第一講　農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源利用-概論定稿

緒論農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源利用UtilizationofAgriculturalBiomassResources課程授課方式教師講授(講授核心內(nèi)容、總結(jié)、按順序提示今后內(nèi)容、答疑、公布討論主題等)；課后閱讀和作業(yè)安排；討論課(按照討論題內(nèi)容進(jìn)行和課堂推薦參考文獻(xiàn)，分小組進(jìn)行閱讀和討論發(fā)言起草工作；由主題發(fā)言和質(zhì)疑－應(yīng)答兩個(gè)環(huán)節(jié)組成，學(xué)生在討論中進(jìn)行尖銳質(zhì)疑，則會(huì)在其績(jī)效記錄中有所體現(xiàn))。期終考評(píng)成績(jī)計(jì)算平時(shí)：到課率占10%((五次點(diǎn)名)；作業(yè)占10%；討論課：占20%((按照討論題內(nèi)容進(jìn)行和課堂推薦參考文獻(xiàn)，分小組進(jìn)行閱讀和討論發(fā)言起草工作；由主題發(fā)言和質(zhì)疑－應(yīng)答兩個(gè)環(huán)節(jié)組成，學(xué)生在討論中如能進(jìn)行尖銳質(zhì)疑，則會(huì)在其績(jī)效記錄中有所體現(xiàn))課程論文成績(jī)：占60%；撰寫課程論文1篇(5000字以上)，參考文獻(xiàn)至少15篇。格式與PlantandSoil上的范文一致。主講內(nèi)容周次內(nèi)

容備注1緒論(農(nóng)業(yè)生物質(zhì)定義、特點(diǎn)；農(nóng)業(yè)生物質(zhì)綜合利用的化學(xué)基礎(chǔ))梁永超教授2農(nóng)業(yè)生物質(zhì)綜合利用的新技術(shù)原理梁永超教授3淀粉/木質(zhì)纖維素類碳水化合物利用彭紅云副教授4農(nóng)業(yè)生物質(zhì)蛋白源類產(chǎn)品彭紅云副教授5油脂類生物質(zhì)利用及生物柴油彭紅云副教授6農(nóng)業(yè)生物質(zhì)天然活性成分/生物農(nóng)藥/生物聚合物塑料彭紅云副教授7討論：農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源、特異生物資源、生物降解產(chǎn)品(生物聚合物、生物環(huán)保材料、植物生物刺激素、生物農(nóng)藥、生物肥料、生物柴油、生物乙醇)討論交流8討論交流時(shí)間：周三上午3、4、5節(jié)課（9:50-12:15）；地點(diǎn)：紫金港西2-205(多)參考教材及相關(guān)資料張衛(wèi)明編，植物資源開發(fā)研究與應(yīng)用，東南大學(xué)出版社，2005張麗萍編，畜禽副產(chǎn)品綜合利用技術(shù)，中國(guó)輕工業(yè)出版社，2009陳華癸，蔡澤民編著，生物資源再利用原理與技術(shù)，湖北科學(xué)技術(shù)出版社.1999.Biomass&Bioenergy期刊的相關(guān)論文BioEnergyResearch期刊的相關(guān)論文BioresourceTechnology期刊的相關(guān)論文GlobalChangeBiologyBioenergy期刊的相關(guān)論文JournalofBiobasedMaterialsandBioenergy期刊的相關(guān)論文授課內(nèi)容第一節(jié)生物質(zhì)資源概述(高品位生物質(zhì)資源、低品位生物質(zhì)資源：農(nóng)產(chǎn)品/農(nóng)副產(chǎn)品/農(nóng)業(yè)廢棄物)第二節(jié)農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源利用的化學(xué)基礎(chǔ)(碳水化合物/蛋白質(zhì)/脂類/植酸/黃酮化合物)第一節(jié)生物質(zhì)資源概述什么是生物質(zhì)？林業(yè)資源農(nóng)業(yè)資源城市固廢生活污水和工業(yè)有機(jī)廢水生物質(zhì)是指通過(guò)光合作用而形成的各種有機(jī)體，包括所有的動(dòng)植物和微生物。畜禽糞便生物質(zhì)資源分類——高品位生物質(zhì)資源大豆,黃豆棕櫚葉向日葵油菜籽主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量(萬(wàn)噸)199920002001200220032004糧食50838.646217.545263.745705.843069.546946.9谷物45304.140522.439648.239798.737428.741157.2稻谷19848.718790.817758.017453.916065.617908.8小麥11388.09963.69387.39029.08648.89195.2玉米12808.610600.011408.812130.811583.013028.7豆類1894.02010.02052.82241.22127.52232.1薯類3640.63685.23563.13665.93513.33557.7油料2601.22954.82864.92897.22811.03065.9花生1263.91443.71441.61481.81342.01434.2油菜籽1013.21138.11133.11055.21142.01318.2芝麻74.381.180.489.559.370.4生物質(zhì)資源分類——低品味生物質(zhì)資源作物秸稈畜禽糞便采伐及加工林余物采集育林薪柴工業(yè)廢棄物城市有機(jī)垃圾重點(diǎn)指農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便、生活污水和工業(yè)有機(jī)廢水、城市固體廢物等。這些物質(zhì)正是水體污染的主要來(lái)源。低品位生物質(zhì)51%90.6%8.5億噸我國(guó)養(yǎng)豬數(shù)量占世界51%占全國(guó)總污染排放量90.6%每年生產(chǎn)畜禽糞便約8.5億噸累計(jì)，低品位生物質(zhì)年產(chǎn)生量達(dá)

20.29年億噸種類年產(chǎn)生量(億噸)年可用量(億噸)作物秸稈6.493.90畜禽糞便10.227.15采伐及加工林余物0.780.70采集育林薪柴0.480.38工業(yè)廢棄物0.770.62城市有機(jī)垃圾1.550.16累計(jì)20.2912.91據(jù)估算，地球陸地每年生產(chǎn)1000-1250億噸生物質(zhì)，海洋每年生產(chǎn)500億噸生物質(zhì)，總產(chǎn)量相當(dāng)于世界總能耗的10倍，低品位生物質(zhì)占30-50%。美國(guó)：以玉米、大豆為原料的燃料乙醇和生物柴油計(jì)劃；目前美國(guó)銷售的“汽油”中，70%以上是酒精汽油(1:9的混合燃料)；歐盟：以油菜籽為原料的生物柴油計(jì)劃；巴西：以甘蔗為原料的燃料乙醇計(jì)劃(用甘蔗發(fā)酵生產(chǎn)酒精，做汽車動(dòng)力燃料);

近年來(lái)，我國(guó)科學(xué)家用玉米、高粱、甘蔗秸稈，生產(chǎn)汽油酒精，能直接用做汽車的動(dòng)力燃料(如廣西木薯)。目前全球糧食危機(jī)引起了反思，歐盟、日本正關(guān)注廢棄生物質(zhì)資源生產(chǎn)生物燃?xì)猓绹?guó)和歐盟研究油藻非常熱門。各國(guó)構(gòu)建了各自的生物質(zhì)路線圖中國(guó)的生物質(zhì)資源國(guó)情

耕地面積少

52%為干旱、半干旱區(qū)

2/3為山地

200萬(wàn)Km2青藏高原

90萬(wàn)Km2巖溶地區(qū)

64萬(wàn)Km2黃土高原原始森林所剩無(wú)幾，森林總體質(zhì)量低下人口占世界1/5；中國(guó)養(yǎng)豬量占世界養(yǎng)豬量的51%以上(1頭豬的排泄量相當(dāng)于7個(gè)人的排量)；中國(guó)養(yǎng)雞數(shù)量已連續(xù)三年高居世界第1位。這些廢棄的低品位生物質(zhì)正在嚴(yán)重污染環(huán)境，造成水體富營(yíng)養(yǎng)化低品味生物質(zhì)資源的利用，是實(shí)現(xiàn)資源、能源持續(xù)再生的必然選擇??！我國(guó)低品味生物質(zhì)資源種類年產(chǎn)生量（億噸）城市生活垃圾1.55養(yǎng)殖業(yè)畜禽糞便30農(nóng)村家庭人糞尿及生活垃圾2.5農(nóng)作物秸稈3農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)物1能源作物副產(chǎn)物2.6水生植物2.6污水處理廠剩余污泥2城市生活污水260工業(yè)廢水及廢渣220僅用于生物燃?xì)馍a(chǎn)年所產(chǎn)生的能源量相當(dāng)于7億噸標(biāo)煤低品味生物質(zhì)占全國(guó)總污染排放量90.6%我國(guó)低品位生物質(zhì)分類及現(xiàn)狀種類年產(chǎn)生量(億噸)年可用量(億噸)作物秸稈6.493.90畜禽糞便10.227.15采伐及加工林余物0.780.70采集育林薪柴0.480.38工業(yè)廢棄物0.770.62城市有機(jī)垃圾1.550.16累計(jì)20.2912.91以低品位生物質(zhì)資源有效利用為途徑

