第一讲　农业生物质资源利用-概论定稿

绪论农业生物质资源利用UtilizationofAgriculturalBiomassResources课程授课方式教师讲授(讲授核心内容、总结、按顺序提示今后内容、答疑、公布讨论主题等)；课后阅读和作业安排；讨论课(按照讨论题内容进行和课堂推荐参考文献，分小组进行阅读和讨论发言起草工作；由主题发言和质疑－应答两个环节组成，学生在讨论中进行尖锐质疑，则会在其绩效记录中有所体现)。期终考评成绩计算平时：到课率占10%((五次点名)；作业占10%；讨论课：占20%((按照讨论题内容进行和课堂推荐参考文献，分小组进行阅读和讨论发言起草工作；由主题发言和质疑－应答两个环节组成，学生在讨论中如能进行尖锐质疑，则会在其绩效记录中有所体现)课程论文成绩：占60%；撰写课程论文1篇(5000字以上)，参考文献至少15篇。格式与PlantandSoil上的范文一致。主讲内容周次内

容备注1绪论(农业生物质定义、特点；农业生物质综合利用的化学基础)梁永超教授2农业生物质综合利用的新技术原理梁永超教授3淀粉/木质纤维素类碳水化合物利用彭红云副教授4农业生物质蛋白源类产品彭红云副教授5油脂类生物质利用及生物柴油彭红云副教授6农业生物质天然活性成分/生物农药/生物聚合物塑料彭红云副教授7讨论：农业生物质资源、特异生物资源、生物降解产品(生物聚合物、生物环保材料、植物生物刺激素、生物农药、生物肥料、生物柴油、生物乙醇)讨论交流8讨论交流时间：周三上午3、4、5节课（9:50-12:15）；地点：紫金港西2-205(多)参考教材及相关资料张卫明编，植物资源开发研究与应用，东南大学出版社，2005张丽萍编，畜禽副产品综合利用技术，中国轻工业出版社，2009陈华癸，蔡泽民编著，生物资源再利用原理与技术，湖北科学技术出版社.1999.Biomass&Bioenergy期刊的相关论文BioEnergyResearch期刊的相关论文BioresourceTechnology期刊的相关论文GlobalChangeBiologyBioenergy期刊的相关论文JournalofBiobasedMaterialsandBioenergy期刊的相关论文授课内容第一节生物质资源概述(高品位生物质资源、低品位生物质资源：农产品/农副产品/农业废弃物)第二节农业生物质资源利用的化学基础(碳水化合物/蛋白质/脂类/植酸/黄酮化合物)第一节生物质资源概述什么是生物质？林业资源农业资源城市固废生活污水和工业有机废水生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。畜禽粪便生物质资源分类——高品位生物质资源大豆,黄豆棕榈叶向日葵油菜籽主要农产品产量农产品产量(万吨)199920002001200220032004粮食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小麦11388.09963.69387.39029.08648.89195.2玉米12808.610600.011408.812130.811583.013028.7豆类1894.02010.02052.82241.22127.52232.1薯类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生物质资源分类——低品味生物质资源作物秸秆畜禽粪便采伐及加工林余物采集育林薪柴工业废弃物城市有机垃圾重点指农作物秸秆、畜禽粪便、生活污水和工业有机废水、城市固体废物等。这些物质正是水体污染的主要来源。低品位生物质51%90.6%8.5亿吨我国养猪数量占世界51%占全国总污染排放量90.6%每年生产畜禽粪便约8.5亿吨累计，低品位生物质年产生量达

20.29年亿吨种类年产生量(亿吨)年可用量(亿吨)作物秸秆6.493.90畜禽粪便10.227.15采伐及加工林余物0.780.70采集育林薪柴0.480.38工业废弃物0.770.62城市有机垃圾1.550.16累计20.2912.91据估算，地球陆地每年生产1000-1250亿吨生物质，海洋每年生产500亿吨生物质，总产量相当于世界总能耗的10倍，低品位生物质占30-50%。美国：以玉米、大豆为原料的燃料乙醇和生物柴油计划；目前美国销售的“汽油”中，70%以上是酒精汽油(1:9的混合燃料)；欧盟：以油菜籽为原料的生物柴油计划；巴西：以甘蔗为原料的燃料乙醇计划(用甘蔗发酵生产酒精，做汽车动力燃料);

近年来，我国科学家用玉米、高粱、甘蔗秸秆，生产汽油酒精，能直接用做汽车的动力燃料(如广西木薯)。目前全球粮食危机引起了反思，欧盟、日本正关注废弃生物质资源生产生物燃气，美国和欧盟研究油藻非常热门。各国构建了各自的生物质路线图中国的生物质资源国情

耕地面积少

52%为干旱、半干旱区

2/3为山地

200万Km2青藏高原

90万Km2岩溶地区

64万Km2黄土高原原始森林所剩无几，森林总体质量低下人口占世界1/5；中国养猪量占世界养猪量的51%以上(1头猪的排泄量相当于7个人的排量)；中国养鸡数量已连续三年高居世界第1位。这些废弃的低品位生物质正在严重污染环境，造成水体富营养化低品味生物质资源的利用，是实现资源、能源持续再生的必然选择！！我国低品味生物质资源种类年产生量（亿吨）城市生活垃圾1.55养殖业畜禽粪便30农村家庭人粪尿及生活垃圾2.5农作物秸秆3农产品加工副产物1能源作物副产物2.6水生植物2.6污水处理厂剩余污泥2城市生活污水260工业废水及废渣220仅用于生物燃气生产年所产生的能源量相当于7亿吨标煤低品味生物质占全国总污染排放量90.6%我国低品位生物质分类及现状种类年产生量(亿吨)年可用量(亿吨)作物秸秆6.493.90畜禽粪便10.227.15采伐及加工林余物0.780.70采集育林薪柴0.480.38工业废弃物0.770.62城市有机垃圾1.550.16累计20.2912.91以低品位生物质资源有效利用为途径

