第二章饲料化学

第二章饲料化学水分碳水化合物脂类蛋白质矿物质维生素其他成分第一节水分一、水的作用二、结合水与自由水三、水分活性自由水(freewater)与普通水一样有热力学运动的自由水，称为自由水或游离水与饲料成分中蛋白质活性基(-OH.=NH.-NH2.-COOH.-CONH2)和碳水化合物的活性基(-OH)以氢键结合而不能自由运动的结合水。结合水(boundwater)饲料中水分对饲料的贮藏和加工有哪些影响？由于饲料中的微生物不能利用结合水进行繁殖，因而，从饲料中除去自由水或束缚度低的准结合水，仅剩束缚度强的结合水就可以安全保藏饲料。三、水分活性平衡水分（equilibriummoisture）饲料中的水分，无论是新鲜的或是干燥的都随环境条件的变化而变化。如果饲料周围环境空气干燥、湿度低，则水分从饲料向空气蒸发，水分逐渐减少而干燥。反之，如果环境温度高，则干燥的饲料就会吸湿以致水分增多。总之，最终直至两者平衡。此时的水称为平衡水分。饲料所显示的蒸汽压p对在同一温度下最大蒸汽压之比。水分活性(wateractivity,Aw)纯水：蒸汽压P和Pmax相等，水分活性为1；一般饲料：蒸汽压P比Pmax小，水分活性小于1。微生物可以繁殖的饲料Aw的值为：细菌不得低于0.90，一般为0.94~0.99；酵母为0.88；霉菌0.80，所以在Aw值比以上数值高的饲料中，微生物易繁殖，从而引起腐败。饲料中水分对饲料的贮藏和加工有哪些影响？幻灯片7水活性与微生物生长水活性值微生物1.00-0.91多数细菌0.91-0.87多数酵母菌0.87-0.80多数霉菌0.80-0.75多数嗜盐细菌0.75-0.65干性霉菌0.65-0.60耐渗透压酵母菌第二节碳水化合物(carbohydrate)概念：多羟基醛或多羟基酮及其缩聚物和某些衍生物总称为碳水化合物。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[(CH2O)n]描述不同碳水化合物分子的组成结构。分类：（1）单糖（2）寡糖(低聚糖)（3）多糖（高聚糖）：单纯多糖均一多糖酸多糖复合多糖杂多糖中性多糖丙糖：甘油醛、二羟丙酮丁糖：赤鲜糖、苏阿糖等单糖戊糖：核糖、核酮糖、木糖、木酮糖、阿拉伯糖等己糖：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、洋槐三糖四糖：水苏糖五糖：毛蕊草糖六糖：乳六糖碳水化合物低聚糖戊聚糖：阿拉伯聚糖、木聚糖葡聚糖：淀粉、糊精、糖原、纤维素果聚糖：菊糖、左聚糖半乳聚糖甘露聚糖均多糖多聚糖杂多糖：果胶、阿拉伯胶、半纤维素、黏多糖、透明质酸其他化合物几丁质、硫酸软骨素、糖蛋白质、糖脂、木质素一、单糖（monosaccharide）（一）分子结构特点①1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(H—C—OH)，下余2个价键再分别与其它碳原子相连；②每个糖分子中均含有1个羰基(=CO也称碳氧基)。也就是说，从化学结构特点看，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)。CHOCHOHCOHHOCHCH2OHCH2OHD(+)-甘油醛L(-)–甘油醛图2-4D-甘油醛和L–甘油醛的结构式二、低聚糖（oligosaccharide）定义：一般是由2～10个单糖通过糖苷键组成的一类糖。（一）双糖（disaccharide）主要有蔗糖、麦芽糖、纤维二糖、乳糖、海藻糖、蜜二糖等。1.蔗糖（sucrose）是由葡萄糖和果糖组成的一种非还原性二糖。2.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，属一种还原性双糖。3.乳糖（lactose）是半乳糖以β-1,4糖苷键与葡萄糖结合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机体内，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（cellobiose）是纤维素的基本构成单位，也是其它不少多糖和糖甙的组成成分，它是2个葡萄糖分子以β-1,4糖苷键连接的。自然界中无游离态，只有当纤维素经微生物发酵、酶解或酸水解时，才会产生游离态纤维二糖。动物体内无相应水解它的酶(β-葡萄糖苷酶)，故无法直接利用。（二）其他常见低聚糖1.三糖（trisaccharide）棉籽糖: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％）。甘露三塘：2.四糖（tetrasaccharide）:主要为水苏四糖，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。唇形科水苏属植物较高.甘露寡糖（manoligosaccharide,MOS），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α-1,6、α-1,2或α-1,3糖苷键连接组成的低聚糖。甘露寡糖添加剂：为二、三、四糖等混合物作用特点：（1）不能被单胃动物消化道酶分解（2）可作为肠道有益菌的营养素，促进其增殖，抑制有害微生物作用。（3）提高机体免疫力和促进动物生产作用。（二）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，但常产生引起胃肠臌气的气体如CO2和H2。因此，豆类或豆类产品等食入过多时，易发生肠胃臌胀。2.低聚糖中，有的有还原性(如麦芽糖)，有的无还原性(如蔗糖)。