农副产品综合利用化学基础

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1、第一章 农副产品 综合利用 化学基础,农副产品综合利用,学习目标和要求,重点掌握农副产品中与综合利用技术相关的碳水化合物、蛋白质、脂类、植酸和黄酮等化合物的种类、组成、结构和功能，初步了解不同化合物的分离与制备技术理论。,1.1碳水化合物,碳水化合物是自然界中存在最多，分布最广的一类重要的有机化合物，存在于各种植物的种子、茎、叶、秆及块根中。是绿色植物光合作用的主要产物，在植物中含量可达到干重的80%，动物中肝糖原、血糖原也属于碳水化合物，占动物干重的2%左右。,单糖：不能再被水解为更小,低聚糖：由210个单糖通过,多糖：单糖聚合度大于10的糖。,1.1.1 碳水化合物的组成和结构,单位的糖。

2、,糖苷键连接的低聚合度糖。,1.1.1.1 单糖,单糖中除了己糖中普糖糖和果糖给人提供能量外，戊糖中的木糖及糖醇也是功能性单糖，木糖醇产业化已取得良好的经济效益。,1.1.1.2低聚糖,低聚糖：分为普通低聚糖和功能性低聚糖。 功能性低聚糖包括低聚异麦芽糖、低聚半乳糖、低聚果糖、低聚乳果糖、乳酮糖、大豆低聚糖、低聚木糖、低聚龙胆糖等。 低聚糖可作为甜味剂，自然界中只有少数食品中含有天然的功能性低聚糖。,低聚糖的功能： 改善人体内微生态环境，调节胃肠功能，防治便秘，增加维生素合成，提高人体免疫功能； 具有水溶性膳食纤维功能，改善血脂代谢，降低胆固醇和甘油三酯含量； 属非胰岛素依赖，不会使血糖升高；

3、 发热量低，减肥； 防止龋齿。,根据多糖功能不同，分为结构多糖和功能多糖； 多糖的功能：具有高分子的聚阴离子，能调节体内的阴离子浓度；能与一些物质结合，调节机体免疫功能，防御细菌或病毒的感染；具有抗凝血活性，对抗血栓的形成；能激活脂蛋白酶，调节集体脂类代谢；血管壁上的多糖具有大的粘滞性，可保持或维持管壁坚韧性和通透性。,1.1.1.3 多糖,1.1.2 碳水化合物的制备,制备依据：在酸性、碱性或酶的作用下糖苷键 断裂分解。,制备方法：酸法水解 碱法水解 酶水解,1.1.2.1 单糖制备,1.1.2.2 低聚糖的制备,三种方法：,用化学合成法制备,酶学方法生产,酶法制备低聚糖：,1、转移糖苷合成

4、法： 以核苷二磷酸为底物，ATP水解释放能量，通过专一性较强的糖苷转移酶催化合成。 用此法合成的低聚糖有环糊精、海藻糖、龙胆二糖、帕拉金糖。,2、可逆水解合成法 糖苷酶可逆水解反应催化单糖缩合成寡糖 A-B+H2O=A-H+B-OH 该方法的特点是受体底物的特异性不高，缺点是合成得率较低，一般需酶浓度高，反应时间长。 用该法合成的低聚糖有低聚甘露糖，低聚半乳糖和低聚异麦芽糖等。,3.用聚糖酶降解高分子多糖，生成短链的低聚糖 如：甘露聚糖酶水解甘露聚糖生产低聚甘露糖； 壳聚糖酶水解壳聚糖生产壳低聚糖； 果聚糖酶生产低聚果糖及用木聚糖酶生产低聚木糖。,http:/ 多糖的制备,大多数多糖以氢键、盐

5、键等与其他多糖或物质聚合在一起，因此必须用有效方法破坏多糖链与其他物质的共价结合，方能达到提取多糖的目的。 多糖的提取有水（冷水、热水）提取法、中性盐溶液提取法、碱提取法、水解酶消化提取法、蛋白酶水解法。,1.1.2.4 多糖的分离纯化,多糖与蛋白质结合不是物理或离子结合，而是共价结合。经碱液提取及蛋白酶水解的组织消化液，是组分及性质相近的多糖混合物。 多糖的分离纯化方法： 1.利用溶解度不同分离：多糖具有较强的极性，在水溶液中加入乙醇、丙酮或甲醇等有机溶剂，即可产生沉淀。常用的沉淀剂有：乙醇、钡盐、锌盐、乙酸钾等；方法有乙醇沉淀法和含盐溶液沉淀法。,2.利用电离性质不同的分离方法：多糖分子中

