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《食品生物化学》为“卓越工程师教育培养计划食品科学与工程类系列规划教材”之一，适合高等院校食品科学与工程等相关专业的本科生使用，也可供研究生、科研人员和生产一线的科技人员使用与参考。

内容简介

《食品生物化学》以人及其食品体系为核心，以生物化学过程为重点，力求突出“现代”之特点，并通过知识框、延伸阅读、案例介绍等方式，将生物化学的理论与食品科学、食品加工及相关领域的发展形成有机联系，使得深奥、抽象的生物化学理论更加通俗易懂。《食品生物化学》内容（共分三篇14章）主要包括水分与矿物质、糖类、脂类、蛋白质、核酸、酶、生物氧化、物质的中间代谢、物质代谢的联系与调节控制，以及现代生化技术在食品中的应用。各章附有小结及思考题，以帮助学生掌握要点和课后复习。

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目　　录

目录 总序 前言 第1章绪论 **节生物化学及食品生物化学1 一、生物化学1 二、食品生物化学2 第二节生物化学发展史2 第三节生物化学与食品科学3 **篇食品中各组分的特征 第2章食品中的水与矿物质 **节食品中水的存在方式及其 对食品品质的影响5 一、水在食品中的存在方式5 二、水与食品加工贮藏9 第二节水分活度及其对食品品质 的影响9 一、水分活度9 二、水分活度与食品稳定性12 第三节食品中矿物质13 一、矿物质分类及功能13 二、矿物质的生物可利用性14 三、矿物质在食品加工和贮藏过程中的 变化15 本章小结18 第3章糖类化学 **节单糖19 一、单糖的结构19 二、单糖的理化性质22 三、重要的单糖及其衍生物26 第二节寡糖27 一、寡糖的结构28 二、寡糖的性质30 三、功能性低聚糖31 第三节多糖33 一、同聚多糖33 二、杂聚多糖37 三、复合糖类39 四、功能性多糖41 第四节糖类在食品加工和贮藏过程 中的变化41 一、美拉德反应41 二、焦糖化反应45 三、糖类的脱水和热降解45 本章小结46 第4章脂类化学 **节脂类49 一、简单脂49 二、复合脂51 三、功能性脂类52 第二节生物膜55 一、生物膜的组成与结构55 二、生物膜的功能57 第三节油脂在食品加工和贮藏 过程中的变化58 一、油脂在食品加工过程中的变化58 二、油脂在食品贮藏过程中的变化62 本章小结63 第5章蛋白质化学 **节蛋白质组成与分类65 一、蛋白质元素组成65 二、蛋白质分子组成65 三、蛋白质分类65 第二节氨基酸和肽67 一、常见氨基酸67 二、不常见氨基酸和非蛋白质氨基酸71 三、氨基酸的性质71 四、肽79 第三节蛋白质的分子结构81 一、蛋白质共价结构82 二、蛋白质的空间结构84 三、蛋白质结构与功能的关系90 第四节蛋白质的性质93 一、蛋白质分子的大小93 二、两性解离和等电点93 三、胶体性质94 四、沉淀作用95 五、变性作用96 六、颜色反应97 第五节蛋白质分离纯化98 一、蛋白质分离纯化的一般原则98 二、柱层析法98 三、电泳法101 四、离心法102 第六节蛋白质在食品加工和 贮藏过程中的变化103 一、物理因素引起的功能性质变化103 二、化学因素引起的功能性质变化104 本章小结105 第6章核酸化学 **节核酸的结构107 一、核酸的化学组成107 二、核酸的一级结构111 三、核酸的空间结构115 第二节核酸的理化性质119 一、核酸的溶解度119 二、核酸的解离119 三、核酸的紫外吸收120 四、核酸的变性、复性120 第三节核酸化学研究的重要技术122 一、核酸的分离与含量测定122 二、核酸电泳122 三、核酸分子杂交123 四、聚合酶链反应124 五、DNA测序125 本章小结126 第7章酶与维生素 **节酶的组成与分类128 一、酶的化学本质128 二、酶的催化特点129 三、酶的组成132 四、酶的分类134 五、酶的命名135 第二节酶的催化作用机制137 一、酶的分子结构与催化活性137 二、酶加速反应的本质——降低活化能140 三、中间产物学说141 四、酶作用专一性的机制141 五、酶作用高效性的机制143 