第二章-饲料化学(2)

2020/2/281第二节含氮化合物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。2020/2/282多数饲料中蛋白质含氮量近于16%（变幅在14.90%～18.87%），因此饲料中的粗蛋白质含量被定义为：饲料CP含量=6.25×饲料含氮量但实际上不同种类饲料间蛋白质的含氮量存在差异，表2-1中列出了几种饲料根据其含氮量的蛋白质含量换算系数。另外，不同饲料的NPN种类与比例也存在差异，例如几种饲料的NPN占总氮的百分比：青饲料40%，甜菜50%，青贮饲料30％～60%，马铃薯30％～40%，麦芽30%，成熟籽实3％～10%。2020/2/283表2-1不同饲料蛋白质的换算系数饲料名称换算系数饲料名称换算系数玉米6.25全脂大豆粉5.72豆类5.46小麦粉5.83棉籽5.30乳及乳制品6.28向日葵饼5.30大麦5.83燕麦5.83黑麦5.832020/2/284一、蛋白质的性质与分类蛋白质的性质1、具有水解特性：蛋白质同糖类一样，它可在酶、酸、碱等条件下发生水解胨、多肽、氨基酸等。有些蛋白质对动物消化酶有很强的抗性，如硬蛋白，但在高温高压或酸性溶液的条件下可发生水解。如利用这一原理生产水解羽毛粉。2、胶体性质：所有蛋白质均具有，但它们在水中的溶解度不同，如角蛋白－不溶解、白蛋白－高度溶解。溶解的蛋白质可以通过添加某些盐类如NaCl、或(NH4)2SO4，使它们从溶液中沉淀出来。这是一种物理过程，蛋白质的性质并未改变，将已沉淀的溶液稀释，能使蛋白质再次溶解。2020/2/2853、等电点：尽管蛋白质肽键内存在的是无酸碱反应的氨基和羧基，但在它们肽键的两个末端或侧链氨基酸残基上，含有许多自由氨基或自由羧基。所以，与氨基酸一样，蛋白质也是两性电解质。各种蛋白质显示其各种特定的等电点，蛋白质在易生成沉淀，这个特性被常用作蛋白质的分离提纯。4、蛋白质变性：在某些因素作用下，任何非水解蛋白质作用造成天然蛋白质独特结构的改变所引起的蛋白质化学性质、物理性质和生物活性上的固定变化。如加热作用使许多蛋白质发生凝固。还有许多试剂，如强酸、碱、乙醇、丙酮、脲以及重金属盐类。2020/2/286（二）蛋白质的分类天然饲料中，蛋白质种类多，结构复杂，分类方法较多。常见的分类方法：按生理功能：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：球蛋白和纤维蛋白。按加工性状表现：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：单纯蛋白质、复合蛋白质和衍生蛋白。2020/2/2871、单纯蛋白质单纯蛋白质（simpleprotein）是指经彻底水解只产生氨基酸的蛋白质，若进一步按其溶解性，又可分为7种：2020/2/288（1）清蛋白清蛋白（albumin）又称白蛋白。溶于水、盐酸、碱及稀盐溶液中。加硫酸铵至饱和时，会从溶液中沉淀析出，遇热凝固。清蛋白广泛存在于动植物组织中，如血清蛋白、乳清蛋白、豆清蛋白(豌豆中)和麦清蛋白(小麦中)等。2020/2/289(2)、球蛋白球蛋白（globulin）不溶或微溶于水，但加少量盐、酸或碱时可缓慢溶解。加硫酸铵至饱和时，可从溶液中沉淀析出。动物球蛋白遇热凝固，植物球蛋白遇热不凝固。球蛋白广泛存在动植物组织中，如血清球蛋白、肌球蛋白、棉籽球蛋白、大豆及豌豆球蛋白等。化学组成中以缬氨酸、亮氨酸、精氨酸含量较高，丙氨酸、色氨酸含量一般较低。2020/2/2810（3)、谷蛋白谷蛋白（glutelin）不溶于水、盐溶液和乙醇，但溶于稀酸、稀碱溶液，遇热凝固。仅存在植物组织中，如小麦中的麦谷蛋白、大米中的米谷蛋白等，含谷氨酸较多。2020/2/2811（4)、醇溶蛋白醇溶蛋白（prolamin）不溶于水及盐溶液，可溶于10％酒精中，加热不凝固。