生物燃?xì)飧咝镛D(zhuǎn)化過(guò)程

廢水廢渣加工—肥料油藻—生物柴油細(xì)菌—蛋白飼料水生植物—碳資源循環(huán)燃料大宗化學(xué)品精細(xì)化學(xué)品新材料

通過(guò)低品味生物質(zhì)污染處理與資源化集成系統(tǒng)，多層次循環(huán)利用有機(jī)物資源，提高能源和資源的利用率。通過(guò)對(duì)廢棄物進(jìn)行減量化、資源化、無(wú)害化處理利用，達(dá)到開發(fā)能源、回收資源、治理污染、凈化環(huán)境之目標(biāo)。建立生物經(jīng)濟(jì)模式！廢棄物資源化利用①農(nóng)產(chǎn)品根據(jù)《中華人民共和國(guó)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全法》的定義：農(nóng)產(chǎn)品是指來(lái)源于農(nóng)業(yè)的初級(jí)產(chǎn)品，即在農(nóng)業(yè)活動(dòng)中獲得的植物、動(dòng)物、微生物及其產(chǎn)品。平常所說(shuō)的農(nóng)產(chǎn)品，也是指初級(jí)農(nóng)產(chǎn)品。農(nóng)產(chǎn)品種類(12類)瓜、果、蔬菜花卉、苗木藥材糧油作物：谷物(稻谷、小麥、玉米)、豆類、薯類、花生、油菜籽、芝麻、甘蔗肉類：豬肉、牛肉、羊奶水產(chǎn)品食用菌煙葉：烤煙毛茶：茶葉林業(yè)產(chǎn)品其他植物：棉花、麻類、甜菜上述農(nóng)產(chǎn)品的種子及花籽農(nóng)產(chǎn)品加工定義：以農(nóng)產(chǎn)品為原料，根據(jù)其組織特性、化學(xué)成分和理化性質(zhì)，采用不同加工技術(shù)和方法制成各種粗、精加工的成品與半成品的過(guò)程。根據(jù)加工程度不同，可分為兩類：農(nóng)產(chǎn)品初加工——對(duì)農(nóng)產(chǎn)品一次性的不涉及農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)在成分改變的加工，初加工一般只是使農(nóng)產(chǎn)品發(fā)生量的變化而不發(fā)生質(zhì)的變化。農(nóng)產(chǎn)品的精深加工——對(duì)農(nóng)產(chǎn)品二次以上的加工，主要是指對(duì)蛋白質(zhì)資源、纖維資源、油脂資源、新?tīng)I(yíng)養(yǎng)資源及活性成分的提取和利用。農(nóng)副產(chǎn)品——農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)物定義：是一個(gè)相對(duì)概念，又稱下腳料、廢棄物等；是在加工(粗加工、深加工)生產(chǎn)主產(chǎn)品后，原料的剩余部分或加工過(guò)程附帶生產(chǎn)出的一些非主要產(chǎn)品，稱為副產(chǎn)品；主要包括大宗農(nóng)產(chǎn)品在采后加工利用過(guò)程中產(chǎn)生的皮渣等廢棄物，如根莖類蔬菜加工后產(chǎn)生的蔬菜葉，水果加工中蘋果榨汁后的蘋果皮渣和蘋果籽，糧油加工中提取大豆蛋白和大豆油之后的豆粕，水產(chǎn)加工后的魚皮、魚鱗，畜禽加工后皮毛、茶飲料加工后的茶渣等物質(zhì)。也包括具有一定商品價(jià)值或營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的小宗農(nóng)產(chǎn)品，如香草植物、南瓜等。副產(chǎn)物是次要產(chǎn)品，不是加工生產(chǎn)活動(dòng)的主要目標(biāo)；副產(chǎn)物一般占主產(chǎn)品的5-20%。銷售價(jià)格較低，銷售收入大大低于主產(chǎn)品。大部分副產(chǎn)物具有與主產(chǎn)物相當(dāng)?shù)臓I(yíng)養(yǎng)價(jià)值，卻沒(méi)有得到好的利用。農(nóng)副產(chǎn)品的特點(diǎn)產(chǎn)量大：目前我國(guó)平均每天有超過(guò)4000萬(wàn)t的農(nóng)產(chǎn)品廢棄物有待加工利用不易保存(加工副產(chǎn)物)如不加工、不能直接利用消化率低(纖維類)含豐富的功能成分變廢為寶，提高資源利用率提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)技術(shù)發(fā)展促進(jìn)環(huán)境保護(hù)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供新型能源和保健食品產(chǎn)品，提高人類生存質(zhì)量(Biorefinery生物煉制)農(nóng)副產(chǎn)品綜合利用的意義國(guó)內(nèi)外農(nóng)副產(chǎn)品加工現(xiàn)狀我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品加工利用率低，只有40－50％，其中二次以上深加工僅20％。工業(yè)食品用糧僅為4000萬(wàn)噸，占糧食總產(chǎn)量的8％，我國(guó)工業(yè)食品約占飲食消費(fèi)25％左右。發(fā)達(dá)國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品加工利用率一般在90％以上。工業(yè)食品用糧在70％以上，工業(yè)食品約占飲食消費(fèi)為90％以上。只有5％左右達(dá)到目前國(guó)際先進(jìn)水平，15％左右處于20世紀(jì)90年代水平，80％處于70年代～80年代的世界平均水平。高新技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)的應(yīng)用少，造成農(nóng)產(chǎn)品加工過(guò)程產(chǎn)生許多副產(chǎn)品，直接被浪費(fèi)。我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)的技術(shù)裝備水平較低我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品加工少，每年農(nóng)產(chǎn)品加工產(chǎn)生350多種食品和加工品，大多停留在粗加工上，缺少深加工和精加工以及綜合利用。我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品加工過(guò)程產(chǎn)生許多副產(chǎn)品。多數(shù)農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)各種下腳料和副產(chǎn)品，大都作為廢棄物埋掉、流走或堆積，使農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)成為“污染密集型”產(chǎn)業(yè)；導(dǎo)致農(nóng)副產(chǎn)品原料得不到充分利用。我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品加工綜合利用率低，污染重、物耗高玉米秸稈綜合利用、玉米脫胚制油、玉米淀粉生產(chǎn)蛋白酶和變性淀粉等稻殼進(jìn)行煤氣發(fā)電、米糠制油、糠餅作為飼料等果蔬榨汁后殘?jiān)庸轱暳瞎?/p>

提取香精和色素等通過(guò)農(nóng)副產(chǎn)品資源的綜合利用，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品資源全利用！對(duì)農(nóng)副產(chǎn)品的加工原料進(jìn)行有效的綜合利用，使農(nóng)副產(chǎn)品增值，把副產(chǎn)品轉(zhuǎn)化成高附加值產(chǎn)品主要包括植物纖維性廢棄物(農(nóng)作物秸稈、谷殼、果殼及甘蔗渣等農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物)和畜禽糞便兩大類，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和再生產(chǎn)鏈環(huán)中資源投入與產(chǎn)出在物質(zhì)和能量上的差額，是資源利用過(guò)程中產(chǎn)生的物質(zhì)能量流失份額。一般意義上的農(nóng)業(yè)廢棄物，主要是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村居民生活中不可避免的一種非產(chǎn)品產(chǎn)出。從資源經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度上看，農(nóng)業(yè)廢棄物是某種物質(zhì)和能量的載體，是一種特殊形態(tài)的農(nóng)業(yè)資源。②農(nóng)業(yè)廢棄物(agriculture

