稻穀營養與健康（簡體書）

植物化學物對人體健康的影響及其對慢性病的防治作用是當代生命科 學研究的前沿與熱點之一?稻谷具有非常豐富的營養成分(植物化學物), 全世界有一半的人口食用稻谷?《稻谷營養與健康》共11章,對于稻谷不同的營養成分, 從其分子結構?理化特征?品系差異?提取和純化?生理功能和作用的分子機 制等方面,多角度地介紹了稻谷營養成分的基礎知識和當今研究的新進展, 特別是營養成分干預的信號轉導通路和調控的關鍵靶基因,以及對相關疾 病的防控等,是第一部系統闡述稻谷營養與健康的專著?

《稻谷營養與健康》可供高等院校人類營養學?食品營養學?食品科學與工程等專業師 生,以及其他生命科學研究人員參考,特別適用于食品學院和預防醫學院研究生學 ?

目錄
緒論1
第1章稻米淀粉3
1.1稻米淀粉的結構及理化特性3
1.1.1淀粉及改性淀粉的顆粒形貌結構3
1.1.2淀粉的組成5
.3淀粉及改性淀粉的結晶結構7
4稻米淀粉及其改性淀粉的理化特性9
1.2稻米淀粉對稻谷食用品質的影響11
.2.1直鏈淀粉和支鏈淀粉的含量對稻谷食用品質的影響12
L2.2直鏈淀粉含量對稻谷貯藏期間質構特性的影響12
1.3稻米淀粉及其變性淀粉的營養價值13
L3.1天然稻米淀粉14
.3.2變性淀粉14
1.4抗性淀粉的生理功能19 目錄
緒論1
第1章稻米淀粉3
1.1稻米淀粉的結構及理化特性3
1.1.1淀粉及改性淀粉的顆粒形貌結構3
1.1.2淀粉的組成5
.3淀粉及改性淀粉的結晶結構7
4稻米淀粉及其改性淀粉的理化特性9
1.2稻米淀粉對稻谷食用品質的影響11
.2.1直鏈淀粉和支鏈淀粉的含量對稻谷食用品質的影響12
L2.2直鏈淀粉含量對稻谷貯藏期間質構特性的影響12
1.3稻米淀粉及其變性淀粉的營養價值13
L3.1天然稻米淀粉14
.3.2變性淀粉14
1.4抗性淀粉的生理功能19
L4.1抗性淀粉的制備20
.4.2抗性淀粉對機體能值的影響21
.4.3抗性淀粉對大腸健康的影響21
.4.4抗性淀粉對血糖的調節作用22
.4.5抗性淀粉對膽固醇代謝的影響22
.4.6抗性淀粉對礦物質吸收的影響23
5變性淀粉的安全性評價23
.5.1變性淀粉分類及食用變性淀粉的安全問題23
.5.2變性淀粉的生產安全控制24
L5.3國內外關于食用化學變性淀粉法規25
.5.4化學變性淀粉的毒性及安全性研究28
參考文獻28
第2章稻米蛋白和活性肽30
1稻米蛋白的理化特征30
L1稻米蛋白的組成30
L2稻米蛋白的分布31
L3稻米蛋白的存在狀態32
L4稻米蛋白分子和亞基組成33
2.2稻米蛋白的營養價值和生理功能34
1稻米蛋白的營養價值34
2.2.2稻米蛋白的低過敏性35
2.2.3稻米蛋白的生理功能36
3稻米活性肽的生理功能39
2.3.1活性肽39
2.3.2稻米活性肽的生理活性39
2.3.3稻米活性肽的制備方法42
稻米活性肽的純化方法45
參考文獻47
第3章 米糠油50
1米糠油概述50
3.1.1米糠油的營養價值50
3.1.2米糠油的應用51
2米糠油脂肪酸52
3.2.1脂肪酸的種類和命名52
3.2.2米糠油的主要脂肪酸組成53
3.2.3米糠油脂肪酸構成比例分析55
3米糠油的提取與精煉58
3.3.1螺旋壓榨法58
3.3.2膨化浸出制油58
3.3.3其他方法59
3.3.4米糠油的精煉59
3.3.5米糠油加工過程的技術難題61
3.4米糠油脂肪酸分析方法62
3.4.1脂肪酸定性62
3.4.2米糠油脂肪酸的定量63
3.4.3米糠油質量指紋圖譜技術63
參考文獻66
第4章 谷維素68
17-谷維素化學成分及代謝68
7-谷維素化學成分68
r谷維素吸收?分布及代謝68
4.27-谷維素的提取與純化69
二次堿煉法69
4.2.2酸化蒸餾分離法69
弱酸取代法69
4.2.4甲醇萃取法69
4.2.5非極性溶劑萃取法70
4.2.6吸附法70
4.2.7溶劑分提法70
4.2.8谷維素的純化70
7-谷維素的生理功能71
4.3.1清除自由基和抗脂質過氧化作用71
4.3.2抗炎作用72
4.3.3降血脂作用73
4.3.4降血糖作用74
其他生理活性75
參考文獻76
第5章維生素E78
5.1維生素E分類與理化特征78
5.1.1維生素E的理化特征78
5.1.2維生素E的類型和結構78
5.2稻米維生素E及其組分在品種間的變異與分布79
5.2.1秈稻與粳稻糙米中維生素E各異構體的含量79
5.2.2水稻糙米中維生素E及其各組分間的相關性79
維生素E的提取80
5.3.1超臨界C02萃取法80
5.3.2溶劑萃取法80
5.3.3蒸餾法80
5.3.4真空蒸餾法80
5.3.5尿素絡合法81
5.3.6其他方法81
4維生素E的生理功能81
5.4.1維生素E的抗氧化作用81
5.4.2維生素E維持生育的功能82
5.4.3維生素E增強免疫的功能82
5.4.4維生素E抑制血小板增殖?凝集和血細胞黏附83
5.4.5維生素E抗癌作用83
5.4.6維生素E抗炎作用84