仅存在植物体中，如玉米醇溶蛋白、小麦醇溶蛋白等。化学组成上含脯氨酸较多，赖氨酸、色氨酸一般较少。2020/2/2812(5)、精蛋白精蛋白（spermatin）可溶于水和稀酸，能被稀氨水沉淀，遇热不凝固，属动物性蛋白。鱼精子、卵子和胸腺等组织中含量较高(如鲑精蛋白等)。化学组成中含赖氨酸、精氨酸较高，不含胱氨酸、谷氨酸。2020/2/2813(6)、组蛋白组蛋白（siston）可溶于水和稀酸，能被氨水沉淀。组织中常与酸性物质结合成盐而存在，加热不凝固，属动物性蛋白。化学组成上组氨酸、赖氨酸、精氨酸含量较高，酪氨酸含量低。2020/2/2814(7)、硬蛋白硬蛋白（scleroprotein）水及盐溶液中不溶，遇热不凝固。主要存在动物的表皮、毛、腱、角、软骨等组织中。化学组成上含胱氨酸、甘氨酸较高。该蛋白难消化，但经高温高压水解或酸碱处理(破坏二硫基)可供作饲料。2020/2/28152、复合蛋白（onjugatedprotein）由单纯蛋白和非蛋白辅基结合而成。水解时不仅产生氨基酸，而且还会产生其它物质。按辅基不同，复合蛋白一般又可分为：（1）脂蛋白（lipoprotein）由蛋白质与脂肪或类脂质(磷脂、类固醇等)结合而成。血、乳、蛋黄、神经及细胞膜中含量较高。（2）核蛋白（nucleoprotein）由单纯蛋白与核酸结合而成。为细胞核的组分，对动物的生长、繁殖有特殊功能。（3）糖蛋白（glycoprotein）由蛋白质和碳水化合物组成。如动物体中的粘蛋白等。2020/2/2816（4）色蛋白（chromoprotein）由蛋白质和色素物质组成（以色素作为辅基）。如叶绿蛋白以镁卟啉为辅基，血红蛋白和细胞色素C以铁卟啉为辅基。（5）磷蛋白（phosphoprotein）由蛋白质和磷酸组成。如酪蛋白、卵黄磷蛋白等。（6）金属蛋白（metalloprotein）由蛋白质和金属元素组成。如除蛋白质外，铁蛋白中含[Fe（OH）3]、细胞色素氧化酶含Fe和Cu、乙醇脱氢酶含Zn、黄嘌呤氧化酶含Mo和Fe等。2020/2/28173、衍生蛋白衍生蛋白（derivedprotein）既包括蛋白质分子内部结构变化的变性蛋白质，又包括天然蛋白质经酸、碱、酶等处理后所生成的蛋白胨、肽、明胶等。2020/2/2818氨基酸(一）氨基酸及其结构据研究，天然存在的氨基酸（aminoacid）约200余种，但常见的组成蛋白质的氨基酸仅20种。氨基酸在种类、数量和排列顺序方面的不同，组成了自然界多种多样的蛋白质。天然存在的氨基酸多为易于被动物吸收利用的L－型氨基酸。2020/2/2819天然的氨基酸结构上的共同点:有氨基和羧基。与氨基酸的羧基相连的碳原子称为α-碳原子，从α-碳原子起依次称β、γ、δ、ε-碳原子。天然氨基酸在α-碳原子有一个氨基，因此也称为α-氨基酸。20种氨基酸的不同点：其侧链的R基团。根据氨基酸的R基团化学特性，饲料中的氨基酸通常可分为4类（表2-2）。2020/2/2820非极性R基氨基酸：AlaValLeuIleProPheTrpMet不带电荷的极性R基氨基酸：GlySerThrCycTyrAsnGln带正电荷的R基氨基酸（碱性氨基酸）：LysArgHis带负电荷的R基氨基酸（酸性氨基酸）：AspGlu2020/2/2821分类与名称分子式英文名简写符号*分子量含N/%非极性R基氨基酸：丙氨酸C3H7O2NalanineAla，A8915.7缬氨酸C5H11O2NvalineVal，V11712.0亮氨酸C6H13O2NleucineLeu，L13110.7异亮氨酸C6H13O2NisoleucineIle，I13110.7脯氨酸C6H9O2NprolinePro，P11512.2苯丙氨酸C9H11O2NphenylalaninePhe，F1658.5色氨酸C11H12O2N2tryptophanTrp，W20413.7蛋氨酸C5H11O2NSmethionineMet，M1499.4不带电荷的极性R基氨基酸：甘氨酸C2H5O2NglycineGly，G7518.7丝氨酸C3H7O3NserineSer，S10513.3苏氨酸C4H9O3NthreonineThr，T11911.8半胱氨酸C3H7O2NScysteineCys，C12111.6酪氨酸C9H11O3NtyrosineTyr，Y1817.7天冬酰胺C4H8O3N2asparagineAsn，N13221.2谷氨酰胺C5H10O3N2glutamineGln，Q14619.2带正电荷的R基氨基酸（碱性氨基酸）：赖氨酸C6H14O2N2lysineLys，K14619.2精氨酸C6H14O2N4arginineArg，R17432.2组氨酸C6H9O2N3histidineHis，H15527.1带负电荷的R基氨基酸（酸性氨基酸）：天门冬氨酸C4H7O4NasparticacidAsp，D13310.5谷氨酸C5H9O4NglutamicacidGlu，C1479.5表2-2氨基酸的分类、分子式与简写符号2020/2/2822氨基酸的理化性质1、溶解度：不同AA在水中的不同，Lys、Arg易溶于水，CCys、Tyr、Asp则难溶于水。所有的氨基酸都不同程度地可溶于盐酸溶液。因为AA分子中存在着氨基和羧基，所以AA是两性化合物，它既可以不带电荷的分子状态存在，又可以带相反电荷的偶极离子（或称两性离子）状态存在。氨基酸在水溶液中以偶极离子状态存在，在强酸性溶液中，大部分氨基酸以阳离子形式存在，在碱性溶液中则呈阴离子状态。对于任何一种氨基酸，当它存在于一定pH值的溶液中，使其所带静电荷为0时，这个pH值就叫作该氨基酸的等电点。2020/2/28232、氨基酸的旋光性所有的天然氨基酸中（Gly除外），都存在有不对称的α-碳原子，因此，都具有旋光性。即有L-型、D-型两种立体构型。目前发现存在于天然蛋白质中的氨基酸（除Gly外）都是L-型的。但在某些生物体内，特别是细菌中，D-型氨基酸也是广泛存在的。旋光性物质在化学反应中，发生消旋现象并将其转变为D-型和L-型的等当量混合物，称DL-消旋氨基酸。2020/2/28243、吸光性组成蛋白质的20种氨基酸，一般对可见光都没有光吸收，但酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸对紫外光有明显的吸收能力，利用这一特性可以测定这些氨基酸的含量。2020/2/28254、氨基酸化学反应特性：1)氧化脱氨基反应因氧化使氨基酸脱掉氨基而生成α-酮酸和氨的一种反应。RCHNH2COOH十1/2O2RCOCOOH十NH3↑2.还原脱氨基反应因氢作用使氨基酸脱掉氨基生成有机酸和氨的一种反应。RCHNH2COOH十2HRCH2COOH十NH3↑2020/2/28263．脱羧基反应指氨基酸氧化脱羧生成胺的反应。该反应多在动物性饲料腐败变质时由相应氨基酸脱羧产生，如组胺、酪胺、色胺分别由组氨酸、酪氨酸、色氨酸产生。这些胺类在动物体内具有特殊的生理功能，如组胺具扩张血管、降低血压、促进胃液分泌的作用等，但若在体内聚积，则会引起动物中毒。2020/2/28274）氨基羰基反应(美拉德反应)指AA中的氨基与还原糖之间发生的一种非酶促褐变反应。如Lys的ε-NH2与还原糖在过热条件下发生的反应，反应结果使Lys变为无效。易发生这种反应的氨基酸有Lys、Arg、His、Trp、Thr。5）赖氨酰丙氨酸生成反应指在碱性条件下，多肽链中赖氨酸的ε-NH2与丙氨酸分子内发生的反应，生成赖氨酰丙氨酸残基。由于该生成物不能被酶作用，故不能被动物吸收利用。此反应在用碱处理饲料蛋白时应特别注意。2020/2/28286）其它反应据研究，蛋白质饲料加热过度：(1)可使来自His的组胺与赖氨酸结合，产生糜烂素。其量达3mg/kg时，即会使鸡发生肌胃糜烂、猪下痢、鱼肝