第二章 饲料化学

1、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(free water) 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(bound water)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（equilib

2、rium moisture） 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(water activity, 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0.940.99；酵母为0.88；霉菌0.80，所以在Aw值比以上数值高的饲

3、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

4、）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、

5、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 1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(HCOH)，下余2个价键再分别与其它碳原子相连； 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) 。CHO CHOH C OH HO C HCH2OH CH2OHD(+)- 甘油醛 L(-) 甘油醛图2-4 D - 甘油醛和L 甘油醛的结构式二、低聚糖（oligosaccharide） 定义：一般是

6、由210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-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

7、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-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(-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 （tetrasacc

8、haride）: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-1,6、-1,2或-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

9、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、-淀

10、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-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-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

11、：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-极限糊精，-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

12、一种形式。除酵母中含量较高外(占干物质的320)，一般饲料含量极微。（四）非淀粉多糖（non-starch polysaccharides, 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、-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-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

13、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(bound saccharide) 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

14、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(crude protein) 定义：饲料中所有含氮物质统称为粗蛋白（Crude Protein，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。

15、 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

16、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

17、 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（nucleic acid） 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。 脂肪：是甘油和脂肪酸组成的三酰甘油，亦称甘油三酯或中性脂肪。 类脂质：包括有游离脂肪酸、磷脂、糖脂、脂蛋白、固醇类、类胡萝卜素和

18、脂溶性维生素等。二、分类 按化学结构分类 （一）单纯脂类（simple lipide） 包括甘油三酯和蜡质。蜡由脂肪酸和一个长链的一元醇组成。 （二）复合脂（compound lipide） 其分子中除了脂肪酸和甘油外，尚含有其它化学基团。如磷脂（为含磷、氮的脂类，如磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸等）、糖脂（如半乳糖甘油酯）和脂蛋白。 （三）萜类（terpene）、类固醇（steroid）及其衍生物 此类一般不含脂肪酸。 （四）衍生脂（derived lipide） 系上述脂类的水解产物，如甘油、脂肪酸及其氧化产物、前列腺素等。三、脂肪（一） 脂肪酸（fatty acid）的分类与组成

19、奇数碳原子分枝结构的脂肪酸多见于微生物界水溶性挥发性FA非水溶性挥发性FA偶数碳原子结构的直链脂肪酸饱和FA非水溶性不挥发性FA不饱和FA（二） 脂肪的主要性质1.脂肪的水解特性 （1）水解成短链脂肪酸 特殊的异味或酸败味 ； （2）皂化反应 脂肪在碱性溶液发生的水解反应称为“皂化反应”。 （3）皂化价 皂化1g脂肪所需KOH的mg数称为该脂肪的皂化价 。2.不饱和脂肪酸的加成反应 （1）氢化作用 熔点提高，硬度增加 (硬化) （2）脂肪饱和程度的表示 与碘发生加成反应 通常用100g脂肪或脂肪酸所能化合碘的克数即碘价。 （3）饲草中脂肪在反刍动物瘤胃内的氢化3.脂肪氧化酸败 脂肪的酸败作用有

20、2种类型：即水解型和氧化型 （1）水解型酸败 脂肪 （2）氧化酸败 酮型酸败 ：-型氧化酸败 ，是指多脂饲料发生霉变时，脂肪水解产生的游离饱和脂肪酸在一系列酶的促进下氧化，最后产生有怪味的酮酸和甲基酮，而使饲料脂肪发生的质变。由于该氧化引起的降解多发生在与-碳位之间的键上，因而又称其为-型氧化酸败。微生物水解为脂肪酸、甘油二酯甘油一酯和甘油 氧化型酸败：脂肪自动氧化。 一般可分为如下3期： a. 引发期 指油脂受光照、温度、金属离子等作用，脂肪酸中与双键相邻的亚甲基碳原子上的碳氢键发生均裂，生成游离基和氢原子。 RH R+H b. 增殖期 游离基一旦形成，就迅速吸收空气中的氧，生成过氧化游离基

21、。 R O2 ROO 由于过氧化游离基极不稳定，可夺走另一个不饱和脂肪酸分子中与双键相邻的亚甲基上的一个氢原子，生成氢过氧化物。同时，被夺走氢原子后的不饱和脂肪酸，又形成新的游离基(R )。 RH + ROO ROOH + R 新生成的游离基R又不断与O2结合，形成新的过氧化游离基(ROO)。而此ROO又和1个脂肪酸发生反应生成氢过氧化物(ROOH)和又1个新的游离基(R)。该反应不断进行下去，结果使ROOH不断增加，新的R不断产生。 c. 终止期 各种游离基相互撞击结合成二聚体、多聚体，使反应终止。 R+ R RR R十ROO ROOR ROO + ROO ROOR + O2 氢过氧化物极不

22、稳定。当增至一定程度时就开始分解，可分解成1个烷氧游离基和1个羟基游离基。烷氧游离基(RO)则进一步反应生成醛类、酮类、酸类、醇类、环氧化物、碳氢化物、内酯等。 ROOH RO + OH （3）脂肪氧化酸败对动物的影响及脂肪氧化的测定 油脂氧化酸败的程度可用酸价来表示。所谓酸价就是指用以中和1g油脂中游离脂肪酸所需KOH的毫克数。一般酸价大于6的油脂不能饲喂动物。四、类脂 (一) 磷脂与糖脂 1.磷脂（phosphatide） 2.糖脂（glycolipid） (二)萜类（terpene） 萜类属异戊二烯的衍生物。 （三）固醇（steroid） 1. 动物固醇（zoosterol） 2. 植物

