农副产品综合利用

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2~10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。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：•①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；•②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；•③属非胰岛素依赖，不会使血糖升高；•④发热量低，减肥；•⑤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：从天然原料中提取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。多糖的制备•大多数多糖以氢键、盐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。=videoMultiNeed中国多肽产业宣传片=videoMultiNeed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.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。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。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，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3~5%。•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15~18%，预榨饼再进行溶剂浸出提油。•螺旋榨油机是利用螺旋轴在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。••1.3.4.2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；以水为溶剂，无燃爆危险，不污染环境，可同事分离油和蛋白质。•缺点是出油率低，浸提过程中易感染微生物。小磨香油的制作小磨香油与压榨法的区别•2.水酶法•以机械和酶解为手段降解植物细胞壁，使油脂得以释放。•优点：提油的同时，能有效回收植物原料中的蛋白质及碳水化合物。设备简单、操作安全，不仅