生物燃气高效生物转化过程

废水废渣加工—肥料油藻—生物柴油细菌—蛋白饲料水生植物—碳资源循环燃料大宗化学品精细化学品新材料

通过低品味生物质污染处理与资源化集成系统，多层次循环利用有机物资源，提高能源和资源的利用率。通过对废弃物进行减量化、资源化、无害化处理利用，达到开发能源、回收资源、治理污染、净化环境之目标。建立生物经济模式！废弃物资源化利用①农产品根据《中华人民共和国农产品质量安全法》的定义：农产品是指来源于农业的初级产品，即在农业活动中获得的植物、动物、微生物及其产品。平常所说的农产品，也是指初级农产品。农产品种类(12类)瓜、果、蔬菜花卉、苗木药材粮油作物：谷物(稻谷、小麦、玉米)、豆类、薯类、花生、油菜籽、芝麻、甘蔗肉类：猪肉、牛肉、羊奶水产品食用菌烟叶：烤烟毛茶：茶叶林业产品其他植物：棉花、麻类、甜菜上述农产品的种子及花籽农产品加工定义：以农产品为原料，根据其组织特性、化学成分和理化性质，采用不同加工技术和方法制成各种粗、精加工的成品与半成品的过程。根据加工程度不同，可分为两类：农产品初加工——对农产品一次性的不涉及农产品内在成分改变的加工，初加工一般只是使农产品发生量的变化而不发生质的变化。农产品的精深加工——对农产品二次以上的加工，主要是指对蛋白质资源、纤维资源、油脂资源、新营养资源及活性成分的提取和利用。农副产品——农产品加工副产物定义：是一个相对概念，又称下脚料、废弃物等；是在加工(粗加工、深加工)生产主产品后，原料的剩余部分或加工过程附带生产出的一些非主要产品，称为副产品；主要包括大宗农产品在采后加工利用过程中产生的皮渣等废弃物，如根茎类蔬菜加工后产生的蔬菜叶，水果加工中苹果榨汁后的苹果皮渣和苹果籽，粮油加工中提取大豆蛋白和大豆油之后的豆粕，水产加工后的鱼皮、鱼鳞，畜禽加工后皮毛、茶饮料加工后的茶渣等物质。也包括具有一定商品价值或营养价值的小宗农产品，如香草植物、南瓜等。副产物是次要产品，不是加工生产活动的主要目标；副产物一般占主产品的5-20%。销售价格较低，销售收入大大低于主产品。大部分副产物具有与主产物相当的营养价值，却没有得到好的利用。农副产品的特点产量大：目前我国平均每天有超过4000万t的农产品废弃物有待加工利用不易保存(加工副产物)如不加工、不能直接利用消化率低(纤维类)含丰富的功能成分变废为宝，提高资源利用率提高企业经济效益，促进技术发展促进环境保护，实现可持续发展提供新型能源和保健食品产品，提高人类生存质量(Biorefinery生物炼制)农副产品综合利用的意义国内外农副产品加工现状我国农产品加工利用率低，只有40－50％，其中二次以上深加工仅20％。工业食品用粮仅为4000万吨，占粮食总产量的8％，我国工业食品约占饮食消费25％左右。发达国家农产品加工利用率一般在90％以上。工业食品用粮在70％以上，工业食品约占饮食消费为90％以上。只有5％左右达到目前国际先进水平，15％左右处于20世纪90年代水平，80％处于70年代～80年代的世界平均水平。高新技术在农产品加工业的应用少，造成农产品加工过程产生许多副产品，直接被浪费。我国农产品加工企业的技术装备水平较低我国农产品加工少，每年农产品加工产生350多种食品和加工品，大多停留在粗加工上，缺少深加工和精加工以及综合利用。我国农产品加工过程产生许多副产品。多数农产品加工企业各种下脚料和副产品，大都作为废弃物埋掉、流走或堆积，使农产品加工业成为“污染密集型”产业；导致农副产品原料得不到充分利用。我国农产品加工综合利用率低，污染重、物耗高玉米秸秆综合利用、玉米脱胚制油、玉米淀粉生产蛋白酶和变性淀粉等稻壳进行煤气发电、米糠制油、糠饼作为饲料等果蔬榨汁后残渣加工为饲料果皮

提取香精和色素等通过农副产品资源的综合利用，实现农产品资源全利用！对农副产品的加工原料进行有效的综合利用，使农副产品增值，把副产品转化成高附加值产品主要包括植物纤维性废弃物(农作物秸秆、谷壳、果壳及甘蔗渣等农产品加工废弃物)和畜禽粪便两大类，是农业生产和再生产链环中资源投入与产出在物质和能量上的差额，是资源利用过程中产生的物质能量流失份额。一般意义上的农业废弃物，主要是指农业生产和农村居民生活中不可避免的一种非产品产出。从资源经济学的角度上看，农业废弃物是某种物质和能量的载体，是一种特殊形态的农业资源。②农业废弃物(agriculture