第三节酶促反应动力学146 一、酶促反应速度与活力单位146 二、底物浓度对酶促反应速度的影响147 三、酶浓度对酶促反应速度的影响150 四、pH对酶促反应速度的影响150 五、温度对酶促反应速度的影响152 六、激活剂对酶促反应速度的影响152 七、抑制剂对酶促反应速度的影响153 第四节维生素与酶的辅助因子155 一、维生素B1与焦磷酸硫胺素156 二、维生素B2与FMN、FAD157 三、维生素B3与辅酶A158 四、维生素B5与NAD+、NADP+159 五、维生素B6与磷酸吡哆素160 六、维生素B7160 七、维生素B11与四氢叶酸161 八、维生素B12与辅酶B12162 九、硫辛酸163 十、维生素C164 第五节酶在食品工业中的应用165 一、酶在淀粉加工中的应用165 二、酶在乳品加工中的应用166 三、酶在果蔬加工中的应用168 四、酶在酒类酿造中的应用168 五、酶在肉、蛋、鱼类加工中的应用169 六、酶在焙烤食品加工中的应用170 本章小结171 第二篇生物大分子在体内的代谢及调节 第8章生物氧化 **节概述174 一、生物氧化的概念174 二、生物氧化的方式174 三、生物氧化的特点174 第二节呼吸链175 一、呼吸链的组成175 二、线粒体内两条重要的呼吸链178 三、线粒体外氧化180 第三节生物氧化中能量的生成及利用182 一、高能键及高能化合物182 二、ATP的生成184 三、ATP的贮存和利用187 本章小结189 第9章糖类代谢 **节糖类的消化与吸收190 一、糖类的消化190 二、糖类的吸收191 第二节糖类的分解代谢192 一、糖类的无氧分解192 二、糖类的有氧分解200 三、磷酸戊糖途径208 第三节糖类的合成代谢212 一、糖异生212 二、糖原的合成217 三、其他糖类的合成218 第四节糖类代谢各途径间的联系220 本章小结221 第10章脂类代谢 **节脂类的消化、吸收及转运223 一、脂类的消化223 二、脂类的吸收224 三、脂类的转运224 第二节脂肪的分解代谢226 一、脂肪的水解226 二、甘油的分解代谢226 三、脂肪酸的分解代谢226 第三节脂肪的合成代谢234 一、磷酸甘油的生物合成235 二、脂肪酸的生物合成235 三、脂肪的生物合成238 第四节类脂的代谢239 一、甘油磷脂的代谢239 二、胆固醇的代谢239 第五节脂代谢的调节241 一、激素对脂类代谢的调节241 二、脂肪酸代谢的调节控制241 三、胆固醇代谢的调节控制242 本章小结242 第11章氨基酸和核苷酸代谢 **节蛋白质的消化吸收244 一、蛋白质的消化244 二、蛋白质的吸收245 第二节氨基酸的代谢245 一、氨基酸脱氨基作用245 二、氨基酸的脱羧基作用247 三、氨的代谢248 四、α 酮酸的代谢251 第三节个别氨基酸的代谢251 一、一碳单位252 二、甘氨酸及丝氨酸的代谢252 三、芳香族氨基酸的代谢252 四、含硫氨基酸的代谢253 第四节核苷酸的分解代谢257 一、嘌呤核苷酸的分解代谢257 二、嘧啶核苷酸的分解代谢257 第五节核苷酸的合成代谢258 一、嘌呤核苷酸的合成代谢259 二、嘧啶核苷酸的合成代谢261 三、脱氧核糖核苷酸的合成代谢262 本章小结265 12章核酸和蛋白质的生物合成 **节中心法则266 第二节DNA的生物合成268 一、DNA的半保留复制理论268 二、参与DNA复制的酶268 三、DNA复制的过程271 四、DNA的损伤与修复273 五、依赖RNA的DNA合成274 第三节RNA的生物合成275 一、RNA聚合酶276 二、转录过程277 三、转录后加工278 四、RNA的复制281 第四节蛋白质的生物合成282 一、参与蛋白质生物合成的物质282 二、蛋白质生物合成过程291 本章小结302 第13章物质代谢的联系与调节控制 **节物质代谢的关系304 一、糖类代谢与脂类代谢的关系304 二、糖类代谢与蛋白质代谢的关系305 三、蛋白质代谢和脂类代谢的关系305 四、核酸与其他物质代谢的关系305 第二节物质代谢的调节与控制306 一、酶的区域化定位306 二、酶活性的调节307 三、酶合成的调节310 四、激素调节317 