6、可电离基团有羟基及硫酸基，其pK不同，数量也存在差别，这些成为分离多糖的依据。常用的方法有季铵盐络合法和电泳分离。 3.其他方法：如离子交换层析法、凝胶过滤法、酶法、超离心法、高效液相色谱法等。,1.2 蛋白质,1.2.1 蛋白质的组成和结构（复习） 1.2.2 蛋白质的分离纯化 1.2.2.1 蛋白质分离纯化的一般原则 农副产品综合利用中蛋白质的利用首先要分离纯化，并保持原有的生物活性。 蛋白质的纯化是利用各种蛋白之间的相似性来除去非蛋白质，利用各蛋白质的差异（大小、形状、电荷、疏水性、溶解度和生物学活性等）将目的蛋白质从其他蛋白质中纯化出来。,常用的分离纯化方法： 盐析、有机溶剂提取、层析

7、和结晶等是利用混合物中几个组分分配率的差别，把它们分配到可用机械方法分离的2个或几个物相中。 电泳、超速离心、超滤等是将混合物置于单一物相中，通过物理立场的作用使各组分分配于不同区域而达到分离目的。,1.2.3 肽,1.2.3.1 生物活性肽的概念 组成蛋白质分子的氨基酸数目少于50，相对分子量小于6000u，在构象上较松散、具有某些特殊生理功能和生物活性的肽类，即对生命体的生命活动有裨益或具有生理作用的肽类。,http:/ 中国多肽产业宣传片,http:/ 活性多肽,1.2.3.2 生物活性肽的种类 按来源：内源性生物活性肽和外源性生物活性肽 按功能：抗菌肽、降压肽、阿片肽、免疫调节肽、抗氧

8、化肽、抗血栓肽、降脂肽、矿物元素吸收促进肽、降胆固醇肽等。,1.抗菌肽：具有光谱抗菌活性，不仅可以抑制多种细菌或真菌，而且可以在不伤及正常细胞的情况下抑制动物体内的肿瘤细胞。 抗菌肽主要分为3种： 某一种或两种氨基酸含量高，如脯氨酸； 含有分子内二硫键，稳定主要的B-折叠结构； A-螺旋结构，含有两性分子区域。,2.神经活性肽 存在于许多食品蛋白质的水解物中，如酪激肽、乳啡肽、内啡肽、脑啡肽等。能调节神经的信息传递。 阿片活性肽是人们研究最早的一类生理活性肽，具有戒毒作用。 3.血管紧张素-I转化酶（ACE）抑制肽 调节机体血压，可从麦胚蛋白、乳蛋白、大豆蛋白、鱼肉蛋白和玉米蛋白中获得。,4.

9、免疫活性肽 具有免疫调节作用。 用胰蛋白酶对大豆蛋白酶解，获得六肽，能刺激巨噬细胞和多核白细胞的吞噬作用。 也可从大米、小麦蛋白酶解物中获得。 5.抗氧化肽 蛋白质水解成多肽后，具有抗氧化作用的基团暴露出来，能更好地发挥抗氧化作用。 抗氧化肽有肌肽、谷胱甘肽、大豆蛋白酶解物等。,6.促矿物质吸收肽酪蛋白磷酸钛（CPPs） 酪蛋白磷酸钛又称矿物质元素结合肽，是牛乳酪蛋白经单酶或复合酶水解，再经分离纯化得到的含有成簇磷酸丝氨酸酰基的天然多肽。 在机体内，可与多种游离矿物质元素如钙、铁、硒等结合，形成可溶性的有机磷酸盐。 磷酸丝氨酸酰基可抵制肠道中蛋白酶的水解作用，因此CPPs在体内仍能保持活性。,

10、1.2.3.3 生物活性肽的吸收机制和功能 1.吸收机制 多肽以完整的形式100%被人体吸收和利用； 多肽的吸收不需消耗人体能量； 多肽可在人体中表现出载体和信使作用； 总之，多肽的吸收机制与其他各种物质的吸收机制大不相同，其吸收机制优于一切物质。,2.生物学功能 功能性肽：即生物活性肽，参与调节动物的某些生理活动或具有某些特殊作用； 营养肽：不具有特殊生理调节功能，只为蛋白质合成提供氮架的小肽。 多肽功能：营养平衡、抗溃疡、抗风湿、类胰岛素、降血脂、降血粘、降血压、提高免疫力、抗菌、抗病毒、抗衰老等。,科学家指出：无论从吸收速度还是生物学功能上，肽都将引发营养品革命，21世纪将是肽的世纪。,