wastes)植物纤维性废弃物：大田作物和烟、茶、果、菜园等果园残留(落)物(如秸秆、果树枝条、杂草、落叶、落果等)；动物性废弃物：牲畜和家禽的排泄物及畜栏垫料；水产养殖废弃物等；农产品加工废弃物：农产品贮存和加工的废弃物(废液、废渣、废弃薄膜等)；生活废弃物：农村居民生活排放的废弃物，包括人粪尿和生活垃圾。农业废弃物分类——数量大品种多形态各异、可储存再生利用、污染环境等我国农业生产废弃物种类繁多，数量巨大，但仅有1/5农业废弃物被利用充分有效地利用农业废弃物，将其加工转化，制成再生能源及其系列产品；合理利用农业生产与生活资源，减少环境污染，改善农村生态环境；在能源日益枯竭情况下，农业固体废弃物作为一种能源进行利用。发达国家的农业固体废弃物资源化处理废水：利用农业废弃物提高水质，玉米芯、豆荚一类农副产品下脚料可用于处理废水。清洁油污地面：棉花废弃物的一种全新用途——利用棉籽棉绒吸收、生物降解碳氢化合物，主要是利用棉籽加工废弃物纤维素中固有的一种细菌，制成一种生物活性吸收剂。开发能源资源：德国最早利用秸秆进行沼气发电，Thuringian发电厂现在年可处理3000t秸秆(电费只需5美分/kw·h，而当地其他电厂电费为16美分/kW·h)；美国约有150家发电厂全部利用短时轮作木质作物、草质作物等生物量燃料发电。饲料原料、发电燃料及相关燃料：用于生产乙醇的农业废弃物有玉米纤维、稻草、森林地面的死枝等；但大规模的乙醇生产需要能源作物。只需在生物原料发酵池内加入几种糖类共发酵，即可比相同的生物原料生产的乙醇量增加30％。制作复合材料：把废旧农膜、编织袋、食品袋、旧轮胎再生胶等经过一定工艺处理后可作为基体材料；同时加入适当的添加剂，通过一定处理和复合工艺形成以球－球、球－纤维堆砌体系为基础的复合材料。现阶段我国农副产品（低品位生物质）去向生物质能源：制沼气、汽化为可燃气体、液化(生物乙醇、生物甲醇、生物柴油)、固化(固体成型燃料)生物肥料：堆肥、液体肥料、有机肥饲料：氨化饲料、青贮饲料、生化蛋白饲料、酶化饲料、碱化饲料工业及医药原料保健食品的功能成分提取全球植物年产量：1500亿吨，其中由耕地或草原产生160亿吨，废弃物135亿吨我国植物纤维资源农副产品：10亿吨秸秆7亿t/年稻壳3386万t/年玉米芯1250万t/年甘蔗渣7700万t/年米糠1000万t/年麦麸2000万t/年大豆皮渣300万t/年——还有待开发利用巨大的能源来源由甘蔗、玉米及含纤维素农作物，发酵制成生物乙醇；以纯乙醇、乙醇汽油(E10-E22)和混合燃料(乙醇60%+甲醇30%+汽油7%)等三种配比供汽车燃料，主要性能、排放和汽油车比，稍优或接近；技术成熟，排放理想，是理想的可再生清洁能源；国内外正大力开发利用各类谷物、木材、木屑、木薯、甘蔗渣、秸秆、甜高粮等，生产生物乙醇，平均每吨生物乙醇耗粮为3.3吨。乙醇汽车乙醇汽车现阶段我国已禁止用农产品直接加工燃料乙醇，不鼓励用食用油脂加工生物柴油，主张用副产品加工生物燃料。但是，西方国家和东南亚鼓励生物质能源发展。如何将纤维素物质高效的转化成清洁的生物质能源，成为各国科学家研究的热点。我国现在主要利用淀粉和糖蜜发酵生产燃料乙醇，产量132万吨，居世界第三。现阶段在开展用秸杆发酵生产乙醇的新技术，但是难度很大，和发达国家有一定差距。农业废弃物制沼气（哪些废弃物可以利用？）农业废弃物气化（哪些废弃物可以利用？）农业废弃物液化（哪些废弃物可以利用？）农业废弃物固化（哪些废弃物可以利用？）农业废弃物在生物质能利用可采用以下途径细胞壁结构巨大的食品与饲料来源纤维质物质组成纤维素：由葡萄糖组成半纤维素：阿拉伯糖、木糖、鼠李糖、甘露糖等果胶：半乳糖醛酸木质素：松柏醇、芥子醇类多糖类都可被降解，生产粮食和饲料。葡萄糖我国生产副产品：豆粕500万t/年棉籽饼200万t/年>30万t/年玉米蛋白粉100万t/年麦麸蛋白以植物蛋白资源为例转化成食品的量不足1％尚未开发这些废弃物被利用的部分主要是发电、饲料加工巨大的保健食品资源米糠、麦麸、玉米皮、蔗渣等，都含有丰富的功能性成分：膳食纤维低聚糖优质蛋白质维生素：谷维素、B族维生素、维生素E等功能性油脂卵磷脂酚酸二十八烷醇天然色素美国保健食品销售额达750亿美元，占食品销售额的1/3；近两年日本保健品销售额为30000亿日元(约300亿美元)，年产保健品3000多种；欧洲保健食品有2000余种，目前年产值达500亿欧元(约700亿美元)。2000年我国保健品产业只有500亿元(70亿美元)，差距不言而喻。2007年市场仍为500亿元，2009年为911亿，2015年达到4500亿。农副产品中的生物活性成分农副产品中含有丰富的多种有价值的功能成分，采用成熟的技术手段对其进行有效提取与综合利用。例如，白藜芦醇酿酒工业中，葡萄皮渣中含多种有益物质，如白藜芦醇、原花青素、葡萄籽油等；白藜芦醇具有预防心脏病、软化血管、降低血液中胆固醇的低密度脂蛋白、抗癌等多种生理活性。已从72种以上的植物中分离出白藜芦醇，其中葡萄、花生和一些药用植物(如虎仗)中的白藜芦醇含量丰富。花生红衣与仁中含有相当多的白藜芦醇，是葡萄中含量的900倍。茶多酚已成为医药、食品界开发热点。目前除了茶多酚片剂、胶囊剂等外，作为抗氧化剂和食品添加剂，在粮油食品、方便食品、水产品、肉制品、调味品、糖果、饮料等食品中均有广泛应用，有强劲的市场需求，开发前景广阔。多糖、低聚糖、蛋白质、维生素、色素、黄酮类、生物碱等有效成分，在开发功能食品和生物医药方面都具有广阔的应用领域，将食品的基本属性(营养、安全等)与修饰属性(色、香、味、形、感官等)和功能属性(防癌、强心、益智、减肥、健肾、降糖等)，有机结合起来。巨大的化工原料资源药物：茶多酚，生物碱食用菌及培养基质：无土栽培食品加工原料：果蔬等外品制蔬菜汁、果汁、果酒等可降解包装材料：作物秸秆作方便碗和方便盒等有机产品：生产木糖、木糖醇、淀粉、乙醇、糠醛、烟碱及中药原料食品防腐剂和空气清新剂：竹叶防腐剂，水果残渣制成空气清新剂堆肥（哪些废弃物可以利用？）液体肥料（哪些废弃物可以利用？）生物有机肥（哪些废弃物可以利用？）有机无机复合肥（哪些废弃物可以利用？）制作肥料第二节农业生物质资源利用的化学基础重点掌握农业生物质资源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。（一）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单位的糖。低聚糖：由2~10个单糖通过糖苷键连接的低聚合度糖。多糖：单糖聚合度大于10的糖。1.碳水化合物的组成和结构根据糖类的化学结构特征，糖类的定义应是多羟基醛或多羟基酮及其衍生物和缩合物。1.1单糖单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属于功能性单糖。1.2低聚糖普通低聚糖：β-1,4葡萄糖苷键连接的低聚糖；蔗糖、乳糖、麦芽糖、麦芽三糖和麦芽四糖；功能性低聚糖：α-1,6葡萄糖苷键连接的低聚糖(糖分子相互结合的位置不同)；人体没有代谢这类低聚糖的酶系，成为难消化性低聚糖，但对人体有特别的生理功能，称为功能性低聚糖；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。自然界中只有少数食品中含有天然的功能性低聚糖。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；难被唾液酶和小肠消化酶水解，发热量很低，很少转化为脂肪(减肥)；不被龋齿菌形成基质，也没有凝结菌体作用，可防龋齿低聚糖的功能分为结构多糖和功能多糖；多糖结构单位是单糖，结构单位之间以苷键相连接；因多糖结构复杂性，多糖具有特殊的生物活性功效：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，防御细菌或病毒感染；抗凝血活性，对抗血栓的形成；激活脂蛋白酶，调节机体脂类代谢；血管壁多糖有大的粘滞性，保持或维持管壁坚韧性和通透性。1.3多糖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。水解是碳水化合物制备的化学基础。制备方法：酸法水解碱法水解酶水解2.1单糖制备葡萄糖制备（玉米葡糖）：C6H12O6，淀粉完全水解制备酶解法：淀粉酶将淀粉水解为葡萄糖，分为两步：①“液化”——利用α-淀粉酶，将淀粉转化为糊精和低聚糖；②“糖化”——利用糖化酶，将糊精或低聚糖水解转变为葡萄糖。工艺流程：主要包括料液制备、液化、糖化、产品提取(淀粉乳经α-淀粉酶液化后，再经糖化酶作用下糖化后沉淀、脱色、压滤、离子交换、浓缩、结晶、干燥、得到成品)。酶解法优点：酶法糖化率高——达97％以上。酶法糖化液纯度高——酶的专一性可生产高纯度的葡萄糖。设备不要求耐酸耐压，加工简单。果葡糖浆制备“果葡糖浆”主要组成——果糖和葡萄糖，是一种重要的甜味剂。是由植物淀粉水解和异构化制成的淀粉糖晶，一般以玉米淀粉为原料生产。首先将淀粉生产成葡萄糖浆，然后将部分葡萄糖异构化为果糖而得到果葡糖浆。主要生产工艺：液化、糖化、异构化、浓缩脱色过滤、离子交换、真空浓缩后，得到42％的果葡糖浆(以葡萄糖为原料经葡萄糖异构酶转化得到含量约42％的异构糖，该方法是目前世界上最大的果葡糖浆生产方法)；将42％的果葡糖浆中的葡萄糖结晶分离出去，可得55％的果葡糖浆；将42％的果葡糖浆进行吸附分离，可得90％的果葡糖浆。2.2低聚糖的制备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转移糖苷合成法生物体内，寡糖是以核苷二磷酸为底物，由ATP水解提供能量，通过专一性极强的糖苷转移酶催化合成的。合成的低聚糖：环糊精、海藻糖、龙胆二糖、帕拉金糖。局限性：天然存在的糖苷转移酶含量极少，且稳定性差，能否工业化取决于底物核苷二磷酸糖的再生作用。可分为3类：