五、神经系统调节318 本章小结318 第三篇现代生化技术应用案例 第14章现代生化技术在食品中的应用案例 **节现代生化分离技术在食品中的应用320 一、膜分离技术在食品中的应用320 二、萃取技术在食品中的应用323 三、分子蒸馏技术在食品中的应用325 第二节现代生化分析技术在食品中的应用327 一、色谱分析技术在食品中的应用327 二、免疫分析技术在食品中的应用329 三、生物芯片技术在食品中的应用331 第三节基因工程技术在食品中的应用334 一、重组DNA技术在食品中的应用334 二、PCR技术在食品中的应用336 本章小结339 主要参考文献340

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前　　言

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第1章绪论 食品生物化学是研究食品成分的组成、结构、性质、形成和在人体内的代谢，以及在贮藏加工过程中化学变化规律的科学。它是运用生物化学的原理阐述食品物料的化学组成、结构、性质和加工过程中的变化，以及其在人体内的代谢过程。食品生物化学不同于普通的生物化学和食品化学，而是将二者的基本原理有机地结合起来并应用于食品科学研究的一门交叉科学。 **节生物化学及食品生物化学 一、生物化学 生命是物质的一种高级运动形式，生物体内各种物质的化学结构和化学反应过程均是生命活动的体现。生物化学（biochemistry)就是以物理、化学及生物学的现代技术研究生物体的物质组成和结构，物质在生物体内发生的化学变化，以及这些物质的结构和变化与生物生理机能之间的关系，从而在分子水平上深入揭示生命现象本质的一门科学，即生命的化学。 (一)生命的物质基础生物化学的研究揭示了生物体是由多种有机和无机物质组成的，它们都是生命活动不可或缺的成分。其中两大类重要物质是蛋白质和核酸，它们是生命*基本的物质。 生物体内存在种类繁多的蛋白质，它们执行着各种生理功能。例如，酶具有催化功能，催化各种代谢反应；激素（绝大多数都是蛋白质）起着代谢调节的作用；血红蛋白运输氧；肌肉蛋白进行收缩和舒张；免疫蛋白执行防御功能等。这些功能的综合表现就是有序的生命活动，因此认为生物的生命活动是通过蛋白质来实现或体现的。 生命现象多种多样，生物界更是丰富多彩，体现生命现象的蛋白质数目必然极其繁多，但是构成蛋白质的氨基酸却只有20多种。人们不禁要问，这20多种氨基酸是如何构成如此丰富多彩的蛋白质的呢？一个简单的数学排列组合就可以回答这个问题，生物体内要合成由100个氨基酸组成的蛋白质，那么20种氨基酸以一定顺序排列就可提供20100个蛋白质。在生物进化过程中，蛋白质的种类和数目是无限的，从而展示了生物界的千变万化。不同的生物，各自有其特定的生命活动特征，并且这种特征又是世代相传的。 生物是怎样控制蛋白质的合成并保持其生命特征呢？这就要靠生命活动的另一种基本物质——核酸。核酸是一种生物大分子，它有两个基本特征和功能：一是核酸能自我复制，因而能够使生命特征世代相传；二是核酸能指导、参与合成生物所特有的蛋白质，并通过蛋白质的生理功能体现每个生物的生命特征。因此，核酸是生物遗传的物质基础。 生物体的组成除包含蛋白质和核酸两大类基本物质外，还有糖类和脂类等复杂的生物分子，以及具有生物活性的小分子化合物，如维生素、激素、氨基酸及其衍生物、肽、核苷酸、无机盐等。生物体就是由这些物质成分按严格的规律和方式组织而成的。 （二）物质代谢生物体内有许多化学反应，并按一定规律持续不断地进行着。恩格斯对新陈代谢做过精辟的阐述，他指出：“生命，即通过摄食和排泄来实现的新陈代谢，是一种自我完成的过程，这种过程是为它的体现者——蛋白质所固有的，生来就具备的。没有这种过程，蛋白质就不能存在。”恩格斯在这里一方面指出了生命的物质基础是蛋白质，另一方面指明了生命的特征就是不断地进行新陈代谢，这些论断都为现代科学所证实。 新陈代谢（metabolism）是生物体内全部有序化学变化的总称。广义上的概念是生物体与外界环境之间的物质和能量交换及生物体内物质和能量的转变过程；狭义的概念是指细胞内所发生的酶促反应过程，称为中间代谢。新陈代谢包括同化和异化两个基本过程。