wastes)植物纖維性廢棄物：大田作物和煙、茶、果、菜園等果園殘留(落)物(如秸稈、果樹枝條、雜草、落葉、落果等)；動(dòng)物性廢棄物：牲畜和家禽的排泄物及畜欄墊料；水產(chǎn)養(yǎng)殖廢棄物等；農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物：農(nóng)產(chǎn)品貯存和加工的廢棄物(廢液、廢渣、廢棄薄膜等)；生活廢棄物：農(nóng)村居民生活排放的廢棄物，包括人糞尿和生活垃圾。農(nóng)業(yè)廢棄物分類——數(shù)量大品種多形態(tài)各異、可儲(chǔ)存再生利用、污染環(huán)境等我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物種類繁多，數(shù)量巨大，但僅有1/5農(nóng)業(yè)廢棄物被利用充分有效地利用農(nóng)業(yè)廢棄物，將其加工轉(zhuǎn)化，制成再生能源及其系列產(chǎn)品；合理利用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生活資源，減少環(huán)境污染，改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境；在能源日益枯竭情況下，農(nóng)業(yè)固體廢棄物作為一種能源進(jìn)行利用。發(fā)達(dá)國(guó)家的農(nóng)業(yè)固體廢棄物資源化處理廢水：利用農(nóng)業(yè)廢棄物提高水質(zhì)，玉米芯、豆莢一類農(nóng)副產(chǎn)品下腳料可用于處理廢水。清潔油污地面：棉花廢棄物的一種全新用途——利用棉籽棉絨吸收、生物降解碳?xì)浠衔?，主要是利用棉籽加工廢棄物纖維素中固有的一種細(xì)菌，制成一種生物活性吸收劑。開發(fā)能源資源：德國(guó)最早利用秸稈進(jìn)行沼氣發(fā)電，Thuringian發(fā)電廠現(xiàn)在年可處理3000t秸稈(電費(fèi)只需5美分/kw·h，而當(dāng)?shù)仄渌姀S電費(fèi)為16美分/kW·h)；美國(guó)約有150家發(fā)電廠全部利用短時(shí)輪作木質(zhì)作物、草質(zhì)作物等生物量燃料發(fā)電。飼料原料、發(fā)電燃料及相關(guān)燃料：用于生產(chǎn)乙醇的農(nóng)業(yè)廢棄物有玉米纖維、稻草、森林地面的死枝等；但大規(guī)模的乙醇生產(chǎn)需要能源作物。只需在生物原料發(fā)酵池內(nèi)加入幾種糖類共發(fā)酵，即可比相同的生物原料生產(chǎn)的乙醇量增加30％。制作復(fù)合材料：把廢舊農(nóng)膜、編織袋、食品袋、舊輪胎再生膠等經(jīng)過(guò)一定工藝處理后可作為基體材料；同時(shí)加入適當(dāng)?shù)奶砑觿?，通過(guò)一定處理和復(fù)合工藝形成以球－球、球－纖維堆砌體系為基礎(chǔ)的復(fù)合材料。現(xiàn)階段我國(guó)農(nóng)副產(chǎn)品（低品位生物質(zhì)）去向生物質(zhì)能源：制沼氣、汽化為可燃?xì)怏w、液化(生物乙醇、生物甲醇、生物柴油)、固化(固體成型燃料)生物肥料：堆肥、液體肥料、有機(jī)肥飼料：氨化飼料、青貯飼料、生化蛋白飼料、酶化飼料、堿化飼料工業(yè)及醫(yī)藥原料保健食品的功能成分提取全球植物年產(chǎn)量：1500億噸，其中由耕地或草原產(chǎn)生160億噸，廢棄物135億噸我國(guó)植物纖維資源農(nóng)副產(chǎn)品：10億噸秸稈7億t/年稻殼3386萬(wàn)t/年玉米芯1250萬(wàn)t/年甘蔗渣7700萬(wàn)t/年米糠1000萬(wàn)t/年麥麩2000萬(wàn)t/年大豆皮渣300萬(wàn)t/年——還有待開發(fā)利用巨大的能源來(lái)源由甘蔗、玉米及含纖維素農(nóng)作物，發(fā)酵制成生物乙醇；以純乙醇、乙醇汽油(E10-E22)和混合燃料(乙醇60%+甲醇30%+汽油7%)等三種配比供汽車燃料，主要性能、排放和汽油車比，稍優(yōu)或接近；技術(shù)成熟，排放理想，是理想的可再生清潔能源；國(guó)內(nèi)外正大力開發(fā)利用各類谷物、木材、木屑、木薯、甘蔗渣、秸稈、甜高糧等，生產(chǎn)生物乙醇，平均每噸生物乙醇耗糧為3.3噸。乙醇汽車乙醇汽車現(xiàn)階段我國(guó)已禁止用農(nóng)產(chǎn)品直接加工燃料乙醇，不鼓勵(lì)用食用油脂加工生物柴油，主張用副產(chǎn)品加工生物燃料。但是，西方國(guó)家和東南亞鼓勵(lì)生物質(zhì)能源發(fā)展。如何將纖維素物質(zhì)高效的轉(zhuǎn)化成清潔的生物質(zhì)能源，成為各國(guó)科學(xué)家研究的熱點(diǎn)。我國(guó)現(xiàn)在主要利用淀粉和糖蜜發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇，產(chǎn)量132萬(wàn)噸，居世界第三?，F(xiàn)階段在開展用秸桿發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的新技術(shù)，但是難度很大，和發(fā)達(dá)國(guó)家有一定差距。農(nóng)業(yè)廢棄物制沼氣（哪些廢棄物可以利用？）農(nóng)業(yè)廢棄物氣化（哪些廢棄物可以利用？）農(nóng)業(yè)廢棄物液化（哪些廢棄物可以利用？）農(nóng)業(yè)廢棄物固化（哪些廢棄物可以利用？）農(nóng)業(yè)廢棄物在生物質(zhì)能利用可采用以下途徑細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)巨大的食品與飼料來(lái)源纖維質(zhì)物質(zhì)組成纖維素：由葡萄糖組成半纖維素：阿拉伯糖、木糖、鼠李糖、甘露糖等果膠：半乳糖醛酸木質(zhì)素：松柏醇、芥子醇類多糖類都可被降解，生產(chǎn)糧食和飼料。葡萄糖我國(guó)生產(chǎn)副產(chǎn)品：豆粕500萬(wàn)t/年棉籽餅200萬(wàn)t/年>30萬(wàn)t/年玉米蛋白粉100萬(wàn)t/年麥麩蛋白以植物蛋白資源為例轉(zhuǎn)化成食品的量不足1％尚未開發(fā)這些廢棄物被利用的部分主要是發(fā)電、飼料加工巨大的保健食品資源米糠、麥麩、玉米皮、蔗渣等，都含有豐富的功能性成分：膳食纖維低聚糖優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)維生素：谷維素、B族維生素、維生素E等功能性油脂卵磷脂酚酸二十八烷醇天然色素美國(guó)保健食品銷售額達(dá)750億美元，占食品銷售額的1/3；近兩年日本保健品銷售額為30000億日元(約300億美元)，年產(chǎn)保健品3000多種；歐洲保健食品有2000余種，目前年產(chǎn)值達(dá)500億歐元(約700億美元)。2000年我國(guó)保健品產(chǎn)業(yè)只有500億元(70億美元)，差距不言而喻。2007年市場(chǎng)仍為500億元，2009年為911億，2015年達(dá)到4500億。農(nóng)副產(chǎn)品中的生物活性成分農(nóng)副產(chǎn)品中含有豐富的多種有價(jià)值的功能成分，采用成熟的技術(shù)手段對(duì)其進(jìn)行有效提取與綜合利用。例如，白藜蘆醇釀酒工業(yè)中，葡萄皮渣中含多種有益物質(zhì)，如白藜蘆醇、原花青素、葡萄籽油等；白藜蘆醇具有預(yù)防心臟病、軟化血管、降低血液中膽固醇的低密度脂蛋白、抗癌等多種生理活性。已從72種以上的植物中分離出白藜蘆醇，其中葡萄、花生和一些藥用植物(如虎仗)中的白藜蘆醇含量豐富?；ㄉt衣與仁中含有相當(dāng)多的白藜蘆醇，是葡萄中含量的900倍。茶多酚已成為醫(yī)藥、食品界開發(fā)熱點(diǎn)。目前除了茶多酚片劑、膠囊劑等外，作為抗氧化劑和食品添加劑，在糧油食品、方便食品、水產(chǎn)品、肉制品、調(diào)味品、糖果、飲料等食品中均有廣泛應(yīng)用，有強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求，開發(fā)前景廣闊。多糖、低聚糖、蛋白質(zhì)、維生素、色素、黃酮類、生物堿等有效成分，在開發(fā)功能食品和生物醫(yī)藥方面都具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，將食品的基本屬性(營(yíng)養(yǎng)、安全等)與修飾屬性(色、香、味、形、感官等)和功能屬性(防癌、強(qiáng)心、益智、減肥、健腎、降糖等)，有機(jī)結(jié)合起來(lái)。巨大的化工原料資源藥物：茶多酚，生物堿食用菌及培養(yǎng)基質(zhì)：無(wú)土栽培食品加工原料：果蔬等外品制蔬菜汁、果汁、果酒等可降解包裝材料：作物秸稈作方便碗和方便盒等有機(jī)產(chǎn)品：生產(chǎn)木糖、木糖醇、淀粉、乙醇、糠醛、煙堿及中藥原料食品防腐劑和空氣清新劑：竹葉防腐劑，水果殘?jiān)瞥煽諝馇逍聞┒逊剩男U棄物可以利用？）液體肥料（哪些廢棄物可以利用？）生物有機(jī)肥（哪些廢棄物可以利用？）有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥（哪些廢棄物可以利用？）制作肥料第二節(jié)農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源利用的化學(xué)基礎(chǔ)重點(diǎn)掌握農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源利用技術(shù)相關(guān)的碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂類、植酸和黃酮等化合物的種類、組成、結(jié)構(gòu)和功能。（一）碳水化合物是自然界中存在最多，分布最廣的一類重要的有機(jī)化合物，存在于各種植物的種子、莖、葉、稈及塊根中。是綠色植物光合作用的主要產(chǎn)物，在植物中含量可達(dá)到干重的80%。動(dòng)物中肝糖原、血糖原也屬于碳水化合物，占動(dòng)物干重的2%左右。單糖：不能再被水解為更小單位的糖。低聚糖：由2~10個(gè)單糖通過(guò)糖苷鍵連接的低聚合度糖。多糖：?jiǎn)翁蔷酆隙却笥?0的糖。1.碳水化合物的組成和結(jié)構(gòu)根據(jù)糖類的化學(xué)結(jié)構(gòu)特征，糖類的定義應(yīng)是多羥基醛或多羥基酮及其衍生物和縮合物。1.1單糖單糖中除了己糖中葡萄糖(glucose)和果糖(fructose)提供能量外，戊糖中的木糖及糖醇屬于功能性單糖。1.2低聚糖普通低聚糖：β-1,4葡萄糖苷鍵連接的低聚糖；蔗糖、乳糖、麥芽糖、麥芽三糖和麥芽四糖；功能性低聚糖：α-1,6葡萄糖苷鍵連接的低聚糖(糖分子相互結(jié)合的位置不同)；人體沒(méi)有代謝這類低聚糖的酶系，成為難消化性低聚糖，但對(duì)人體有特別的生理功能，稱為功能性低聚糖；低聚異麥芽糖、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、低聚龍膽糖等。自然界中只有少數(shù)食品中含有天然的功能性低聚糖。改善人體內(nèi)微生態(tài)環(huán)境，調(diào)節(jié)胃腸功能，防治便秘，增加維生素合成，提高人體免疫功能；具有水溶性膳食纖維功能，改善血脂代謝，降低膽固醇和甘油三酯含量；屬非胰島素依賴，不會(huì)使血糖升高；難被唾液酶和小腸消化酶水解，發(fā)熱量很低，很少轉(zhuǎn)化為脂肪(減肥)；不被齲齒菌形成基質(zhì)，也沒(méi)有凝結(jié)菌體作用，可防齲齒低聚糖的功能分為結(jié)構(gòu)多糖和功能多糖；多糖結(jié)構(gòu)單位是單糖，結(jié)構(gòu)單位之間以苷鍵相連接；因多糖結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，多糖具有特殊的生物活性功效：高分子的聚陰離子，能調(diào)節(jié)體內(nèi)的陰離子濃度；能與一些物質(zhì)結(jié)合調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能，防御細(xì)菌或病毒感染；抗凝血活性，對(duì)抗血栓的形成；激活脂蛋白酶，調(diào)節(jié)機(jī)體脂類代謝；血管壁多糖有大的粘滯性，保持或維持管壁堅(jiān)韌性和通透性。1.3多糖2.碳水化合物的制備制備依據(jù)：在酸性、堿性或酶的作用下糖苷鍵斷裂分解。水解是碳水化合物制備的化學(xué)基礎(chǔ)。制備方法：酸法水解堿法水解酶水解2.1單糖制備葡萄糖制備（玉米葡糖）：C6H12O6，淀粉完全水解制備酶解法：淀粉酶將淀粉水解為葡萄糖，分為兩步：①“液化”——利用α-淀粉酶，將淀粉轉(zhuǎn)化為糊精和低聚糖；②“糖化”——利用糖化酶，將糊精或低聚糖水解轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?。工藝流程：主要包括料液制備、液化、糖化、產(chǎn)品提取(淀粉乳經(jīng)α-淀粉酶液化后，再經(jīng)糖化酶作用下糖化后沉淀、脫色、壓濾、離子交換、濃縮、結(jié)晶、干燥、得到成品)。酶解法優(yōu)點(diǎn)：酶法糖化率高——達(dá)97％以上。酶法糖化液純度高——酶的專一性可生產(chǎn)高純度的葡萄糖。設(shè)備不要求耐酸耐壓，加工簡(jiǎn)單。果葡糖漿制備“果葡糖漿”主要組成——果糖和葡萄糖，是一種重要的甜味劑。是由植物淀粉水解和異構(gòu)化制成的淀粉糖晶，一般以玉米淀粉為原料生產(chǎn)。首先將淀粉生產(chǎn)成葡萄糖漿，然后將部分葡萄糖異構(gòu)化為果糖而得到果葡糖漿。主要生產(chǎn)工藝：液化、糖化、異構(gòu)化、濃縮脫色過(guò)濾、離子交換、真空濃縮后，得到42％的果葡糖漿(以葡萄糖為原料經(jīng)葡萄糖異構(gòu)酶轉(zhuǎn)化得到含量約42％的異構(gòu)糖，該方法是目前世界上最大的果葡糖漿生產(chǎn)方法)；將42％的果葡糖漿中的葡萄糖結(jié)晶分離出去，可得55％的果葡糖漿；將42％的果葡糖漿進(jìn)行吸附分離，可得90％的果葡糖漿。2.2低聚糖的制備方法從天然原料中提取用化學(xué)合成法制備酶學(xué)方法生產(chǎn)酶法制備低聚糖①轉(zhuǎn)移糖苷合成法生物體內(nèi)，寡糖是以核苷二磷酸為底物，由ATP水解提供能量，通過(guò)專一性極強(qiáng)的糖苷轉(zhuǎn)移酶催化合成的。合成的低聚糖：環(huán)糊精、海藻糖、龍膽二糖、帕拉金糖。局限性：天然存在的糖苷轉(zhuǎn)移酶含量極少，且穩(wěn)定性差，能否工業(yè)化取決于底物核苷二磷酸糖的再生作用?？煞譃?類：