大豆低聚糖的制备主要成分：水苏糖、棉籽糖和蔗糖，还含有葡萄糖、果糖、半乳糖肌醇甲醚、右旋肌醇甲醚等。功能：具有促进肠道蠕动、防止便秘、预防肠癌、提高机体免疫力、降血脂、降血压、降血糖、预防龋齿、护肝等保健功能的特殊活性物质。用于多种营养、功能性保健食品的生产。——一类广泛存在于豆科植物中的低分子糖总称大豆低聚糖生产工艺低聚糖果糖的工业制备主要方法方法一：以原料粉如菊芋(Chicory)提取菊粉，经酶水解、过滤(硅藻土)、脱色、脱盐和真空浓缩等工艺获得产品。工艺简单，转化率高，副产物少。内切型菊粉酶的提取是生产的关键。方法二：以50~60％蔗糖为原料，采用固定化酶柱或固定化床生物反应器(24h,50-60℃)连续反应，将高浓度蔗糖溶液在50~60℃条件下，以一定速率流过固定化酶柱，利用β-果糖转化酶进行转移反应，进一步将糖液脱色(活性炭)、脱盐(离子交换树脂)、真空浓缩，获得低聚果糖。方法连续性好、自动化程度高，操作稳定性好，能反复使用，利用率高。2.3多糖的制备多糖以氢键、盐键等与其他多糖或物质聚合在一起，必须采用有效方法破坏多糖链与其他物质的共价结合，达到提取多糖的目的。多糖提取方法：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——制备方法主要是提取分离小麦纤维的制备小麦麸俗称麸皮，是小麦制粉副产物。麸皮组成：含膳食纤维约45.5％，其中纤维素占23％，半纤维素占65％，木质素约6％，水溶性多糖约5％，还含有一定量蛋白质、胡萝卜素、维生素E、Ca、K、Mg、Fe、Zn、Se等多种营养元素。加工前需要原料预处理，一般有筛选、磁选、风选和漂洗等(麸皮受小麦及其贮运过程中的可能污染)。麸皮中植酸含量较高，植酸脱除是重要步骤：植酸可与矿物质元素螯合，影响人体对矿物质元素的吸收。所得的小麦纤维粒状产品，其化学成分：膳食纤维总量在80％以上，其中果胶类物质4％、半纤维素35％、纤维素18％、木质素13％、蛋白质≤8％、脂肪≤5％、矿物质≤2％和植酸≤0.5％。花生多糖的制备花生是全球最重要的四大油料作物之一；中国花生在世界上有四个最：油料作物中总产量最高、平均亩产量最高、销售价格最低和出口量最大。中国对花生的利用，主要是榨油，榨油后的花生粕一般直接作为鱼和禽畜的饲料，没有进一步开发利用。随着低温榨油工艺的实施，花生粕除了提取蛋白质外，还可以提取花生多糖。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：利用溶解度不同分离：多糖具有较强极性，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。常用沉淀剂：乙醇、钡盐、锌盐、乙酸钾等；沉淀方法有乙醇沉淀法和含盐溶液沉淀法。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。常用方法有季铵盐络合法和电泳分离。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。（二）蛋白质1.蛋白质分离纯化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：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。蛋白质分离纯化常用方法盐析沉淀、有机溶剂提取、层析和结晶等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、超滤等将混合物置于单一物相中，通过物理力场作用使各组分分配于不同区域而达到分离目的。沉淀法无机沉淀剂分离盐析沉淀：蛋白质和酶提纯工艺中最早采用，至今仍为广泛应用的方法。原理：蛋白质在高浓度盐溶液中，随着盐浓度逐渐增加，因蛋白质水化膜被破坏、溶解度下降而从溶液中沉淀出来。优点：成本低、不需要特别设备，操作简单安全，对蛋白质的生物活性成分破坏较少；缺点：选择性不强。常采用中性盐：硫酸铵、硫酸镁、硫酸钠、氯化钠、磷酸钠等。其中，硫酸铵是沉淀蛋白最常用的盐，硫酸铵分馏常用作实验室蛋白质纯化的第1步，初步粗提蛋白质，去除非蛋白成分(因为它在冷缓冲液中的溶解性好，冷缓冲液有利于保持目标蛋白的活性)。透析：用硫酸铵沉淀蛋白，是处在高盐溶液中；因而需要脱盐。原理：可采用半透膜透析，通过勤换透析液去除盐分。虽然更换缓冲液不能提高蛋白质纯度，但却在蛋白质纯化方案中起着极其重要作用。优点：此法尚可；缺点：但需要几个小时，通常要过夜，难以用于大规模纯化。新型设备，将透析膜夹在2个板中间，板的一侧加缓冲液，另一侧加需脱盐的蛋白质溶液，并在蛋白质溶液一侧通过泵加压，可使两侧溶液在数小时内达到平衡，若增加对蛋白质溶液的压力，还可迫使水分和盐更多地通过透析膜进入透析液达到对蛋白质浓缩的目的。有机沉淀剂分离原理：向蛋白质溶液中加入丙酮或乙醇等水溶性有机溶剂，降低水的活度；随着有机溶剂浓度的增大，水对蛋白质表面电荷基团或亲水基团的水化程度降低，溶液的介电常数下降，蛋白质分子间的静电引力增大，从而使蛋白质凝聚和沉淀。特点：①选择性较高，即一定浓度的有机溶剂只能沉淀分离某一种或某一类组分。②沉淀后所得的产品不需要脱盐，残留的沉淀剂通过挥发即可除去。缺点：有机沉淀剂对具有生物活性的蛋白质、酶类具有失活作用，常需要低温下操作。常采用丙酮或乙醇等水溶性有机溶剂。等电点沉淀分离基本原理：通过调节溶液pH，使两性电解质的溶解度下降，从而蛋白质倾向于从溶液中沉淀析出。因为溶液pH处于等电点时，分子表面静电荷为零，导致赖以稳定的双电层及水化膜的削弱或破坏，分子间引力增加，溶解度降低。一般蛋白质的等电点多在偏酸性范围内，故在等电点沉淀操作中，大多通过加入无机盐如盐酸、硫酸和硫酸等调节pH。大豆蛋白“碱提酸沉”采用等电点沉淀分离工艺：豆粕原料经二次碱提、粗滤、酸沉、打浆、回调、改性、喷粉，得到成品。变性沉淀分离利用生物大分子物质对物理、化学等外部环境因子敏感性的差异，而选择性地使一种组分发生变性形成沉淀，而另一组组分保持不变，达到分离、出杂和提纯的目的。絮凝分离主要通过溶液中的颗粒凝集、双电层的压缩和电荷的中和作用、桥连作用、沉淀物网捕作用等机理，把溶液中的微小胶体、颗粒及悬浮物除去并分离的技术。葎草叶蛋白提取的基本工艺：葎草叶打浆、浸泡、压汁、离心分离、加热沉淀、烘干，得到产品。离子交换层析分离在蛋白质纯化层析手段中使用最为广泛，是在所有的蛋白质纯化与浓缩方法中最有效的方法。利用离子交换层析纯化蛋白质，在一开始应做好两个决定：①选择最佳的离子交换树脂和缓冲体系；②如何洗脱蛋白质。疏水作用层析分离是以介质疏水基团和蛋白质疏水区域间的亲和作用为基础的。疏水性氨基酸位于蛋白质空间结构的中心部位，远离表面的水分子。在高盐浓度环境中，蛋白的疏水性区域会暴露并与疏水介质表面的疏水性配基结合。不同蛋白质的疏水性不同，与疏水基团作用力大小也不同，通过逐渐降低缓冲液中盐浓度冲洗柱子，在盐浓度很低时，蛋白质恢复自然状态，疏水作用力减弱被洗脱出来。亲和层析分离又称亲和色谱(affinitychromatography,AFC)。以其高选择性、高收率且一步得到高纯度产品的技术优势，成为蛋白纯化最有效技术之一。在实验室规模、工业化规模得到广泛应用。原理：AFC是建立在目标蛋白与固定化配基之间的特异性可逆相互作用基础上的吸附色谱。方法是以蛋白质和结合在介质上配基间的特异亲和力为基础。配基：可以是生物学特异的，如一个肽、一个抗体、一个底物、一个抑制剂、一个辅酶或一个核酸；也可以是具有相对特异、相互作用的凝集素、染料或疏水分子等。多数情况下，蛋白质和某些生物大分子的生物学功能，在于它们特异地和可逆地与相应配基相互作用。排阻层析分离也叫大小排阻、凝胶过滤层析或分子筛。原理：利用分级分离，而不需要蛋白质的化学结合，就明显降低了因不可逆结合所致的蛋白质损失和失活。可利用此方法更换蛋白质的缓冲液或降低缓冲液的离子强度。电泳分离原理：电场作用下，带电颗粒向其对应的电极方向以一定速度泳动，使组分分离成狭窄的区带，称为电泳(electrophoresis)。在小离子情况下，称为离子导电性现象，是一种不完全的电解现象，所需产物不是直接释放在电极上，而是使它们不同的运动同步受阻在两个电极间的中间位置上。任何电泳设备中，都有3个意义明确的部件：阴极、阳极和实现带电粒子分离的电泳室。反相色谱分离(reversephasechromatography,PRC)原理：是基于溶质、极性流动相和非极性固定相间的疏水效应建立的一种色谱模式。