11、1.2.3.4 肽的制备方法 三种： 1.从植物、动物或微生物中提取存在于生物体内的各种天然活性肽，即提取法； 2.由游离氨基酸经人工方法化学合成活性肽，即固相、液相合成法； 3.利用消化过程中产生活性多肽或体外水解蛋白质生产活性肽，有微生物发酵法、酶解法、化学水解法。 目前最常用酶解法。,1.酶解所用的蛋白酶 来自动物、植物和微生物中提取的天然的或人工合成的蛋白酶。 内切酶：动物蛋白酶（胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、胃蛋白酶等）、植物蛋白酶（木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶等）、微生物蛋白酶（碱性蛋白酶、复合蛋白酶、中性蛋白酶、枯草杆菌酶等）。 外切酶：能够把处于肽链末端的疏水性氨基酸水解出来

12、，降低多肽的苦味。,2.酶解作用特点 条件温和、水解效率高、不破坏氨基酸结构、产生有害物质的可能性小、安全性高等优点； 水解产物是小分子肽和氨基酸，易为人体消化吸收，也更适于食品加工领域的应用。 随着固定化酶技术和膜反应器的发展，蛋白酶的成本降低，酶技术应用更广。,3.生物活性肽的分离纯化技术 和蛋白质分离纯化技术相同； 主要有：超滤、凝胶过滤层析、凝胶电泳、离子交换树脂、反相高效液相色谱等。,1.3 脂类,植物油脂主要贮存于种子中，也有果实、果肉、果皮和种仁中的。在加工过程中得到米糠、饼粕、小麦胚芽等大量的副产品，也含有大量的油脂。,1.3.3 农副产品中脂类化合物的组成、结构和功能 动物油

13、脂：包括乳脂、猪脂、牛脂、鱼脂等常见的动物脂肪。,植物油脂：主要包括大豆油、花生油、棉籽油、菜籽油、可可脂、棕榈油、向日葵油、芝麻油、玉米油、红花油、米糠油、小麦胚芽油、亚麻油、橄榄油、椰子油、桐油等。,1.3.4 植物油脂分离技术,传统植物油提取工艺： 压榨法和浸出法,1.压榨法：借助机械外力作用，将油脂从油料中挤压出来的提取方法。是目前常用的主要方法。可分为一次压榨和预榨法。 一次压榨又称全压榨，要求压榨过程将榨料中尽可能多的油脂榨出，压榨后饼中残油一般为35%。 预榨仅要求压榨过程将榨料中约70%的油脂榨出，榨饼中残油一般为1518%，预榨饼再进行溶剂浸出提油。,螺旋榨油机是利用螺旋轴在

14、榨笼内螺旋推进料坯时，边挤压成饼边挤出油脂的一种连续式榨油设备。分为热榨油和冷榨油。 热榨油是指油料经高温火炒或蒸再进行压榨。它能够提高出油率，气味特香，颜色较深，产量较高，产品中存留的残渣较少，容易保存但容易造成高温氧化，引起蛋白质变性。 冷榨油是指原料不经蒸、炒等高温处理，而是在原料预清理后直接压榨，压榨的出油温度低于70。低温冷榨可防止油脂高温氧化，避免油中蛋白质产生高温变性，从而使原料风味更完整，营养素保留更全，缺点是出油率低、气温较差，生产成本较高。,2.浸出法 是较先进的制油方法，是应用固液萃取原理，选用某种能够溶解油的有机溶剂，经过对油料的接触（浸泡或喷淋），使油料中油脂被萃取出

15、来的一种方法，多采用预榨饼后浸提。溶剂的选择应使油脂在其中的溶解度很大，而其他非油脂物质溶解度很小，溶剂易气化，易与油脂分离，易回收，安全性和稳定性好，价格低廉等。 我国用的最多的溶剂是六碳烷烃和环烷烃，也用丙烷、丁烷等。,浸出法提油具有提油率高，粕中残油率低，劳动强度低、生产效率高，粕中蛋白质变性程度小，质量较好，容易实现大规模生产和生产自动化等优点。 缺点是浸提出来的毛油含非油物质较多，色泽较深，质量较差，且浸出所用溶剂易燃易爆，并具有一定毒性，生产的安全性差，还会造成油脂中溶剂的残留。,http:/ 植物油脂提取新技术 1.水代法 水代法即将水加到经预处理后的油料中，利用非油物质对油和水的亲和力不同，以及油、水之间比重的不同将油脂分离出来。 主要用于含油率高的油料作物产油，如芝麻、花生、向日葵等。 水代法提油的优点是：提取的油脂品质好，尤其是以芝麻为原料的小磨香油；提取工艺和设备简单，能源消耗少；以水为溶