大豆低聚糖的制備主要成分：水蘇糖、棉籽糖和蔗糖，還含有葡萄糖、果糖、半乳糖肌醇甲醚、右旋肌醇甲醚等。功能：具有促進(jìn)腸道蠕動(dòng)、防止便秘、預(yù)防腸癌、提高機(jī)體免疫力、降血脂、降血壓、降血糖、預(yù)防齲齒、護(hù)肝等保健功能的特殊活性物質(zhì)。用于多種營(yíng)養(yǎng)、功能性保健食品的生產(chǎn)?！活悘V泛存在于豆科植物中的低分子糖總稱大豆低聚糖生產(chǎn)工藝低聚糖果糖的工業(yè)制備主要方法方法一：以原料粉如菊芋(Chicory)提取菊粉，經(jīng)酶水解、過(guò)濾(硅藻土)、脫色、脫鹽和真空濃縮等工藝獲得產(chǎn)品。工藝簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)化率高，副產(chǎn)物少。內(nèi)切型菊粉酶的提取是生產(chǎn)的關(guān)鍵。方法二：以50~60％蔗糖為原料，采用固定化酶柱或固定化床生物反應(yīng)器(24h,50-60℃)連續(xù)反應(yīng)，將高濃度蔗糖溶液在50~60℃條件下，以一定速率流過(guò)固定化酶柱，利用β-果糖轉(zhuǎn)化酶進(jìn)行轉(zhuǎn)移反應(yīng)，進(jìn)一步將糖液脫色(活性炭)、脫鹽(離子交換樹脂)、真空濃縮，獲得低聚果糖。方法連續(xù)性好、自動(dòng)化程度高，操作穩(wěn)定性好，能反復(fù)使用，利用率高。2.3多糖的制備多糖以氫鍵、鹽鍵等與其他多糖或物質(zhì)聚合在一起，必須采用有效方法破壞多糖鏈與其他物質(zhì)的共價(jià)結(jié)合，達(dá)到提取多糖的目的。多糖提取方法：有水（冷水、熱水）提取法中性鹽溶液提取法堿提取法水解酶消化提取法蛋白酶水解法——制備方法主要是提取分離小麥纖維的制備小麥麩俗稱麩皮，是小麥制粉副產(chǎn)物。麩皮組成：含膳食纖維約45.5％，其中纖維素占23％，半纖維素占65％，木質(zhì)素約6％，水溶性多糖約5％，還含有一定量蛋白質(zhì)、胡蘿卜素、維生素E、Ca、K、Mg、Fe、Zn、Se等多種營(yíng)養(yǎng)元素。加工前需要原料預(yù)處理，一般有篩選、磁選、風(fēng)選和漂洗等(麩皮受小麥及其貯運(yùn)過(guò)程中的可能污染)。麩皮中植酸含量較高，植酸脫除是重要步驟：植酸可與礦物質(zhì)元素螯合，影響人體對(duì)礦物質(zhì)元素的吸收。所得的小麥纖維粒狀產(chǎn)品，其化學(xué)成分：膳食纖維總量在80％以上，其中果膠類物質(zhì)4％、半纖維素35％、纖維素18％、木質(zhì)素13％、蛋白質(zhì)≤8％、脂肪≤5％、礦物質(zhì)≤2％和植酸≤0.5％?；ㄉ嗵堑闹苽浠ㄉ侨蜃钪匾乃拇笥土献魑镏?；中國(guó)花生在世界上有四個(gè)最：油料作物中總產(chǎn)量最高、平均畝產(chǎn)量最高、銷售價(jià)格最低和出口量最大。中國(guó)對(duì)花生的利用，主要是榨油，榨油后的花生粕一般直接作為魚和禽畜的飼料，沒(méi)有進(jìn)一步開發(fā)利用。隨著低溫榨油工藝的實(shí)施，花生粕除了提取蛋白質(zhì)外，還可以提取花生多糖。2.4多糖的分離純化多糖與蛋白質(zhì)結(jié)合，不是物理或離子結(jié)合，而是共價(jià)結(jié)合。經(jīng)堿液提取及蛋白酶水解的組織消化液，是組分及性質(zhì)相近的多糖混合物。多糖的分離純化方法：利用溶解度不同分離：多糖具有較強(qiáng)極性，在水溶液中加入乙醇、丙酮或甲醇等有機(jī)溶劑，即可產(chǎn)生沉淀。常用沉淀劑：乙醇、鋇鹽、鋅鹽、乙酸鉀等；沉淀方法有乙醇沉淀法和含鹽溶液沉淀法。利用電離性質(zhì)不同的分離方法：多糖分子中可電離基團(tuán)有羥基及硫酸基，其pK不同，數(shù)量也存在差別，這些成為分離多糖的依據(jù)。常用方法有季銨鹽絡(luò)合法和電泳分離。其他方法：如離子交換層析法、凝膠過(guò)濾法、酶法、超離心法、高效液相色譜法等。（二）蛋白質(zhì)1.蛋白質(zhì)分離純化蛋白質(zhì)分離純化的一般原則農(nóng)副產(chǎn)品綜合利用中蛋白質(zhì)的利用首先要分離純化，并保持原有的生物活性。蛋白質(zhì)的純化：利用各種蛋白之間的相似性，來(lái)除去非蛋白質(zhì)；利用各蛋白質(zhì)的差異(大小、形狀、電荷、疏水性、溶解度和生物學(xué)活性等)，將目的蛋白質(zhì)從其他蛋白質(zhì)中純化出來(lái)。蛋白質(zhì)分離純化常用方法鹽析沉淀、有機(jī)溶劑提取、層析和結(jié)晶等利用混合物中幾個(gè)組分分配率的差別，把它們分配到可用機(jī)械方法分離的2個(gè)或幾個(gè)物相中。電泳、超速離心、超濾等將混合物置于單一物相中，通過(guò)物理力場(chǎng)作用使各組分分配于不同區(qū)域而達(dá)到分離目的。沉淀法無(wú)機(jī)沉淀劑分離鹽析沉淀：蛋白質(zhì)和酶提純工藝中最早采用，至今仍為廣泛應(yīng)用的方法。原理：蛋白質(zhì)在高濃度鹽溶液中，隨著鹽濃度逐漸增加，因蛋白質(zhì)水化膜被破壞、溶解度下降而從溶液中沉淀出來(lái)。優(yōu)點(diǎn)：成本低、不需要特別設(shè)備，操作簡(jiǎn)單安全，對(duì)蛋白質(zhì)的生物活性成分破壞較少；缺點(diǎn)：選擇性不強(qiáng)。常采用中性鹽：硫酸銨、硫酸鎂、硫酸鈉、氯化鈉、磷酸鈉等。其中，硫酸銨是沉淀蛋白最常用的鹽，硫酸銨分餾常用作實(shí)驗(yàn)室蛋白質(zhì)純化的第1步，初步粗提蛋白質(zhì)，去除非蛋白成分(因?yàn)樗诶渚彌_液中的溶解性好，冷緩沖液有利于保持目標(biāo)蛋白的活性)。透析：用硫酸銨沉淀蛋白，是處在高鹽溶液中；因而需要脫鹽。原理：可采用半透膜透析，通過(guò)勤換透析液去除鹽分。雖然更換緩沖液不能提高蛋白質(zhì)純度，但卻在蛋白質(zhì)純化方案中起著極其重要作用。優(yōu)點(diǎn)：此法尚可；缺點(diǎn)：但需要幾個(gè)小時(shí)，通常要過(guò)夜，難以用于大規(guī)模純化。新型設(shè)備，將透析膜夾在2個(gè)板中間，板的一側(cè)加緩沖液，另一側(cè)加需脫鹽的蛋白質(zhì)溶液，并在蛋白質(zhì)溶液一側(cè)通過(guò)泵加壓，可使兩側(cè)溶液在數(shù)小時(shí)內(nèi)達(dá)到平衡，若增加對(duì)蛋白質(zhì)溶液的壓力，還可迫使水分和鹽更多地通過(guò)透析膜進(jìn)入透析液達(dá)到對(duì)蛋白質(zhì)濃縮的目的。有機(jī)沉淀劑分離原理：向蛋白質(zhì)溶液中加入丙酮或乙醇等水溶性有機(jī)溶劑，降低水的活度；隨著有機(jī)溶劑濃度的增大，水對(duì)蛋白質(zhì)表面電荷基團(tuán)或親水基團(tuán)的水化程度降低，溶液的介電常數(shù)下降，蛋白質(zhì)分子間的靜電引力增大，從而使蛋白質(zhì)凝聚和沉淀。特點(diǎn)：①選擇性較高，即一定濃度的有機(jī)溶劑只能沉淀分離某一種或某一類組分。②沉淀后所得的產(chǎn)品不需要脫鹽，殘留的沉淀劑通過(guò)揮發(fā)即可除去。缺點(diǎn)：有機(jī)沉淀劑對(duì)具有生物活性的蛋白質(zhì)、酶類具有失活作用，常需要低溫下操作。常采用丙酮或乙醇等水溶性有機(jī)溶劑。等電點(diǎn)沉淀分離基本原理：通過(guò)調(diào)節(jié)溶液pH，使兩性電解質(zhì)的溶解度下降，從而蛋白質(zhì)傾向于從溶液中沉淀析出。因?yàn)槿芤簆H處于等電點(diǎn)時(shí)，分子表面靜電荷為零，導(dǎo)致賴以穩(wěn)定的雙電層及水化膜的削弱或破壞，分子間引力增加，溶解度降低。一般蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)多在偏酸性范圍內(nèi)，故在等電點(diǎn)沉淀操作中，大多通過(guò)加入無(wú)機(jī)鹽如鹽酸、硫酸和硫酸等調(diào)節(jié)pH。大豆蛋白“堿提酸沉”采用等電點(diǎn)沉淀分離工藝：豆粕原料經(jīng)二次堿提、粗濾、酸沉、打漿、回調(diào)、改性、噴粉，得到成品。變性沉淀分離利用生物大分子物質(zhì)對(duì)物理、化學(xué)等外部環(huán)境因子敏感性的差異，而選擇性地使一種組分發(fā)生變性形成沉淀，而另一組組分保持不變，達(dá)到分離、出雜和提純的目的。絮凝分離主要通過(guò)溶液中的顆粒凝集、雙電層的壓縮和電荷的中和作用、橋連作用、沉淀物網(wǎng)捕作用等機(jī)理，把溶液中的微小膠體、顆粒及懸浮物除去并分離的技術(shù)。葎草葉蛋白提取的基本工藝：葎草葉打漿、浸泡、壓汁、離心分離、加熱沉淀、烘干，得到產(chǎn)品。離子交換層析分離在蛋白質(zhì)純化層析手段中使用最為廣泛，是在所有的蛋白質(zhì)純化與濃縮方法中最有效的方法。利用離子交換層析純化蛋白質(zhì)，在一開始應(yīng)做好兩個(gè)決定：①選擇最佳的離子交換樹脂和緩沖體系；②如何洗脫蛋白質(zhì)。疏水作用層析分離是以介質(zhì)疏水基團(tuán)和蛋白質(zhì)疏水區(qū)域間的親和作用為基礎(chǔ)的。疏水性氨基酸位于蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的中心部位，遠(yuǎn)離表面的水分子。在高鹽濃度環(huán)境中，蛋白的疏水性區(qū)域會(huì)暴露并與疏水介質(zhì)表面的疏水性配基結(jié)合。不同蛋白質(zhì)的疏水性不同，與疏水基團(tuán)作用力大小也不同，通過(guò)逐漸降低緩沖液中鹽濃度沖洗柱子，在鹽濃度很低時(shí)，蛋白質(zhì)恢復(fù)自然狀態(tài)，疏水作用力減弱被洗脫出來(lái)。親和層析分離又稱親和色譜(affinitychromatography,AFC)。以其高選擇性、高收率且一步得到高純度產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，成為蛋白純化最有效技術(shù)之一。在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模、工業(yè)化規(guī)模得到廣泛應(yīng)用。原理：AFC是建立在目標(biāo)蛋白與固定化配基之間的特異性可逆相互作用基礎(chǔ)上的吸附色譜。方法是以蛋白質(zhì)和結(jié)合在介質(zhì)上配基間的特異親和力為基礎(chǔ)。配基：可以是生物學(xué)特異的，如一個(gè)肽、一個(gè)抗體、一個(gè)底物、一個(gè)抑制劑、一個(gè)輔酶或一個(gè)核酸；也可以是具有相對(duì)特異、相互作用的凝集素、染料或疏水分子等。多數(shù)情況下，蛋白質(zhì)和某些生物大分子的生物學(xué)功能，在于它們特異地和可逆地與相應(yīng)配基相互作用。排阻層析分離也叫大小排阻、凝膠過(guò)濾層析或分子篩。原理：利用分級(jí)分離，而不需要蛋白質(zhì)的化學(xué)結(jié)合，就明顯降低了因不可逆結(jié)合所致的蛋白質(zhì)損失和失活?？衫么朔椒ǜ鼡Q蛋白質(zhì)的緩沖液或降低緩沖液的離子強(qiáng)度。電泳分離原理：電場(chǎng)作用下，帶電顆粒向其對(duì)應(yīng)的電極方向以一定速度泳動(dòng)，使組分分離成狹窄的區(qū)帶，稱為電泳(electrophoresis)。在小離子情況下，稱為離子導(dǎo)電性現(xiàn)象，是一種不完全的電解現(xiàn)象，所需產(chǎn)物不是直接釋放在電極上，而是使它們不同的運(yùn)動(dòng)同步受阻在兩個(gè)電極間的中間位置上。任何電泳設(shè)備中，都有3個(gè)意義明確的部件：陰極、陽(yáng)極和實(shí)現(xiàn)帶電粒子分離的電泳室。反相色譜分離(reversephasechromatography,PRC)原理：是基于溶質(zhì)、極性流動(dòng)相和非極性固定相間的疏水效應(yīng)建立的一種色譜模式。蛋白質(zhì)的分離(separation)、提純(purification)和鑒定(characterization)是生物化學(xué)中的重要部分，至今還沒(méi)有單獨(dú)或一套現(xiàn)成的方法，能夠把一種蛋白質(zhì)從復(fù)雜的混合蛋白質(zhì)中提取出來(lái)，往往采取幾種方法聯(lián)合使用。2.3肽一個(gè)氨基酸的α-羧基和另一個(gè)氨基酸的α-氨基，脫水縮合生成的化合物，稱為肽。