蛋白质的分离(separation)、提纯(purification)和鉴定(characterization)是生物化学中的重要部分，至今还没有单独或一套现成的方法，能够把一种蛋白质从复杂的混合蛋白质中提取出来，往往采取几种方法联合使用。2.3肽一个氨基酸的α-羧基和另一个氨基酸的α-氨基，脱水缩合生成的化合物，称为肽。多肽：指分子结构介于氨基酸和蛋白质之间的一类两性有机化合物。广泛的多肽含义：多肽和蛋白质之间并没有严格的区分，多肽指由低于50个氨基酸组成的化合物。多肽的特性：由氨基酸组成，种类十分庞大，不同多肽的组成结构决定了其功能。多肽很微量，却具有显著的生理活性。具有调节功能的多肽的半衰期均很短。肽的吸收利用蛋白质消化利用：氨基酸（唯一途径？）20世纪60年代，证明肽可被吸收！从消化道来讲，小肽在胃肠道中消化吸收比蛋白质、游离氨基酸消化吸收要好，速度要快。肽的易吸收性将成为运动员营养中很好的氮源，作为运动中或结束恢复性饮料。在美国，含水解蛋白(肽)产品广泛应用于运动员的饮食中。摄食膳食蛋白质小分子肽和氨基酸体内合成激素、酶、蛋白质健康人：多种酶受到抑制一般饮食补充营养受到影响体内不能合成多肽直接服用、注射氨基多肽(寡、小肽)和L-氨基酸疾病状态：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。生物活性肽(bioactivepeptides)的概念多肽以完整的形式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；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。生物活性肽的吸收机制功能性肽：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。生物学功能肽较生物体的其他物质，最大的特点是具有极强的活性和多样性，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”。从营养科学和功能食品角度讲，主要研究的是外源生物活性肽，即从食品获得生物活性肽；源于食品蛋白质的生物活性肽在医药和食品中应用广泛。调节体内的水分、电解质平衡为免疫系统制造抗体，提高免疫功能促进伤口愈合体内合成酶，提高生命活力修复细胞，改善细胞代谢，防止细胞变性促进蛋白质、酶的合成与调控沟通细胞间、器官间信息的重要信使预防心血管疾病调节内分泌与神经系统改善消化系统，治疗慢性胃肠道疾病改善糖尿病、风湿、类风湿等疾病抗病毒感染，抗衰老，提高血红细胞载氧能力促进造血功能，治疗贫血，防止血小板凝集生物活性肽的独特优点——与蛋白质、游离氨基酸相比按功能：抗菌肽(antibacterialpeptides)神经活性肽血管紧张素——I转化酶(ACE)抑制肽免疫活性肽抗氧化肽促进矿物元素吸收肽生物活性肽种类按来源：内源性生物活性肽：人体内存在的天然生物活性肽。外源性生物活性肽：动、植物和微生物体内的天然生物活性肽和蛋白质降解后产生的生物活性肽成分。抗菌肽——又称为肽类抗生素(peptideantibiotics)具有光谱抗菌活性，可抑制多种细菌或真菌，且可以不伤及正常细胞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β-折叠结构α-螺旋结构，含有两性分子区域神经活性肽来源：主要存在于牛乳、鱿鱼、大豆及其他豆类等食品蛋白质的水解物中(牛奶酪蛋白、小麦谷蛋白、大米蛋白)；包括类鸦片活性肽、内啡肽、脑啡肽、酪激肽、乳啡肽等；能调节神经信息传递。类鸦片活性肽是胃蛋白酶和嗜热菌蛋白酶酶解产物。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。功能：调节情绪、呼吸、脉搏、体温、镇痛；与镇痛剂不同，可以经过消化器官进入人体内，无副作用。血管紧张素-I转化酶（ACE）抑制肽肾素－血管紧张素转化系统是调节机体血压的重要途径。ACE抑制肽是指一类具有ACE抑制活性的多肽物质，这些多肽氨基酸序列和肽链长度各有不同，但都具有类似的功能。来源：可从麦胚蛋白、乳蛋白、大豆蛋白、鱼肉蛋白和玉米蛋白等食品蛋白中获得(乳类蛋白、粮食蛋白、肉类蛋白)。食品蛋白中分离ACE抑制肽：是热点领域；安全性，天然来源，对正常血压无影响，但降血压效果不及合成药物。免疫活性肽内源性：干扰素、白细胞介素、内啡肽；外源性：人乳、牛乳中的酪蛋白、大豆蛋白和大米蛋白(也可从大米、小麦蛋白酶解物中获得)；主要功能：能刺激机体自身淋巴细胞的增殖促进细胞因子的释放增强机体巨噬细胞的吞噬能力；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不会引起机体的免疫排斥反应，具有免疫调节作用抗氧化肽包括肌肽、谷胱甘肽、大豆蛋白酶解物等；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；可抑制体内铁离子、血红蛋白、脂氧合酶和体外单线态氧催化的脂肪酸败作用；最熟悉的是存在于动物肌肉中的一种天然二肽－肌肽(Carnosine)；来源于大豆和酪蛋白的肽，也具有氧化作用。促矿物质吸收肽——酪蛋白磷酸肽（CPPs）又称矿物质元素结合肽(运输微量元素的肽)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。25-37个氨基酸残基的肽，肽中心位置含有磷酸化的丝氨酸基团和谷氨酸残基，与矿物元素结合的位点存在于这些氨基酸带负电荷的侧链一侧，其最明显的特征是含有磷酸基团，在pH7-8下能有效地与Ca2+结合形成可溶性络合物。CPP是目前研究最多的矿质元素结合肽，能与多种游离矿物质元素如Ca2+、Fe2+、Mn2+、Se2+、Cu2+等结合，形成可溶性的有机磷酸盐。磷酸化大豆肽也可以增强结合微量元素的能力。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。降胆固醇肽现在研究的主要是大豆多肽大豆肽降低胆固醇的作用机理，在于它能阻碍肠道内胆固醇的再吸收，并能促进其排出体外。肽的制备方法（三种）提取法：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；固相、液相合成法：由游离氨基酸，经人工方法化学合成活性肽；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。目前最常用酶解法从食品中获取生物活性肽——酶法水解酶水解具有高效、对蛋白质营养价值破坏小，无异味特点而被广泛采用。生物活性肽的提取分离——关键技术酶的选择分离提取苦味的消除活性的测定与评价根据不同产品选择不同的评价方法，一般有动物实验和细胞培养及分子生物学技术等。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：能把处于肽链末端的疏水性氨基酸水解，降低多肽的苦味。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，更适于食品加工领域的应用。随固定化酶技术和膜反应器发展，蛋白酶成本降低，酶技术应用更广。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，等生物活性肽的分离纯化技术——和蛋白质分离纯化技术相同在进行多肽的分离提取和结构鉴定上，一般采用几种方法相结合。（三）脂类脂类是脂肪和类似脂肪物质的统称，是生物体内不溶于水，而溶于有机溶剂的一类有机化合物。植物油脂主要贮存于种子中，也有果实、果肉、果皮和种仁中。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。常见动物油脂：乳脂、猪脂、牛脂、鱼脂等。乳脂(奶油脂肪)：动物奶中含有的油脂，包括牛乳脂、羊乳脂和人乳脂。乳脂的脂肪酸组成：所有油脂中最复杂的一种，低碳链脂肪酸占1/3左右，是导致乳脂熔点(28-30℃)不高的主要原因。膳食脂肪和油类中，乳脂最容易消化吸收，消化率高于玉米油、豆油、葵花籽油、橄榄油、猪油等，其原因是：与脂肪球的分散状态、乳脂的脂肪酸组成和熔点有关。1.农副产品中脂类化合物组成、结构和功能不同种类乳脂中脂肪酸含量脂肪酸牛乳脂山羊乳脂绵羊乳脂水牛乳脂骆驼乳脂马乳脂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饱和脂肪酸总量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以上不饱和脂肪酸总量1.40.219--21.2不饱和脂肪酸总量37.428.936.435.842.758.7注：-表示未检出。