生物体在其生命活动中，不断地从外界摄取氧、水、蛋白质、糖类、脂类、无机盐和其他营养物质，通过一系列化学反应，将这些物质转化为自身的组成成分，这就是同化作用（assimilation）。与此同时，生物体不断地将本身已有的陈旧组成成分分解转化为其他物质排出体外，这就是异化作用（dissimilation）。生物体在不断地新陈代谢过程中，演绎着生长、发育、繁殖、分泌和运动等生理过程，新陈代谢一旦停止，生命就会终止。 二、食品生物化学 人类为了维持生命，必须从外界取得物质和能量。人经口摄入体内的含有营养素（如蛋白质、糖类、脂类、矿物质、水等）的物料统称为食物或食料。绝大多数的人类食物都是经过加工以后才食用的，经过加工以后的食物成为食品。食品科学是一门以生物学、化学、工程学等为主要基础的综合科学。食品生物化学是食品科学的一个重要分支，是应用化学之一，它所要研究的主要内容包括以下几个方面。 （1）食品的化学组成、主要结构、性质、生理功能及人体对它们的需要。食品的化学组成是指食品中含有的能用化学方法进行分析的元素或物质，主要包括无机成分如水、矿物质，有机成分如糖类、蛋白质、核酸、脂类、维生素等。 （2）以代谢途径为中心，研究食品在人体内的变化规律及伴随其发生的能量变化。 （3）食品在加工、储运过程中的变化及这些变化对食品感官质量和营养质量的影响。 第二节生物化学发展史 生物化学是一门既古老又年轻的科学，因为它既有悠久的发展历史，近年又有许多重大的进展和突破。 生物化学的研究始于18世纪晚期，但作为一门独立的学科是在20世纪初期。18世纪中叶至20世纪初是生物化学的初期阶段，主要研究生物体的化学组成、性质及含量，这个阶段可称为“静态生物化学”时代。1770～1786年瑞典Scheele分离出甘油、柠檬酸、苹果酸、乳酸、尿酸等，被认为奠定了生物化学的基础。期间的重要贡献还有对脂类、糖类及氨基酸的性质进行了较为系统的研究；发现了核酸；化学合成了简单的多肽；酵母发酵过程中“可溶性催化剂”的发现奠定了酶学的基础等。尤其是1828年，Wolher在实验室里将氰酸铵转变成了尿素。氰酸铵是一种普通的无机化合物，而尿素则是哺乳动物尿中的一种有机物。人工合成尿素的成功，彻底改变了有机物只能在生物体内合成的错误观点，为生物化学的发展开辟了广阔的道路。 从20世纪初期开始，伴随着分析鉴定技术的进步，生物化学进入了蓬勃发展阶段。例如，在营养学方面，人们发现了人类必需氨基酸、必需脂肪酸及多种维生素；在酶学方面，美国化学家Sumner于1926年首次得到脲酶结晶，其后另一位美国化学家Northrop相继制备出胃蛋白酶等结晶，从而证明了酶的化学本质是蛋白质；在物质代谢方面，得益于化学分析及同位素示踪技术的发展与应用，生物体内主要物质的代谢途径已基本确定，德国生物化学家Embden和Meyerhof阐明了糖酵解反应途径；英国生物化学家H.A.克雷布斯(Krebs)证明了尿素循环和三羧酸循环；美国生物化学家Lipmann发现了ATP在能量传递循环中的中心作用。这个时期的生物化学是以研究物质代谢变化为主体，称为“动态生物化学”阶段。 自20世纪50年代以来，由于电镜、超速离心、多种色谱方法、电泳和X射线晶体衍射等现代技术和设备的发明和发展，加上许多优秀的物理学家、化学家、微生物学家和遗传学家参加到生物化学的研究领域中，生物化学进入了突飞猛进的大发展新时期。在动态生物化学研究的基础上，结合生理机能，并注意环境对机体代谢的影响，使生物化学进入了“机能生物化学”时期，是真正意义上的现代生命化学。具体体现在对蛋白质、酶和核酸等生物大分子的研究，从分离提纯和一般性质的测定，发展到确定其化学组成、序列、空间结构及其与生物学功能的联系，进而发展到人工合成、人工模拟，并创立了基因工程。