多肽：指分子結(jié)構(gòu)介于氨基酸和蛋白質(zhì)之間的一類兩性有機(jī)化合物。廣泛的多肽含義：多肽和蛋白質(zhì)之間并沒(méi)有嚴(yán)格的區(qū)分，多肽指由低于50個(gè)氨基酸組成的化合物。多肽的特性：由氨基酸組成，種類十分龐大，不同多肽的組成結(jié)構(gòu)決定了其功能。多肽很微量，卻具有顯著的生理活性。具有調(diào)節(jié)功能的多肽的半衰期均很短。肽的吸收利用蛋白質(zhì)消化利用：氨基酸（唯一途徑？）20世紀(jì)60年代，證明肽可被吸收！從消化道來(lái)講，小肽在胃腸道中消化吸收比蛋白質(zhì)、游離氨基酸消化吸收要好，速度要快。肽的易吸收性將成為運(yùn)動(dòng)員營(yíng)養(yǎng)中很好的氮源，作為運(yùn)動(dòng)中或結(jié)束恢復(fù)性飲料。在美國(guó)，含水解蛋白(肽)產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)員的飲食中。攝食膳食蛋白質(zhì)小分子肽和氨基酸體內(nèi)合成激素、酶、蛋白質(zhì)健康人：多種酶受到抑制一般飲食補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)受到影響體內(nèi)不能合成多肽直接服用、注射氨基多肽(寡、小肽)和L-氨基酸疾病狀態(tài)：組成蛋白質(zhì)分子的氨基酸數(shù)目少于50，相對(duì)分子量小于6000u，在構(gòu)象上較松散、具有某些特殊生理功能和生物活性的肽類，即對(duì)生命體的生命活動(dòng)有裨益或具有生理作用的肽類。生物活性肽(bioactivepeptides)的概念多肽以完整的形式100%被人體吸收和利用；多肽的吸收不需消耗人體能量；多肽可在人體中表現(xiàn)出載體和信使作用；與其他各種物質(zhì)的吸收機(jī)制大不相同，其吸收機(jī)制優(yōu)于一切物質(zhì)。生物活性肽的吸收機(jī)制功能性肽：即生物活性肽，參與調(diào)節(jié)動(dòng)物的某些生理活動(dòng)或具有某些特殊作用；營(yíng)養(yǎng)肽：不具有特殊生理調(diào)節(jié)功能，只為蛋白質(zhì)合成提供氮架的小肽。多肽功能：營(yíng)養(yǎng)平衡、抗?jié)?、抗風(fēng)濕、類胰島素、降血脂、降血粘、降血壓、提高免疫力、抗菌、抗病毒、抗衰老等。生物學(xué)功能肽較生物體的其他物質(zhì)，最大的特點(diǎn)是具有極強(qiáng)的活性和多樣性，無(wú)論從吸收速度還是生物學(xué)功能上，肽都將引發(fā)營(yíng)養(yǎng)品革命，21世紀(jì)將是肽的世紀(jì)”。從營(yíng)養(yǎng)科學(xué)和功能食品角度講，主要研究的是外源生物活性肽，即從食品獲得生物活性肽；源于食品蛋白質(zhì)的生物活性肽在醫(yī)藥和食品中應(yīng)用廣泛。調(diào)節(jié)體內(nèi)的水分、電解質(zhì)平衡為免疫系統(tǒng)制造抗體，提高免疫功能促進(jìn)傷口愈合體內(nèi)合成酶，提高生命活力修復(fù)細(xì)胞，改善細(xì)胞代謝，防止細(xì)胞變性促進(jìn)蛋白質(zhì)、酶的合成與調(diào)控溝通細(xì)胞間、器官間信息的重要信使預(yù)防心血管疾病調(diào)節(jié)內(nèi)分泌與神經(jīng)系統(tǒng)改善消化系統(tǒng)，治療慢性胃腸道疾病改善糖尿病、風(fēng)濕、類風(fēng)濕等疾病抗病毒感染，抗衰老，提高血紅細(xì)胞載氧能力促進(jìn)造血功能，治療貧血，防止血小板凝集生物活性肽的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)——與蛋白質(zhì)、游離氨基酸相比按功能：抗菌肽(antibacterialpeptides)神經(jīng)活性肽血管緊張素——I轉(zhuǎn)化酶(ACE)抑制肽免疫活性肽抗氧化肽促進(jìn)礦物元素吸收肽生物活性肽種類按來(lái)源：內(nèi)源性生物活性肽：人體內(nèi)存在的天然生物活性肽。外源性生物活性肽：動(dòng)、植物和微生物體內(nèi)的天然生物活性肽和蛋白質(zhì)降解后產(chǎn)生的生物活性肽成分。抗菌肽——又稱為肽類抗生素(peptideantibiotics)具有光譜抗菌活性，可抑制多種細(xì)菌或真菌，且可以不傷及正常細(xì)胞情況下抑制動(dòng)物體內(nèi)的腫瘤細(xì)胞?？咕闹饕譃?種：某一種或兩種氨基酸含量高，如脯氨酸含有分子內(nèi)二硫鍵，穩(wěn)定主要的β-折疊結(jié)構(gòu)α-螺旋結(jié)構(gòu)，含有兩性分子區(qū)域神經(jīng)活性肽來(lái)源：主要存在于牛乳、魷魚、大豆及其他豆類等食品蛋白質(zhì)的水解物中(牛奶酪蛋白、小麥谷蛋白、大米蛋白)；包括類鴉片活性肽、內(nèi)啡肽、腦啡肽、酪激肽、乳啡肽等；能調(diào)節(jié)神經(jīng)信息傳遞。類鴉片活性肽是胃蛋白酶和嗜熱菌蛋白酶酶解產(chǎn)物。阿片活性肽是人們研究最早的一類生理活性肽，具有戒毒作用。功能：調(diào)節(jié)情緒、呼吸、脈搏、體溫、鎮(zhèn)痛；與鎮(zhèn)痛劑不同，可以經(jīng)過(guò)消化器官進(jìn)入人體內(nèi)，無(wú)副作用。血管緊張素-I轉(zhuǎn)化酶（ACE）抑制肽腎素－血管緊張素轉(zhuǎn)化系統(tǒng)是調(diào)節(jié)機(jī)體血壓的重要途徑。ACE抑制肽是指一類具有ACE抑制活性的多肽物質(zhì)，這些多肽氨基酸序列和肽鏈長(zhǎng)度各有不同，但都具有類似的功能。來(lái)源：可從麥胚蛋白、乳蛋白、大豆蛋白、魚肉蛋白和玉米蛋白等食品蛋白中獲得(乳類蛋白、糧食蛋白、肉類蛋白)。食品蛋白中分離ACE抑制肽：是熱點(diǎn)領(lǐng)域；安全性，天然來(lái)源，對(duì)正常血壓無(wú)影響，但降血壓效果不及合成藥物。免疫活性肽內(nèi)源性：干擾素、白細(xì)胞介素、內(nèi)啡肽；外源性：人乳、牛乳中的酪蛋白、大豆蛋白和大米蛋白(也可從大米、小麥蛋白酶解物中獲得)；主要功能：能刺激機(jī)體自身淋巴細(xì)胞的增殖促進(jìn)細(xì)胞因子的釋放增強(qiáng)機(jī)體巨噬細(xì)胞的吞噬能力；用胰蛋白酶對(duì)大豆蛋白酶解，獲得六肽，能刺激巨噬細(xì)胞和多核白細(xì)胞的吞噬作用不會(huì)引起機(jī)體的免疫排斥反應(yīng)，具有免疫調(diào)節(jié)作用抗氧化肽包括肌肽、谷胱甘肽、大豆蛋白酶解物等；蛋白質(zhì)水解成多肽后，具有抗氧化作用的基團(tuán)暴露出來(lái)，能更好地發(fā)揮抗氧化作用；可抑制體內(nèi)鐵離子、血紅蛋白、脂氧合酶和體外單線態(tài)氧催化的脂肪酸敗作用；最熟悉的是存在于動(dòng)物肌肉中的一種天然二肽－肌肽(Carnosine)；來(lái)源于大豆和酪蛋白的肽，也具有氧化作用。促礦物質(zhì)吸收肽——酪蛋白磷酸肽（CPPs）又稱礦物質(zhì)元素結(jié)合肽(運(yùn)輸微量元素的肽)是牛乳酪蛋白經(jīng)單酶或復(fù)合酶水解，再經(jīng)分離純化得到的含有成簇磷酸絲氨酸?；奶烊欢嚯?。25-37個(gè)氨基酸殘基的肽，肽中心位置含有磷酸化的絲氨酸基團(tuán)和谷氨酸殘基，與礦物元素結(jié)合的位點(diǎn)存在于這些氨基酸帶負(fù)電荷的側(cè)鏈一側(cè)，其最明顯的特征是含有磷酸基團(tuán)，在pH7-8下能有效地與Ca2+結(jié)合形成可溶性絡(luò)合物。CPP是目前研究最多的礦質(zhì)元素結(jié)合肽，能與多種游離礦物質(zhì)元素如Ca2+、Fe2+、Mn2+、Se2+、Cu2+等結(jié)合，形成可溶性的有機(jī)磷酸鹽。磷酸化大豆肽也可以增強(qiáng)結(jié)合微量元素的能力。磷酸絲氨酸?；傻种颇c道中蛋白酶的水解作用，因此CPPs在體內(nèi)仍能保持活性。降膽固醇肽現(xiàn)在研究的主要是大豆多肽大豆肽降低膽固醇的作用機(jī)理，在于它能阻礙腸道內(nèi)膽固醇的再吸收，并能促進(jìn)其排出體外。肽的制備方法（三種）提取法：從植物、動(dòng)物或微生物中，提取存在于生物體內(nèi)的各種天然活性肽；固相、液相合成法：由游離氨基酸，經(jīng)人工方法化學(xué)合成活性肽；利用消化過(guò)程中產(chǎn)生活性多肽或體外水解蛋白質(zhì)，生產(chǎn)活性肽，有微生物發(fā)酵法、酶解法、化學(xué)水解法。目前最常用酶解法從食品中獲取生物活性肽——酶法水解酶水解具有高效、對(duì)蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值破壞小，無(wú)異味特點(diǎn)而被廣泛采用。生物活性肽的提取分離——關(guān)鍵技術(shù)酶的選擇分離提取苦味的消除活性的測(cè)定與評(píng)價(jià)根據(jù)不同產(chǎn)品選擇不同的評(píng)價(jià)方法，一般有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和細(xì)胞培養(yǎng)及分子生物學(xué)技術(shù)等。酶解所用的蛋白酶來(lái)自動(dòng)物、植物和微生物中提取的天然的或人工合成的蛋白酶。內(nèi)切酶：動(dòng)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、菠蘿蛋白酶、無(wú)花果蛋白酶等)、微生物蛋白酶(堿性蛋白酶、復(fù)合蛋白酶、中性蛋白酶、枯草桿菌酶等)。外切酶：能把處于肽鏈末端的疏水性氨基酸水解，降低多肽的苦味。酶解作用特點(diǎn)條件溫和、水解效率高、不破壞氨基酸結(jié)構(gòu)、產(chǎn)生有害物質(zhì)的可能性小、安全性高等優(yōu)點(diǎn)；水解產(chǎn)物是小分子肽和氨基酸，易為人體消化吸收，更適于食品加工領(lǐng)域的應(yīng)用。隨固定化酶技術(shù)和膜反應(yīng)器發(fā)展，蛋白酶成本降低，酶技術(shù)應(yīng)用更廣。超濾凝膠過(guò)濾層析凝膠電泳離子交換樹脂反相高效液相色譜，等生物活性肽的分離純化技術(shù)——和蛋白質(zhì)分離純化技術(shù)相同在進(jìn)行多肽的分離提取和結(jié)構(gòu)鑒定上，一般采用幾種方法相結(jié)合。（三）脂類脂類是脂肪和類似脂肪物質(zhì)的統(tǒng)稱，是生物體內(nèi)不溶于水，而溶于有機(jī)溶劑的一類有機(jī)化合物。植物油脂主要貯存于種子中，也有果實(shí)、果肉、果皮和種仁中。在加工過(guò)程中得到米糠、餅粕、小麥胚芽等大量的副產(chǎn)品，也含有大量的油脂。常見(jiàn)動(dòng)物油脂：乳脂、豬脂、牛脂、魚脂等。乳脂(奶油脂肪)：動(dòng)物奶中含有的油脂，包括牛乳脂、羊乳脂和人乳脂。乳脂的脂肪酸組成：所有油脂中最復(fù)雜的一種，低碳鏈脂肪酸占1/3左右，是導(dǎo)致乳脂熔點(diǎn)(28-30℃)不高的主要原因。膳食脂肪和油類中，乳脂最容易消化吸收，消化率高于玉米油、豆油、葵花籽油、橄欖油、豬油等，其原因是：與脂肪球的分散狀態(tài)、乳脂的脂肪酸組成和熔點(diǎn)有關(guān)。1.農(nóng)副產(chǎn)品中脂類化合物組成、結(jié)構(gòu)和功能不同種類乳脂中脂肪酸含量脂肪酸牛乳脂山羊乳脂綿羊乳脂水牛乳脂駱駝乳脂馬乳脂4:03.63.02.84.12.10.46:02.02.52.61.40.91.98:00.52.82.20.90.62.610:02.310.04.81.71.45.512:02.56.03.92.84.65.614:011.112.39.710.17.37.018:029.027.923.931.129.316.118:0以上2.40.61.10.9-0.3飽和脂肪酸總量62.671.163.664.257.341.310:10.10.30.1--0.912:10.10.30.1--1.014:10.90.80.6--1.816:14.62.62.2--7.518:126.721.126.333.238.97.518:23.63.65.22.63.82.6C18以上不飽和脂肪酸總量1.40.219--21.2不飽和脂肪酸總量37.428.936.435.842.758.7注：-表示未檢出。魚油包括哺乳類魚油和非哺乳類魚油，海水魚含較高的不飽和脂肪酸。