鱼油包括哺乳类鱼油和非哺乳类鱼油，海水鱼含较高的不饱和脂肪酸。居住在北极圈的爱斯基摩人的膳食虽以鱼肉为主，脂肪、能量和胆固醇摄入量都很高，但冠心病、糖尿病的发生率和死亡率都远低于其他地区的人群。研究表明，鱼油中富含EPA(C20-五烯酸)和DHA(C22-六烯酸)，都有降低胆固醇、增加高密度脂蛋白作用。高密度脂蛋白是一种能够移去血管壁上积存的胆固醇，疏通血管的物质；还能抑制血小板聚集、降低血粘度和扩张血管等作用。DHA还可促进脑发育，对儿童生长发育可能有好处。有些植物中含丰富的亚麻酸，在体内可转变成EPA和DHA，与深海鱼油所含的EPA和DHA有同样的生物效用。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。大豆油取自大豆种子，是世界上产量最多的油脂；大豆油的人体消化吸收率高达98％，是一种营养价值很高的优良食用油。主要脂肪酸组成：亚油酸50-55％，油酸22-25％，棕榈酸10-12％，亚麻酸7-9％。亚油酸具有降低血中胆固醇的作用，在一定程度上可预防心血管疾病。花生油脂肪酸构成齐全，易于人体消化吸收。使用花生油可使人体胆固醇分解为胆汁酸并排出体外，降低血浆中胆固醇含量；可防止皮肤皲裂老化，保护血管壁防止血栓形成，有助于预防动脉硬化和冠心病。向日葵油，又叫葵花籽油一般产自寒冷地区向日葵油的亚油酸含量较温暖地区的高，且种子成熟期温度越低越利于亚油酸形成，反之，则会形成较多的油酸。含饱和脂肪酸15％左右，不饱和脂肪酸85％，不饱和脂肪酸中油酸和亚油酸比例为1:3.5。我国北部地区向日葵油的主要脂肪酸组成：棕榈酸6-8％、硬脂酸2-3％，油酸14-17％，亚油酸65-78％。向日葵油是高亚油酸的油脂之一(亚油酸是人体必需脂肪酸)。向日葵油在人体的消化率为96.5％，含丰富的亚油酸，有显著降低胆固醇、防止血管硬化和预防冠心病的作用。向日葵油中生理活性最强的α-生育酚含量，比一般植物油高，且亚油酸含量与维生素E的比例比较均衡，便于人体吸收利用。芝麻油是我国最古老的食用油之一，产量位居世界之首；各类芝麻平均含油约45-58％。主要脂肪酸组成：棕榈酸9％、硬脂酸4％、油酸40％、亚油酸46％。不饱和脂肪酸中油酸和亚油酸基本相当。被称为动脉血管的清道夫，有利于祛斑、提高视力，最有益于中老年人延缓衰老。对气管炎、肺气肿、产后缺乳、大便秘结、肝肾不足者有较好的防治作用。米糠油稳定性较高，主要原因在于维生素E含量丰富；每100g的米糠油含90-163mg的维生素E。植物甾醇含量比较高，为2.55-3.06％，包括β-谷甾醇、菜油甾醇和豆甾醇等。含有一定数量谷维素，是一种生理活性物质，能较好防治对妇女更年期综合症、月经前紧张症、植物神经功能失调和血管性头痛等。脂肪酸组成最接近人类理想的脂肪酸摄取模式。功能：米糠油具有补中益气、养心宁神作用，久食对失眠、脑痹有较好作用；可减轻高血压患者的眩晕症状，增强食欲；能明显降血脂。主要原因：亚油酸含量丰富，同时植物甾醇、维生素E、谷维素等微量活性成分也有一定作用。小麦胚芽油小麦胚芽油中约有80％以上为不饱和脂肪酸，其中亚油酸含量最高，其次是油酸；亚油酸与油酸之比为(1.5-4.0):1。植物甾醇含量1.3-1.7％，主要为β-谷甾醇和菜油甾醇；还含有二十三、二十六、二十八烷醇的高级醇，对生理功效发挥有一定作用。小麦胚芽油所含维生素E量远比其他植物油丰富，每100g小麦胚芽油中达27-30.5mg，甚至高达50mg，为植物之首。由于富含亚油酸、维生素E、二十八烷醇和谷甾醇等功能活性成分，小麦胚芽油被认为是一种营养保健的功能性油脂。小麦胚芽油能改善人体的机能状态，促进人体的微循环，降低血脂，对心血管疾病和糖尿病的预防和改善具有一定效果。2.植物油脂分离技术传统植物油提取工艺——压榨法和浸出法植物油料大多来源于植物种子，含有人体所必需的不饱和脂肪酸如亚油酸、亚麻酸、油酸等，是关系国计民生的重要大宗农产品。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——指油料经高温火炒或蒸再进行压榨。能提高出油率，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——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。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。常用溶剂：六碳烷烃和环烷烃，也用丙烷、丁烷等。优点：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，易实现大规模生产和生产自动化。缺点：浸提出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，有一定毒性，生产安全性差，油脂中残留溶剂。浸出法——较先进的制油方法浸出大豆油的生产工艺浸出工艺：大豆经清理、破碎、软化、轧胚、入浸料于存料箱封闭搅笼，然后进入浸出器，获得浓混合油。混合油处理工艺：混合油经过滤进入混合油贮罐，经第一蒸发器、第二蒸发器、汽提塔，获得毛油。毛油精练工艺：毛油经预热、加水水化、静置沉淀、分离、水化净油，随后真空脱臭，过滤获得净油。真空脱臭获得的大豆油脚经加热、盐析、沉淀，回收大豆油。①水代法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、水之间比重不同，将油脂分离出来。主要用于含油率高的油料作物，如芝麻、花生、向日葵等。优点：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，可同时分离油和蛋白质。缺点：出油率低，浸提过程中易感染微生物。植物油脂提取新技术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，不仅可以提高效率，而且所得的毛油质量高、色泽浅、易于精炼；技术处理条件温和，能生产脱毒的蛋白产品；生产过程相对能耗低，污染少，易于处理。我国大豆加工普遍以制油为中心，在尽量满足制油要求条件下，才考虑对蛋白资源利用。大豆制油：主要采用溶剂浸出法，可提取大豆中绝大部分的油脂；制取油脂后，含溶剂大豆粕脱溶方法：主要有高温脱溶、闪蒸脱溶和真空低温脱溶等。高温脱溶——成本较低，但脱溶大豆粕蛋白质严重变性，一般仅作为饲料，极大浪费蛋白资源；闪蒸脱溶或真空低温脱溶大豆粕蛋白质变性小，成本较高，可进一步用以制取浓缩蛋白或分离蛋白；但大豆粕中蛋白，仍有少部分变性。工业化生产大豆浓缩和分离蛋白方法现存在很多缺点：污染环境、使蛋白质发生不可逆变性等。产生背景：传统分离方法，如液－液萃取技术，具有操作连续多级分离、放大容易和便于控制等优点，在化学化工、石化等领域得到广泛应用。某些特殊性质的生化产品(如蛋白质、氨基酸等)提取与分离，并不能用传统的萃取方法，原因在于这类物质多数不溶于非极性有机溶剂，或与有机溶剂接触后会引起变性和失活。20世纪80年代中期发展起来的反胶团萃取技术解决了这一难题。1977年Luisi等人提出反胶团萃取蛋白质。利用反胶束技术将生物活性物质溶解于反胶束有机溶剂体系中。既利用了溶剂萃取的优点，又利用了反胶束保持被分离成分活性的优点，实现了生物活性物质的有效分离。③反胶束萃取技术——一种新型的生物分离技术定义与原理磷脂双分子层“胶束”正常胶束和反胶束(反相胶束)正常胶束：表面活性剂溶于水中，当浓度超过临界胶束浓度(CMC)时，就会聚集在一起而形成正常胶束，亲水基团向外、疏水基团向内。反胶团：当油相中表面活性剂的浓度超过临界胶束浓度(CMC)后，其分子在非极性溶剂中自发形成的亲水基向内、疏水基向外的具有极性内核(polarcore)的多分子聚集体(aggregates)。反胶束的形态：球形或近似球形，也呈柱状。反胶团的极性内核可以溶解某些极性物质(比如水)，而且在此基础上还可以溶解一些原来不能溶解的物质，即所谓二次加溶原理。反胶团的极性内核在溶解了水后，在内核中形成“水池”(waterpool)，可进一步溶解蛋白质、核酸和氨基酸等生物活性物质。同时胶团的屏蔽作用，使这些生物物质不与有机溶剂直接接触，而水池的微环境又保护了生物物质的活性，从而达到了溶解和分离生物物质的目的。反胶束萃取的原理反胶束(reversedmicelle)表面活性剂——亲水憎油极性基团、亲油憎水非极性基团表面活性剂(亲水、亲油基)分散于连续有机相中自发形成的纳米尺度的一种聚集体。反胶束溶液是透明的、热力学稳定的系统。是构成反胶团的必要条件表面活性剂表面活性剂分子自聚集表面活性剂(临界胶束浓度)加入水