23、固醇（phylosterol） 3. 酵母固醇（ergosterol）：（麦角固醇）酵母、霉菌、植物第五节 矿物质(mineral element) 一、常量元素与微量元素 常量元素是指动物体内含量在0.01%以上的元素，包括有Ca、P、S、Cl、K、Na、Mg7种。 微量元素是指动物体内含量在0.01%以下的元素，动物体内必需的微量元素有Fe、Cu、I、Zn、Mn、Co、Mo、Se、Cr等。 二、必需矿物质元素第六节 维生素 (Vitamin ) 维生素按其溶解性可分为脂溶性维生素和水溶性维生素。 维生素A： A1 、A2(脱氢视黄醇) 维生素D： D2、 D3 脂溶性维生素 维生素E 维生

24、素K：K1、K2、K3硫胺素（维生素B1）核黄素（VB2）泛酸（VB3）烟酸（维生素PP，VB5） 吡哆醇（VB6）水溶性维生素 生物素（VH）叶酸（VM，B11） 氰钴素（VB12）胆碱（VB4）维生素C（抗坏血酸）B组维生素按照来源分类 外源维生素 内源维生素： 1、消化道微生物合成：B族和VK 2、动物本身的器官或组织合成：VD3、VC（肾上腺、肠、肝脏）第七节 其他成分一、抗营养因子（antinatritional facter,ANF） 定义：饲料存在某些能破坏营养成分或以不同机制阻碍动物对营养成分的消化、吸收和利用并对动物的健康状况产生负作用的物质，这些物质被称为饲料抗营养因子（a

25、ntinutritional factors, ANF）。 有些饲料还可能存在对动物主要产生毒性作用的物质即毒物（或毒素）。棉酚、氰苷等二、饲料的色素（一）天然色素与结构 发色基团： 是指凡有机分子在紫外光及可见光区域内(200 nm700 nm)有吸收峰的基团。属发色基团的有乙烯基CC、CO、CHO、COOH、偶氮基NN、亚硝基NO、硝基N2、CS等。 值得提出的是，当分子中只含有1个发色基团时，物质并不呈色(因吸收光波长仅在200nm400nm之间)。只有当2个或2个以上生色基团共轭，其吸收光波段移至可见光区域内时，物质才会呈色。 助色基团 是指本身吸收波段在紫外区，若将其接到共轭体系或发

26、色基团上，则可使共轭键或发色基团的光吸收波段移向长波方向的基团。这种基团包括：-OH、-OR、-NH2、-SH、-Br和-Cl等。（二）饲料中的天然色素 1.吡咯衍生物 此衍生物属于4个吡咯环的-碳原子通过次甲基相连而成的一类复杂共轭体系，通常称卟吩，中间有金属原子以共价键或配位键与之相结合。 (1) 叶绿素 将脱镁叶绿素（褐绿色）与叶绿素统称色原。在消化道不被吸收。 (2) 血红素 由1个铁原子与卟啉环构成的铁卟啉吩化合物，生物体内与蛋白质结合共存。 2.异戊二烯衍生物类胡萝卜素 该类衍生物是以异戊二烯残基为单元，以共轭键为基础组成的一类色素。 (1)胡萝卜素类 结构为共轭多烯烃。可分为-胡

27、萝卜素、-胡萝卜素、-胡萝卜素及番茄红素4种 。 (2)叶黄素类 为共轭多烯烃的含氧衍生物，以醇、醛、酮、酸的形式存在 。 叶黄素(C40H56O)，化学名称为3,3-二羟基-胡萝卜素，广泛分布在绿色植物和玉米中，着色效果较佳； 玉米黄素(C40H56O), 化学名称同叶黄素，黄色玉米中含量较高； 隐黄素(C40H56O)，化学名称与叶黄素同，主要存在黄玉米与南瓜中； 番茄黄素(C40H56O)，化学名称为3-羟基番茄黄素，番茄中含量高； 辣椒红素(C40H56O)，主要存在红辣椒中，着色效果较好； 柑橘黄素(C40H56O)，化学名称为5，8环氧-胡萝卜素，主要存在柑橘皮中，着色效果较好；

28、虾黄素(C40H52O)，化学名称为3,3-二羟基4,4二酮-胡萝卜素，主要存在虾、蟹、牡蛎、昆虫等动物体内，与蛋白质结合时呈蓝色(虾青素)，煮熟后因蛋白变性，被氧化成虾红素(即4,4，3,3四酮-胡萝卜素)，对虾、蟹及鱼类着色效果较好； 茜草色素，存在于蕈类和鳟鱼中，具有较佳着色效果。 3多酚类色素(又称苯骈吡喃衍生物) 结构中最基本的母核是苯环和-吡喃环。自然界常见的有花青素、黄酮素和儿茶素。为植物性饲料中的水溶性色素，但对动物产品无着色效应。三、饲料的味嗅物质（一）味觉化学 1.味觉概述刺激口腔神经纤维大脑分析饲料滋味溶入唾液产生味觉味蕾大脑味觉中枢传导舌表面幻灯片642. 味觉与呈味物质 （1）酸味与酸味物质 酸味是由H刺激舌粘