居住在北極圈的愛(ài)斯基摩人的膳食雖以魚肉為主，脂肪、能量和膽固醇攝入量都很高，但冠心病、糖尿病的發(fā)生率和死亡率都遠(yuǎn)低于其他地區(qū)的人群。研究表明，魚油中富含EPA(C20-五烯酸)和DHA(C22-六烯酸)，都有降低膽固醇、增加高密度脂蛋白作用。高密度脂蛋白是一種能夠移去血管壁上積存的膽固醇，疏通血管的物質(zhì)；還能抑制血小板聚集、降低血粘度和擴(kuò)張血管等作用。DHA還可促進(jìn)腦發(fā)育，對(duì)兒童生長(zhǎng)發(fā)育可能有好處。有些植物中含豐富的亞麻酸，在體內(nèi)可轉(zhuǎn)變成EPA和DHA，與深海魚油所含的EPA和DHA有同樣的生物效用。植物油脂：主要包括大豆油、花生油、棉籽油、菜籽油、可可脂、棕櫚油、向日葵油、芝麻油、玉米油、紅花油、米糠油、小麥胚芽油、亞麻油、橄欖油、椰子油、桐油等。大豆油取自大豆種子，是世界上產(chǎn)量最多的油脂；大豆油的人體消化吸收率高達(dá)98％，是一種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高的優(yōu)良食用油。主要脂肪酸組成：亞油酸50-55％，油酸22-25％，棕櫚酸10-12％，亞麻酸7-9％。亞油酸具有降低血中膽固醇的作用，在一定程度上可預(yù)防心血管疾病?；ㄉ椭舅針?gòu)成齊全，易于人體消化吸收。使用花生油可使人體膽固醇分解為膽汁酸并排出體外，降低血漿中膽固醇含量；可防止皮膚皸裂老化，保護(hù)血管壁防止血栓形成，有助于預(yù)防動(dòng)脈硬化和冠心病。向日葵油，又叫葵花籽油一般產(chǎn)自寒冷地區(qū)向日葵油的亞油酸含量較溫暖地區(qū)的高，且種子成熟期溫度越低越利于亞油酸形成，反之，則會(huì)形成較多的油酸。含飽和脂肪酸15％左右，不飽和脂肪酸85％，不飽和脂肪酸中油酸和亞油酸比例為1:3.5。我國(guó)北部地區(qū)向日葵油的主要脂肪酸組成：棕櫚酸6-8％、硬脂酸2-3％，油酸14-17％，亞油酸65-78％。向日葵油是高亞油酸的油脂之一(亞油酸是人體必需脂肪酸)。向日葵油在人體的消化率為96.5％，含豐富的亞油酸，有顯著降低膽固醇、防止血管硬化和預(yù)防冠心病的作用。向日葵油中生理活性最強(qiáng)的α-生育酚含量，比一般植物油高，且亞油酸含量與維生素E的比例比較均衡，便于人體吸收利用。芝麻油是我國(guó)最古老的食用油之一，產(chǎn)量位居世界之首；各類芝麻平均含油約45-58％。主要脂肪酸組成：棕櫚酸9％、硬脂酸4％、油酸40％、亞油酸46％。不飽和脂肪酸中油酸和亞油酸基本相當(dāng)。被稱為動(dòng)脈血管的清道夫，有利于祛斑、提高視力，最有益于中老年人延緩衰老。對(duì)氣管炎、肺氣腫、產(chǎn)后缺乳、大便秘結(jié)、肝腎不足者有較好的防治作用。米糠油穩(wěn)定性較高，主要原因在于維生素E含量豐富；每100g的米糠油含90-163mg的維生素E。植物甾醇含量比較高，為2.55-3.06％，包括β-谷甾醇、菜油甾醇和豆甾醇等。含有一定數(shù)量谷維素，是一種生理活性物質(zhì)，能較好防治對(duì)婦女更年期綜合癥、月經(jīng)前緊張癥、植物神經(jīng)功能失調(diào)和血管性頭痛等。脂肪酸組成最接近人類理想的脂肪酸攝取模式。功能：米糠油具有補(bǔ)中益氣、養(yǎng)心寧神作用，久食對(duì)失眠、腦痹有較好作用；可減輕高血壓患者的眩暈癥狀，增強(qiáng)食欲；能明顯降血脂。主要原因：亞油酸含量豐富，同時(shí)植物甾醇、維生素E、谷維素等微量活性成分也有一定作用。小麥胚芽油小麥胚芽油中約有80％以上為不飽和脂肪酸，其中亞油酸含量最高，其次是油酸；亞油酸與油酸之比為(1.5-4.0):1。植物甾醇含量1.3-1.7％，主要為β-谷甾醇和菜油甾醇；還含有二十三、二十六、二十八烷醇的高級(jí)醇，對(duì)生理功效發(fā)揮有一定作用。小麥胚芽油所含維生素E量遠(yuǎn)比其他植物油豐富，每100g小麥胚芽油中達(dá)27-30.5mg，甚至高達(dá)50mg，為植物之首。由于富含亞油酸、維生素E、二十八烷醇和谷甾醇等功能活性成分，小麥胚芽油被認(rèn)為是一種營(yíng)養(yǎng)保健的功能性油脂。小麥胚芽油能改善人體的機(jī)能狀態(tài)，促進(jìn)人體的微循環(huán)，降低血脂，對(duì)心血管疾病和糖尿病的預(yù)防和改善具有一定效果。2.植物油脂分離技術(shù)傳統(tǒng)植物油提取工藝——壓榨法和浸出法植物油料大多來(lái)源于植物種子，含有人體所必需的不飽和脂肪酸如亞油酸、亞麻酸、油酸等，是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重要大宗農(nóng)產(chǎn)品。壓榨法借助機(jī)械外力作用，將油脂從油料中擠壓出來(lái)的提取方法。是目前常用的主要方法?？煞譃橐淮螇赫ズ皖A(yù)榨法：一次壓榨(又稱全壓榨)——要求壓榨過(guò)程將榨料中盡可能多的油脂榨出，壓榨后餅中殘油一般為3~5%。預(yù)榨——僅要求壓榨過(guò)程將榨料中約70%的油脂榨出，榨餅中殘油一般為15~18%，預(yù)榨餅再進(jìn)行溶劑浸出提油。螺旋榨油機(jī)是利用螺旋軸在榨籠內(nèi)螺旋推進(jìn)料坯時(shí)，邊擠壓成餅邊擠出油脂的一種連續(xù)式榨油設(shè)備；分為熱榨油和冷榨油。熱榨油——指油料經(jīng)高溫火炒或蒸再進(jìn)行壓榨。能提高出油率，氣味特香，顏色較深，產(chǎn)量較高，產(chǎn)品中存留的殘?jiān)^少，容易保存；但容易造成高溫氧化，引起蛋白質(zhì)變性。冷榨油——指原料不經(jīng)蒸、炒等高溫處理，而是在原料預(yù)清理后直接壓榨，壓榨的出油溫度低于70℃。低溫冷榨可防止油脂高溫氧化，避免油中蛋白質(zhì)產(chǎn)生高溫變性，從而使原料風(fēng)味更完整，營(yíng)養(yǎng)素保留更全，缺點(diǎn)是出油率低、氣溫較差，生產(chǎn)成本較高。應(yīng)用固液萃取原理，選用某種能夠溶解油的有機(jī)溶劑，經(jīng)過(guò)對(duì)油料的接觸（浸泡或噴淋），使油料中油脂被萃取出來(lái)的一種方法，多采用預(yù)榨餅后浸提。溶劑選擇：應(yīng)使油脂在其中的溶解度很大，而其他非油脂物質(zhì)溶解度很小，溶劑易氣化，易與油脂分離，易回收，安全性和穩(wěn)定性好，價(jià)格低廉等。常用溶劑：六碳烷烴和環(huán)烷烴，也用丙烷、丁烷等。優(yōu)點(diǎn)：提油率高，粕中殘油率低，勞動(dòng)強(qiáng)度低、生產(chǎn)效率高，粕中蛋白質(zhì)變性程度小，質(zhì)量較好，易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和生產(chǎn)自動(dòng)化。缺點(diǎn)：浸提出的毛油含非油物質(zhì)較多，色澤較深，質(zhì)量較差，且浸出所用溶劑易燃易爆，有一定毒性，生產(chǎn)安全性差，油脂中殘留溶劑。浸出法——較先進(jìn)的制油方法浸出大豆油的生產(chǎn)工藝浸出工藝：大豆經(jīng)清理、破碎、軟化、軋胚、入浸料于存料箱封閉攪籠，然后進(jìn)入浸出器，獲得濃混合油。混合油處理工藝：混合油經(jīng)過(guò)濾進(jìn)入混合油貯罐，經(jīng)第一蒸發(fā)器、第二蒸發(fā)器、汽提塔，獲得毛油。毛油精練工藝：毛油經(jīng)預(yù)熱、加水水化、靜置沉淀、分離、水化凈油，隨后真空脫臭，過(guò)濾獲得凈油。真空脫臭獲得的大豆油腳經(jīng)加熱、鹽析、沉淀，回收大豆油。①水代法將水加到經(jīng)預(yù)處理后的油料中，利用非油物質(zhì)對(duì)油和水的親和力不同，以及油、水之間比重不同，將油脂分離出來(lái)。主要用于含油率高的油料作物，如芝麻、花生、向日葵等。優(yōu)點(diǎn)：提取的油脂品質(zhì)好，尤其是以芝麻為原料的小磨香油；提取工藝和設(shè)備簡(jiǎn)單，能源消耗少；以水為溶劑，無(wú)燃爆危險(xiǎn)不污染環(huán)境，可同時(shí)分離油和蛋白質(zhì)。缺點(diǎn)：出油率低，浸提過(guò)程中易感染微生物。植物油脂提取新技術(shù)②水酶法以機(jī)械和酶解為手段降解植物細(xì)胞壁，使油脂得以釋放。優(yōu)點(diǎn)：提油的同時(shí)，能有效回收植物原料中的蛋白質(zhì)及碳水化合物；設(shè)備簡(jiǎn)單、操作安全，不僅可以提高效率，而且所得的毛油質(zhì)量高、色澤淺、易于精煉；技術(shù)處理?xiàng)l件溫和，能生產(chǎn)脫毒的蛋白產(chǎn)品；生產(chǎn)過(guò)程相對(duì)能耗低，污染少，易于處理。我國(guó)大豆加工普遍以制油為中心，在盡量滿足制油要求條件下，才考慮對(duì)蛋白資源利用。大豆制油：主要采用溶劑浸出法，可提取大豆中絕大部分的油脂；制取油脂后，含溶劑大豆粕脫溶方法：主要有高溫脫溶、閃蒸脫溶和真空低溫脫溶等。高溫脫溶——成本較低，但脫溶大豆粕蛋白質(zhì)嚴(yán)重變性，一般僅作為飼料，極大浪費(fèi)蛋白資源；閃蒸脫溶或真空低溫脫溶大豆粕蛋白質(zhì)變性小，成本較高，可進(jìn)一步用以制取濃縮蛋白或分離蛋白；但大豆粕中蛋白，仍有少部分變性。工業(yè)化生產(chǎn)大豆?jié)饪s和分離蛋白方法現(xiàn)存在很多缺點(diǎn)：污染環(huán)境、使蛋白質(zhì)發(fā)生不可逆變性等。產(chǎn)生背景：傳統(tǒng)分離方法，如液－液萃取技術(shù)，具有操作連續(xù)多級(jí)分離、放大容易和便于控制等優(yōu)點(diǎn)，在化學(xué)化工、石化等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。某些特殊性質(zhì)的生化產(chǎn)品(如蛋白質(zhì)、氨基酸等)提取與分離，并不能用傳統(tǒng)的萃取方法，原因在于這類物質(zhì)多數(shù)不溶于非極性有機(jī)溶劑，或與有機(jī)溶劑接觸后會(huì)引起變性和失活。20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來(lái)的反膠團(tuán)萃取技術(shù)解決了這一難題。1977年Luisi等人提出反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)。利用反膠束技術(shù)將生物活性物質(zhì)溶解于反膠束有機(jī)溶劑體系中。既利用了溶劑萃取的優(yōu)點(diǎn)，又利用了反膠束保持被分離成分活性的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了生物活性物質(zhì)的有效分離。③反膠束萃取技術(shù)——一種新型的生物分離技術(shù)定義與原理磷脂雙分子層“膠束”正常膠束和反膠束(反相膠束)正常膠束：表面活性劑溶于水中，當(dāng)濃度超過(guò)臨界膠束濃度(CMC)時(shí)，就會(huì)聚集在一起而形成正常膠束，親水基團(tuán)向外、疏水基團(tuán)向內(nèi)。反膠團(tuán)：當(dāng)油相中表面活性劑的濃度超過(guò)臨界膠束濃度(CMC)后，其分子在非極性溶劑中自發(fā)形成的親水基向內(nèi)、疏水基向外的具有極性內(nèi)核(polarcore)的多分子聚集體(aggregates)。反膠束的形態(tài)：球形或近似球形，也呈柱狀。反膠團(tuán)的極性內(nèi)核可以溶解某些極性物質(zhì)(比如水)，而且在此基礎(chǔ)上還可以溶解一些原來(lái)不能溶解的物質(zhì)，即所謂二次加溶原理。反膠團(tuán)的極性內(nèi)核在溶解了水后，在內(nèi)核中形成“水池”(waterpool)，可進(jìn)一步溶解蛋白質(zhì)、核酸和氨基酸等生物活性物質(zhì)。同時(shí)膠團(tuán)的屏蔽作用，使這些生物物質(zhì)不與有機(jī)溶劑直接接觸，而水池的微環(huán)境又保護(hù)了生物物質(zhì)的活性，從而達(dá)到了溶解和分離生物物質(zhì)的目的。反膠束萃取的原理反膠束(reversedmicelle)表面活性劑——親水憎油極性基團(tuán)、親油憎水非極性基團(tuán)表面活性劑(親水、親油基)分散于連續(xù)有機(jī)相中自發(fā)形成的納米尺度的一種聚集體。反膠束溶液是透明的、熱力學(xué)穩(wěn)定的系統(tǒng)。是構(gòu)成反膠團(tuán)的必要條件表面活性劑表面活性劑分子自聚集表面活性劑(臨界膠束濃度)加入水