有机溶剂正常胶束反胶束

非极性核心溶解非极性物质

极性核心

蛋白质水池蛋白质保持天然构型水池单一反胶团体系单一反胶团体系的表面活性剂有阴离子型、阳离子型和非离子型。研究最多的是AOT/异辛烷体系，该体系结构简单稳定，反胶团体积相对较大，适用于等电点高、相对分子质量较小的蛋白质的分离；AOT：丁二酸-2-乙基己基酯磺酸钠常用阳离子型表面活性剂：TOMAC、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、二辛基二甲基氯化铵等季铵盐。反胶束萃取体系特点：容易获得，具有双链，极性基团较小、形成反胶束时，不需加助表面活性剂，并且所形成的反胶束较大，半径为170nm，有利于大分子蛋白质进入。AOT混合反胶团体系这是指两种或两种以上表面活性剂构成的体系。一般来说，混合表面活性剂反胶团体系对蛋白质有更高的分离效率。例如，将AOT与二-(2-乙基己基)磷酸(DEHPA)构成的混合体系，可萃取相对分子质量较大的牛血红蛋白，萃取率达80％。非离子表面活性剂的加入可使反胶团变大，从而可萃取相对分子质量更大的蛋白质。亲和反胶团体系亲和反胶团体系是在反胶团中加入与目标蛋白有特异亲和作用的助表面活性剂形成的。助表面活性剂的极性头是一种亲和配基，可选择性结合目标蛋白质采用这种体系，可使蛋白质萃取率和选择性大大提高，并可使操作范围(如pH、离子强度)变宽。一个由水、表面活性剂和非极性有机溶剂构成的三元系统，共存相可用三元相图表示，左图是水-AOT-异辛烷的相图。如图所示：能用于蛋白质分离仅是位于底部的两相区。在此区内的三元混合物分为平衡的两相：①水相——含有极少量有机溶剂和表面活性剂；②反胶束溶液——作为萃取剂。反胶束萃取的应用——萃取分离蛋白质和氨基酸蛋白质的萃取

