th e structure forms as a result of hydrogen bonding between the amino acids. Another secondary structure formed by hydrogen bonding is the ?-pleated sheet.

20. Further folding of proteins produces the tertiary structure. Often, a protein is made from more than
one polypeptide chain. Th e association between the diff erent chains is the quaternary structure of the
protéine. Tertiary and quaternary structures are very precise and are held in place by hydrogen bonds,
disulfi de bonds (which are covalent), ionic bonds and hydrophobic interactions.

21. Proteins may be globular or fi brous. A molecule of a globular protein, for example haemoglobin, is roughly spherical. Most globular proteins are soluble and metabolically active. Haemoglobin contains a nonprotein (prosthetic) group, the haem group, which contains iron. Th is combines with oxygen. A molecule of a fi brous protein, for example collagen, is less folded and forms long strands. Fibrous proteins are insoluble. They often have a structural role. Collagen has high tensile strength and is the most common animal protein, being found in a wide range of tissues.

22. Biuret reagent can be used to test for proteins.

L'eau

23 Water is important within plants and animals, where it forms a large part of the mass of each cell. It is also an environment in which organisms can live.

24 As a result of extensive hydrogen bonding, water has unusual properties that are important for life: it is liquid at most temperatures on the Earth?s surface its highest density occurs above its freezing point, so that ice fl oats and insulates water below from freezing air temperatures it acts as a solvent for ions and polar molecules, and causes non-polar molecules to group together it has a high surface tension, which aff ects the way it moves through narrow tubes and forms a surface on which some organisms can live. Water can also act as a reagent inside cells, as in hydrolysis reactions and in photosynthesis as a source of hydrogen.

Multiple - choice Test

1 The results of testing a solution for the presence of three biological molecules are shown in the table.

Which biological molecules are present in the solution?

UNE reducing sugar and protein
B reducing sugar and starch
C protein only
starch only