有機(jī)溶劑正常膠束反膠束

非極性核心溶解非極性物質(zhì)

極性核心

蛋白質(zhì)水池蛋白質(zhì)保持天然構(gòu)型水池單一反膠團(tuán)體系單一反膠團(tuán)體系的表面活性劑有陰離子型、陽(yáng)離子型和非離子型。研究最多的是AOT/異辛烷體系，該體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定，反膠團(tuán)體積相對(duì)較大，適用于等電點(diǎn)高、相對(duì)分子質(zhì)量較小的蛋白質(zhì)的分離；AOT：丁二酸-2-乙基己基酯磺酸鈉常用陽(yáng)離子型表面活性劑：TOMAC、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、二辛基二甲基氯化銨等季銨鹽。反膠束萃取體系特點(diǎn)：容易獲得，具有雙鏈，極性基團(tuán)較小、形成反膠束時(shí)，不需加助表面活性劑，并且所形成的反膠束較大，半徑為170nm，有利于大分子蛋白質(zhì)進(jìn)入。AOT混合反膠團(tuán)體系這是指兩種或兩種以上表面活性劑構(gòu)成的體系。一般來(lái)說(shuō)，混合表面活性劑反膠團(tuán)體系對(duì)蛋白質(zhì)有更高的分離效率。例如，將AOT與二-(2-乙基己基)磷酸(DEHPA)構(gòu)成的混合體系，可萃取相對(duì)分子質(zhì)量較大的牛血紅蛋白，萃取率達(dá)80％。非離子表面活性劑的加入可使反膠團(tuán)變大，從而可萃取相對(duì)分子質(zhì)量更大的蛋白質(zhì)。親和反膠團(tuán)體系親和反膠團(tuán)體系是在反膠團(tuán)中加入與目標(biāo)蛋白有特異親和作用的助表面活性劑形成的。助表面活性劑的極性頭是一種親和配基，可選擇性結(jié)合目標(biāo)蛋白質(zhì)采用這種體系，可使蛋白質(zhì)萃取率和選擇性大大提高，并可使操作范圍(如pH、離子強(qiáng)度)變寬。一個(gè)由水、表面活性劑和非極性有機(jī)溶劑構(gòu)成的三元系統(tǒng)，共存相可用三元相圖表示，左圖是水-AOT-異辛烷的相圖。如圖所示：能用于蛋白質(zhì)分離僅是位于底部的兩相區(qū)。在此區(qū)內(nèi)的三元混合物分為平衡的兩相：①水相——含有極少量有機(jī)溶劑和表面活性劑；②反膠束溶液——作為萃取劑。反膠束萃取的應(yīng)用——萃取分離蛋白質(zhì)和氨基酸蛋白質(zhì)的萃取