这个时期具有代表性的重要成果包括：1953年，Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型，真正揭开了分子生物学研究的序幕，被认为是20世纪自然科学中的重大突破之一，大大促进了核酸分子生物学的突飞猛进；1958年Crick提出了“中心法则”，为分子生物学奠定了基础；Jacob和Mondo于1961年提出了操纵子学说；1965年，我国生化工作者首先用人工方法合成了有生物活性的胰岛素；1970年以后，Arber、Dathans和Smith在限制性内切核酸酶研究方面作出贡献，Temin和Baltimore发现了逆转录酶；Berg等成功地进行了DNA体外重组；1978年，胰岛素基因在大肠杆菌中获得表达，显示出重组DNA技术的应用远景；1979年，我国又合成了酵母丙氨酸 tRNA，开辟了人工合成生物大分子的途径；1981年，Cech等研究原生动物四膜虫rRNA的加工时，发现RNA分子有高度催化活性，能催化RNA的剪接，这一发现为生物催化剂开拓了新的领域，打破了只有蛋白质组成的酶才有催化作用的传统观点。据不完全统计，这一时期因在生物化学及相关领域的贡献而获得诺贝尔奖的科学家，占生理学或医学奖的一半和化学奖的1/3以上。这些事实从一个侧面充分反映出生物化学在现代科学尤其是生命科学发展中的领先地位。21世纪，生物化学将有更飞跃的发展。2003年4月14日，中、美、日、德、法、英6国科学家宣布人类基因组序列图谱绘制成功，且已完成的序列图谱覆盖了人类基因组所含基因区域的99%，精确率达99%。同时精确测定的生物大分子的三维结构已超过1万种，使人们已经有可能在生命物质的精确三维结构及其运动的基础上，了解生命活动的规律和机制。这使得人们迎来了生物学的崭新时代，即“后基因组时代”。 第三节生物化学与食品科学 生物化学是由化学与生物学相互渗透、相互影响而形成的一门科学，它与化学和生物学的许多分支科学均有密切关系。生物化学是食品科学的重要组成部分，也是食品科学发展的重要理论依据和技术基础，它对开发食品资源、研究食品工艺、完善食品质量管理和贮藏技术具有重要作用。现代食品科学是以现代科学、技术与工程为基础，以食品生产、加工、包装、贮藏、流通、消费、环保等为主要研究内容，以食品卫生、营养、感官品质等食品质量及其变化、维护、检验、评价等为研究中心，并与现代管理科学、人文科学、市场营销等有密切联系的一门跨学科的综合性科学。 在食品资源开发方面，生物工程的发展为食用农产品的品质改造、新食品的开发及食品添加剂和食用酶的开发拓宽了道路。在食品生产方面，食品工业、发酵工业等都需要广泛地应用生物化学的理论及技术，尤其是在发酵工业中，人们可以根据微生物合成某种产物的代谢规律，通过控制反应条件，或者利用基因工程来改造微生物，大量生产所需要的生物产品。目前，利用发酵法已经成功地实现了维生素C、多种氨基酸的工业化生产；利用淀粉酶和葡萄糖异构酶等酶制剂生产出高果糖糖浆等一系列产品。 在食品分析检测方面，常用的生化分离检测技术有光谱分析、层析、电泳、免疫学、膜分离技术等，这些技术在食品中得到了广泛应用，是现代食品加工检测的主要技术支撑。随着生物化学的发展，以及其不断影响食品科学的发展，使得食品的概念从农业食品、工业食品发展到转基因食品，这些食品满足人类的营养需要，适应不同人群的生理特点，为提高人们的生活质量发挥着不同的作用。 21世纪的食品生物化学，其任务除研究食品成分的结构、性质、营养价值，食品在贮藏加工中的化学变化及其在消化吸收后参与人体代谢的规律外，还应研究基因的作用及遗传信息对食品原料采摘前或屠宰前品质形成的规律、食品质量和营养价值的影响。 知识框 三羧酸循环的创立者——H.A.克雷布斯博士的故事 H.A.克雷布斯(Krebs)，英籍生物化学家，1900年8月25日生于德国希尔德斯海姆，1981年10月22日卒于英国牛津。H.A.克雷布斯是伟大的，因为他在32岁时发现了生成尿素的鸟氨酸循环，37岁时又发现了重要的三羧酸循环。他是如何发现三羧酸循环的呢？ H.A.克雷布斯的成就是因为他继承了前人工作的结晶。早在1910年就有科学家发现乳酸、琥珀酸、苹果酸、顺乌头酸、柠檬酸等都能够比较迅速地被氧化，进而在1937年有科学家发现由柠檬酸氧化可生成α 酮戊二酸，异柠檬酸、顺乌头酸是中间产物。在此基础上，H.A.克雷布斯发现柠檬酸可经过顺乌头酸、异柠檬酸、α 酮戊二酸而生成琥珀酸。因已知琥珀酸可生成草酰乙酸，这样就弄清楚了从柠檬酸到草酰乙酸的过程。之后，H.A.克雷布斯又发现了一个极关键的反应，就是在肌肉中如果加入草酰乙酸便有柠檬

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