1)蛋白质溶解原理蛋白质进入反胶束溶液是一个协同过程。

蛋白质界面间的表面活性剂

静电作用变形

包含有蛋白质的反胶束

扩散进入有机相蛋白质萃取(相界面)蛋白质进入反胶束溶液是一种协同过程，即在宏观两相(有机相和水相)界面间的表面活性剂层，同邻近的蛋白质发生静电作用而变形，接着在两相界面形成了包含有蛋白质的反胶束，此反胶束扩散进入有机相中，从而实现了蛋白质的萃取，即前萃取过程(左图)。改变水相条件(如pH值和离子种类及其强度等)，又可使蛋白质从有机相重新返回水相，实现后萃取过程。反胶束萃取的应用——萃取分离蛋白质和氨基酸反萃取过程萃取过程反胶束的制备相转移法：将含蛋白质的水相和含表面活性剂的有机相接触，缓慢搅拌下一部分蛋白质转移至有机相中(过程较慢，处于稳定的热力学平衡状态和获得较高的蛋白质浓度)。注入法：将含蛋白质的水溶液直接注入到含表面活性剂的非极性有机溶剂中，然后搅拌直至形成透明溶液为止(过程较快、可控制平均直径和含水量)。溶解法：对非水溶性的蛋白质可用此法。将含有反胶束的有机溶液与蛋白质固体粉末，一起搅拌时蛋白质进入反胶束中(需较长的时间)。相转移法反胶束萃取优点成本低、溶剂可反复使用、萃取率和反萃取率都很高等突出优点一般适用于生物产品的特殊分离，可在分离过程中不破坏产品的生物机能；还有可能解决外源蛋白的降解，即蛋白质(胞内酶)在非细胞环境中迅速失活的问题，且由于构成反胶束的表面活性剂往往具有溶解细胞的能力，因此可用于直接从整细胞中提取蛋白质和酶。反胶束萃取技术为蛋白质分离提取，开辟了一条具有工业开发前景的新途径。——代表了生物化学技术的新发展、新方向反胶束萃取技术制取大豆蛋白突出优点瑞士Leser等首次提出用反胶束技术同时分离植物油脂和蛋白；在此基础上，陈复生等深一步研究，油脂和蛋白萃取率都得以很大提高，并得出反胶束技术萃取大豆蛋白最佳工艺条件；该技术优于过去制油及制取大豆浓缩蛋白技术：工艺简单、条件温和、不会引起蛋白变性产品纯度高、成本低、溶剂和表面活性剂可反复使用易解决环境污染问题，反胶束萃取过程易放大，等利用反胶束技术可同时分离大豆蛋白和油脂，简化加工工艺、提高原料利用率、降低生产成本、增加经济效益。利用超临界流体具有的优良溶解性及这种溶解性随温度和压力变化而变化的原理，通过调整流体密度来提取不同物质。优点：工艺简单、节约能源、萃取温度较低、生物活性的物质受到保护；CO2作为萃取溶剂，资源丰富、价格低、无毒、不燃不爆，不污染环境；提取油脂时不改变蛋白质的特性与结构，有利于蛋白质开发和利用。缺点：存在耐高压设备昂贵，生产成本高，不易操作，批处理量小等不足。应用：超临界CO2萃取技术提取大豆油、小麦胚芽油、玉米胚芽油、棉籽油、葵花籽油、红花油等。④超临界CO2萃取法原理：利用超声波辐射压强产生的强烈空化效应、机械振动、扰动效应、高的加速度、乳化、扩散、击碎和搅拌作用等多级效应，增大物质分子运动频率和速度，增加溶剂穿透力，从而加速目标成分溶解促进提取的进行。超声波可加速提取过程的分散、均化、雾化过程，可避免高温对目标成分的破坏。优点：不仅萃取率高、速度快、效率高，而且是室温萃取、无需加热，节约能源，对天然产物和生物活性成分的提取尤其有优势。应用：已在葵花籽油、猕猴桃籽油、松子油、苦杏仁油提取方面有报道。⑤超声波萃取法（四）植酸、黄酮、生物碱植酸：又称肌酸、环己六醇六磷酸盐主要存在于植物种子、根干和茎中，以豆科植物种子、谷物麸皮和胚芽中含量最高。易溶于水、乙醇和丙酮。功能：植酸以植酸钙镁钾盐存在于植物种子内，动物有核红细胞内，促进氧合血红蛋白中氧的释放，改善血红细胞功能延长血红细胞生存期；植酸是有益的营养品，人体内植酸水解为肌醇(抗衰老)和磷脂(人体细胞重要组成部分)；植酸水解产物肌醇：具有生理活性，是某些生物体的生长因子，是治疗脂肪肝的首选药物，治疗心血管疾病的良好药物；抗氧化性，安全无毒，广泛用作果蔬、肉制品等保鲜剂和防腐剂。植酸提取工艺工业上用盐酸等强酸水溶液浸泡米糠、麸皮等，使其中的植酸钙溶解出来，然后用碱金属或钡盐中和，再经酸解，精制得成品。早期制备植酸，是将米糠脱脂后，强酸(例如盐酸、硫酸、硝酸等)酸浸及中和得到菲丁(Phytin)，溶解于盐酸后加入Ba(OH)2，加入过量稀硫酸及硫酸铜，再加入H2S，过滤后得到稀植酸溶液。植酸制备方法：化学合成法、微生物发酵法、天然产物提取法。采用最多的是天然产物提取法，主要以含植酸成分的农产品加工副产物，如脱脂米糠、麸皮、脱脂粕等为原料，经酸浸、分离、中和、除杂、浓缩等一系列工序制得；提取法制得植酸的费用更低且技术较成熟，原料来源广。植酸在食品工业中的应用主要用于果蔬、面食、酒类、罐头、发酵品、水产食品、食用油及含油食品等的保鲜、防腐、抑菌。植酸为防腐剂与其他防腐剂复合使用，具有更好的保鲜和防腐效果。作用机理：a.利用植酸抗氧化作用防止果蔬氧化变质；b.植酸对金属离子的强螯合作用，螯合果蔬表层的金属离子，使其失去催化特性；c.封闭果蔬表皮的气孔抑制果蔬呼吸作用，减少果蔬水分散失，同时抑制和抵御真菌繁殖。在水产品罐头加工中，易出现类似玻璃状的结晶磷酸铵镁，添加一定植酸可以有效封锁镁离子，保证产品质量。植酸可与CO2、维生素等互相配合，添加到冷藏产品中，防止褐变。黄酮类化合物泛指2个具有酚羟基的苯环，通过中央三碳原子相互连接而成的一系列化合物。根据中央三碳链的氧化程度、B-环连接位置(2-或3-位)以及三碳链是否构成环状等特点，将主要的天然黄酮类化合物分为：黄酮类(flavones)黄酮醇(flavonol)二氢黄酮类(flavonones)二氢黄酮醇类(flavanonol)花色素类(anthocyanidins)黄烷-3,4二醇类(flavan-3,4-diols)双苯吡酮类(xanthones)查尔酮(chalcones)双黄酮类(bioflavonoids)，等由于糖的种类、数量、联接位置及联接方式不同，可以组成各种各样黄酮苷类。组成黄酮苷的糖类：单糖、双糖、三糖和酰化糖。黄酮苷固体为无定形粉末，黄酮类化合物多为结晶性固体。黄酮类化合物不同的颜色，为天然色素添加了更多色彩。这是由于其母核内形成交叉共轭体系，并通过电子转移、重排，使共轭链延长，因而显现出颜