1)蛋白質(zhì)溶解原理蛋白質(zhì)進(jìn)入反膠束溶液是一個(gè)協(xié)同過(guò)程。

蛋白質(zhì)界面間的表面活性劑

靜電作用變形

包含有蛋白質(zhì)的反膠束

擴(kuò)散進(jìn)入有機(jī)相蛋白質(zhì)萃取(相界面)蛋白質(zhì)進(jìn)入反膠束溶液是一種協(xié)同過(guò)程，即在宏觀兩相(有機(jī)相和水相)界面間的表面活性劑層，同鄰近的蛋白質(zhì)發(fā)生靜電作用而變形，接著在兩相界面形成了包含有蛋白質(zhì)的反膠束，此反膠束擴(kuò)散進(jìn)入有機(jī)相中，從而實(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的萃取，即前萃取過(guò)程(左圖)。改變水相條件(如pH值和離子種類及其強(qiáng)度等)，又可使蛋白質(zhì)從有機(jī)相重新返回水相，實(shí)現(xiàn)后萃取過(guò)程。反膠束萃取的應(yīng)用——萃取分離蛋白質(zhì)和氨基酸反萃取過(guò)程萃取過(guò)程反膠束的制備相轉(zhuǎn)移法：將含蛋白質(zhì)的水相和含表面活性劑的有機(jī)相接觸，緩慢攪拌下一部分蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移至有機(jī)相中(過(guò)程較慢，處于穩(wěn)定的熱力學(xué)平衡狀態(tài)和獲得較高的蛋白質(zhì)濃度)。注入法：將含蛋白質(zhì)的水溶液直接注入到含表面活性劑的非極性有機(jī)溶劑中，然后攪拌直至形成透明溶液為止(過(guò)程較快、可控制平均直徑和含水量)。溶解法：對(duì)非水溶性的蛋白質(zhì)可用此法。將含有反膠束的有機(jī)溶液與蛋白質(zhì)固體粉末，一起攪拌時(shí)蛋白質(zhì)進(jìn)入反膠束中(需較長(zhǎng)的時(shí)間)。相轉(zhuǎn)移法反膠束萃取優(yōu)點(diǎn)成本低、溶劑可反復(fù)使用、萃取率和反萃取率都很高等突出優(yōu)點(diǎn)一般適用于生物產(chǎn)品的特殊分離，可在分離過(guò)程中不破壞產(chǎn)品的生物機(jī)能；還有可能解決外源蛋白的降解，即蛋白質(zhì)(胞內(nèi)酶)在非細(xì)胞環(huán)境中迅速失活的問(wèn)題，且由于構(gòu)成反膠束的表面活性劑往往具有溶解細(xì)胞的能力，因此可用于直接從整細(xì)胞中提取蛋白質(zhì)和酶。反膠束萃取技術(shù)為蛋白質(zhì)分離提取，開辟了一條具有工業(yè)開發(fā)前景的新途徑?！砹松锘瘜W(xué)技術(shù)的新發(fā)展、新方向反膠束萃取技術(shù)制取大豆蛋白突出優(yōu)點(diǎn)瑞士Leser等首次提出用反膠束技術(shù)同時(shí)分離植物油脂和蛋白；在此基礎(chǔ)上，陳復(fù)生等深一步研究，油脂和蛋白萃取率都得以很大提高，并得出反膠束技術(shù)萃取大豆蛋白最佳工藝條件；該技術(shù)優(yōu)于過(guò)去制油及制取大豆?jié)饪s蛋白技術(shù)：工藝簡(jiǎn)單、條件溫和、不會(huì)引起蛋白變性產(chǎn)品純度高、成本低、溶劑和表面活性劑可反復(fù)使用易解決環(huán)境污染問(wèn)題，反膠束萃取過(guò)程易放大，等利用反膠束技術(shù)可同時(shí)分離大豆蛋白和油脂，簡(jiǎn)化加工工藝、提高原料利用率、降低生產(chǎn)成本、增加經(jīng)濟(jì)效益。利用超臨界流體具有的優(yōu)良溶解性及這種溶解性隨溫度和壓力變化而變化的原理，通過(guò)調(diào)整流體密度來(lái)提取不同物質(zhì)。優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單、節(jié)約能源、萃取溫度較低、生物活性的物質(zhì)受到保護(hù)；CO2作為萃取溶劑，資源豐富、價(jià)格低、無(wú)毒、不燃不爆，不污染環(huán)境；提取油脂時(shí)不改變蛋白質(zhì)的特性與結(jié)構(gòu)，有利于蛋白質(zhì)開發(fā)和利用。缺點(diǎn)：存在耐高壓設(shè)備昂貴，生產(chǎn)成本高，不易操作，批處理量小等不足。應(yīng)用：超臨界CO2萃取技術(shù)提取大豆油、小麥胚芽油、玉米胚芽油、棉籽油、葵花籽油、紅花油等。④超臨界CO2萃取法原理：利用超聲波輻射壓強(qiáng)產(chǎn)生的強(qiáng)烈空化效應(yīng)、機(jī)械振動(dòng)、擾動(dòng)效應(yīng)、高的加速度、乳化、擴(kuò)散、擊碎和攪拌作用等多級(jí)效應(yīng)，增大物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)頻率和速度，增加溶劑穿透力，從而加速目標(biāo)成分溶解促進(jìn)提取的進(jìn)行。超聲波可加速提取過(guò)程的分散、均化、霧化過(guò)程，可避免高溫對(duì)目標(biāo)成分的破壞。優(yōu)點(diǎn)：不僅萃取率高、速度快、效率高，而且是室溫萃取、無(wú)需加熱，節(jié)約能源，對(duì)天然產(chǎn)物和生物活性成分的提取尤其有優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用：已在葵花籽油、獼猴桃籽油、松子油、苦杏仁油提取方面有報(bào)道。⑤超聲波萃取法（四）植酸、黃酮、生物堿植酸：又稱肌酸、環(huán)己六醇六磷酸鹽主要存在于植物種子、根干和莖中，以豆科植物種子、谷物麩皮和胚芽中含量最高。易溶于水、乙醇和丙酮。功能：植酸以植酸鈣鎂鉀鹽存在于植物種子內(nèi)，動(dòng)物有核紅細(xì)胞內(nèi)，促進(jìn)氧合血紅蛋白中氧的釋放，改善血紅細(xì)胞功能延長(zhǎng)血紅細(xì)胞生存期；植酸是有益的營(yíng)養(yǎng)品，人體內(nèi)植酸水解為肌醇(抗衰老)和磷脂(人體細(xì)胞重要組成部分)；植酸水解產(chǎn)物肌醇：具有生理活性，是某些生物體的生長(zhǎng)因子，是治療脂肪肝的首選藥物，治療心血管疾病的良好藥物；抗氧化性，安全無(wú)毒，廣泛用作果蔬、肉制品等保鮮劑和防腐劑。植酸提取工藝工業(yè)上用鹽酸等強(qiáng)酸水溶液浸泡米糠、麩皮等，使其中的植酸鈣溶解出來(lái)，然后用堿金屬或鋇鹽中和，再經(jīng)酸解，精制得成品。早期制備植酸，是將米糠脫脂后，強(qiáng)酸(例如鹽酸、硫酸、硝酸等)酸浸及中和得到菲丁(Phytin)，溶解于鹽酸后加入Ba(OH)2，加入過(guò)量稀硫酸及硫酸銅，再加入H2S，過(guò)濾后得到稀植酸溶液。植酸制備方法：化學(xué)合成法、微生物發(fā)酵法、天然產(chǎn)物提取法。采用最多的是天然產(chǎn)物提取法，主要以含植酸成分的農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)物，如脫脂米糠、麩皮、脫脂粕等為原料，經(jīng)酸浸、分離、中和、除雜、濃縮等一系列工序制得；提取法制得植酸的費(fèi)用更低且技術(shù)較成熟，原料來(lái)源廣。植酸在食品工業(yè)中的應(yīng)用主要用于果蔬、面食、酒類、罐頭、發(fā)酵品、水產(chǎn)食品、食用油及含油食品等的保鮮、防腐、抑菌。植酸為防腐劑與其他防腐劑復(fù)合使用，具有更好的保鮮和防腐效果。作用機(jī)理：a.利用植酸抗氧化作用防止果蔬氧化變質(zhì)；b.植酸對(duì)金屬離子的強(qiáng)螯合作用，螯合果蔬表層的金屬離子，使其失去催化特性；c.封閉果蔬表皮的氣孔抑制果蔬呼吸作用，減少果蔬水分散失，同時(shí)抑制和抵御真菌繁殖。在水產(chǎn)品罐頭加工中，易出現(xiàn)類似玻璃狀的結(jié)晶磷酸銨鎂，添加一定植酸可以有效封鎖鎂離子，保證產(chǎn)品質(zhì)量。植酸可與CO2、維生素等互相配合，添加到冷藏產(chǎn)品中，防止褐變。黃酮類化合物泛指2個(gè)具有酚羥基的苯環(huán)，通過(guò)中央三碳原子相互連接而成的一系列化合物。根據(jù)中央三碳鏈的氧化程度、B-環(huán)連接位置(2-或3-位)以及三碳鏈?zhǔn)欠駱?gòu)成環(huán)狀等特點(diǎn)，將主要的天然黃酮類化合物分為：黃酮類(flavones)黃酮醇(flavonol)二氫黃酮類(flavonones)二氫黃酮醇類(flavanonol)花色素類(anthocyanidins)黃烷-3,4二醇類(flavan-3,4-diols)雙苯吡酮類(xanthones)查爾酮(chalcones)雙黃酮類(bioflavonoids)，等由于糖的種類、數(shù)量、聯(lián)接位置及聯(lián)接方式不同，可以組成各種各樣黃酮苷類。組成黃酮苷的糖類：?jiǎn)翁恰㈦p糖、三糖和?；?。黃酮苷固體為無(wú)定形粉末，黃酮類化合物多為結(jié)晶性固體。黃酮類化合物不同的顏色，為天然色素添加了更多色彩。這是由于其母核內(nèi)形成交叉共軛體系，并通過(guò)電子轉(zhuǎn)移、重排，使共軛鏈延長(zhǎng)，因而顯現(xiàn)出顏