三、多糖（polysaccharide）定义：多糖（polysaccharide）是由10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。（一）淀粉（starch）1.结构：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。直链淀粉和支链淀粉。幻灯片212.淀粉的特性：“三化”，即糊化、老化和胶化。指天然淀粉颗粒(生淀粉、β-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α-淀粉。一般支链淀粉易于糊化。淀粉糊化的实质：是淀粉分子间氢键断裂和联系变松散，故α-淀粉易于消化利用。（1）糊化（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酶水解，不利动物消化利用。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。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，猪禽消化道中的酶就无法进入淀粉粒内，从而产生消化障碍。（二）糊精（dextrin）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α-极限糊精，α-极限糊精再在糊精酶作用下进一步水解成麦芽糖与葡萄糖，供动物利用。作用：由于糊精是嗜酸菌的良好培养基，因而在动物消化道内尚有促进B族维生素合成的功效。（三）糖原（glycogen）糖原（glycogen）结构与支链淀粉相似，是糖在动物体内存在的另一种形式。除酵母中含量较高外(占干物质的3％～20％)，一般饲料含量极微。（四）非淀粉多糖（non-starchpolysaccharides,NSP）是植物的结构多糖的总称，是植物细胞壁的重要成分。它主要由纤维素、半纤维素、果胶和抗性淀粉（阿拉伯木聚糖、β-葡聚糖、甘露聚糖、葡甘聚糖等）组成。分类：不溶性NSP和可溶NSP1.纤维素(cellulose)由β-1,4糖苷键连接的葡萄糖聚合体。2.半纤维素(hemicellulose)半纤维素与果胶的共价健结合；与纤维素则以氢健结合。3.果胶（pectin）果胶：半乳糖醛酸以a-1.4键联结，其中糖醛酸的羟基被不同程度的甲基化。存在植物细胞壁和相邻细胞之间的中胶层中，具粘着细胞和运送水分的功能。存在形态：原果胶、果胶和果胶酸3种形态。原果胶：与纤维素、半纤维素结合，存在于细胞壁中，不溶于水，但可水解成果胶。果胶：是羧基不同程度甲酯化与中和的聚半乳糖醛酸苷链，存在植物汁液中。果胶酸：是羟基完全游离的聚半乳糖醛酸苷链，稍溶于水，能产生不溶性沉淀。（五）木质素(lignin)木质素：苯基丙烷的非晶体聚合物。均不能被哺乳动物酶和消化道微生物产生的酶作用，所以不能被动物利用。（六）结合糖(boundsaccharide)1.氨基多糖又称粘多糖或糖胺聚糖。它是一类含氨基糖或氨基糖衍生物的杂多糖，是由多个二糖单位形成的长链多聚体，其主链由己糖胺和糖醛酸组成，有的含有硫酸根。常见的氨基多糖有硫酸软骨素、透明质酸、硫酸皮肤素、硫酸角质素等。2.蛋白多糖又称粘蛋白或蛋白聚糖。这类物质有蛋白质和氨基多糖通过共价键相连接而构成。蛋白多糖是动物组织细胞间隙中的重要成分。第三节含氮化合物(crudeprotein)定义：饲料中所有含氮物质统称为粗蛋白（CrudeProtein，CP），它又包括真（纯）蛋白质与非蛋白含氮物(NPN)。氨基酸是组成真蛋白质的基本单位，主要由C、H、O、N四种元素组成（约占98%），同时还有少量的S、P、Fe等元素。非蛋白含氮物又包括游离氨基酸、铵盐、肽类、酰胺、硝酸盐等。饲料CP含量=6.25×饲料含氮量一、蛋白质的性质与分类（一）蛋白质性质具有水解特性具有胶体性质两性电解质蛋白质变性（二）蛋白质的分类按生理功能可分为：结构蛋白(如胶原纤维、肌原纤维等)、贮藏蛋白(如清蛋白、谷蛋白、酪蛋白和生物活性蛋白(如酶、激素等)。按蛋白分子形状可分为：球蛋白和纤维蛋白。按加工性状表现可分为：面筋性蛋白(醇溶蛋白、谷蛋白)和非面筋性蛋白(清蛋白、球蛋白)。按化学组成，分为：单纯蛋白质、复合蛋白质和衍生蛋白。二、氨基酸（一）组成蛋白质的氨基酸及其结构1.非极性R基氨基酸2.不带电荷的极性R基氨基酸3.带正电荷的R基氨基酸（碱性氨基酸）4.带负电荷的R基氨基酸（酸性氨基酸）（二）氨基酸的理化性质氨基酸是两性化合物氨基酸的旋光性：即有L-型和D-型两种立体构型化学反应：1．氧化脱氨基反应；2.还原脱氨基反应；3．脱羧基反应；4．氨基羰基反应(美拉德反应)；5．赖氨酰丙氨酸生成反应（碱性条件）；6．蛋白质饲料加热过度后的反应：(1)可使来自组氨酸的组胺与赖氨酸结合，产生糜烂素。(2)可引起氨基酸键之间发生新的交换，形成新的酰胺键，难以被酶水解、消化；(3)在一定条件下，氨基酸还能与铁、锰、钴、钙、锌等二价或二价以上金属离子发生反应，生成螯合物。三、寡肽1.定义寡肽也称小肽，主要指由2个或3个氨基酸残基构成的二肽或三肽。2.分类开链肽：有两个末端环链肽：无末端动植物细胞的谷胱甘肽----三肽；动物肌肉中的肌肽----二肽。幻灯片38四、其他含氮化合物（一）酰胺类（amide）：天冬酰胺、谷酰胺、尿素和尿酸。（二）硝酸盐（nitrate）（三）核酸（nucleicacid）是一种高分子化合物，水解后生成一种有碱性含氮化合物（嘌呤、嘧啶）、戊糖（核糖或脱氧核糖）和磷酸组成的混合物。第四节脂类(lipide)一.定义也称脂质，是指饲料干物质中的乙醚浸出物，包括脂肪（真脂肪）和类脂质。