參考文獻85
第6章膳食纖維87
1膳食纖維的組成87
2膳食纖維的結構與主要成分88
纖維素88
6.2.2半纖維素88
果膠88
樹膠89
木質素89
6.3膳食纖維的理化性質89
1吸水溶脹作用89
6.3.2梯度黏合作用90
6.3.3機械隔離作用90
6.3.4網孔吸附作用90
6.3.5離子交換作用90
6.3.6菌群調節作用90
6.4米糠可溶性纖維的提取91
1熱水浸提法91
6.4.2超聲波法91
6.4.3高壓電脈沖提取法91
6.4.4微波輔助浸提法91
6.4.5米糠多糖的純化工藝研究92
不同多糖成分的分離方法92
6.5膳食纖維的生理功能92
6.5.1抗癌作用92
6.5.2降脂與降膽固醇作用93
.5.3改善血糖與抗糖尿病94
6.5.4改善大腸功能95
6.5.5降低血槳膽固醇的作用95
.5.6降低營養素利用率與減肥96
.5.7降低呼吸系統疾病96
.5.8其他保健作用97
6膳食纖維對其他營養元素吸收的影響97
H.1影響維生素八的吸收97
2影響維生素B;的吸收97
3影響維生素Bu的吸收98
4影響礦物質的吸收98
參考文獻98
第7章Y-氨基丁酸100
17-氨基丁酸的結構與理化特征100
7.27-氨基丁酸的提取101
7.3發芽糖米富集GABA101
7.3.1糙米品種的優選101
7.3.2發芽糙米富集GABA條件的優化101
7.3.3富含GABA發芽糙米產品的開發102
7.47-氨基丁酸的生理功能102
7.4.1鎮靜神經與抗焦慮作用102
7.4.2降血壓功能103
7.4.3抗心律失常功能103
7.4.4調節激素的分泌103
7.4.5提高生殖生理作用104
7.4.6胃保護功能104
7.4.7抗衰老作用104
7.4.8神經營養作用105
4.9其他功能105
參考文獻105
第8章 谷甾醇 107
8.1谷甾醇的組成及理化特征107
谷甾醇的組成107
1.2毒性108
8.2谷甾醇的提取和純化108
2.1溶劑結晶法108
2.2皂化法108
2.3絡合法108
2.4酶法108
2.5超臨界C02萃取法109
2.6微波輔助提取法109
2.7超聲輔助提取法109
8.2.8植物甾醇純化的方法109
8.3谷甾醇的生理功能110
3.1預防心血管系統疾病110
8.3.2抑制腫瘤作用110
3.3類激素功能112
3.4抗炎癥作用112
3.5免疫調節113
3.6促進新陳代謝113
3.7調節生長113
3.8抗病毒113
谷甾醇的應用113
4.1保健食品114
4.2藥物114
4.3其他應用114
參考文獻115
第9章二十八烷醇117
1二十八焼醇理化特征與毒性117
1.1二十八烷醇的理化特征117
1.2二十八烷醇的安全性117
2稻米二十八烷醇的提取118
2.1超聲波水解法118
2.2分子蒸餾法118
2.3化學酯交換法118
2.4超臨界C02萃取法118
2.5高真空分餾法119
3二十八焼醇的生理功能119
3.1增強免疫功能和運動耐力119
3.2增強機體缺氧耐受力120
3.3抗心肌線粒體損傷120
3.4調節運動神經功能120
3.5促進脂類代謝121
3.6預防心血管疾病121
9.3.7抑制胃潰瘍121
9.3.8抗凝血作用121
3.9保護肝臟122
9.3.10細胞保護作用122
9.3.11提高反應敏銳性122
9.3.12其他功能122
二十八焼醇的應用123
4.1在食品方面的運用123
9.4.2在醫藥行業中的運用124
在化妝品中的運用124
在飼料中的運用124
124
第lo章qj127
1植酸的理化特征127
2植酸的提取與純化127
菲丁法127
10.2.2溶劑萃取法128
10.2.3膜分離法128
10.2.4其他方法12810.2.5植酸的純化128
3植酸的生理功能129
10.3.1抗癌活性129
10.3.2改善血紅細胞功能129
10.3.3抗衰老作用130
10.3.4螯合作用130
10.3.5抗氧化作用130
6其他生物活性130
10.4植酸在食品中的應用131
保鮮液131
鎌頭食品中的應用131
.3飲料生產中的應用131
10.4.4抗氧化劑131
10.4.5植酸對微生物發酵的促進作用132
6藥物132
10.5植酸抗營養化作用132
10.5.1植酸及其抗營養特點133
10.5.2日糧中添加植酸酶對畜禽出產機能的影響133
參考文獻134
第11章其他植物化學物136
1神經酰胺136
神經酰胺的結構與理化特性136
11.1.2神經酰胺的提取136
11.1.3神經酰胺的生理功能136
2胃酉同138
11.2.1米糠中黃酮的類型139
11.2.2不同顏色稻精米與米糠中黃酮含量差異分析139
11.2.3黃酮的提取方法139
11.2.4黃酮的生理功能141
.2.5作為食品及飼料添加劑143
3角鯊烯143
11.3.1角鯊烯結構和性質143
11.3.2角鯊烯的提取144
11.3.3角鯊烯的生理功能145
11.3.4角鯊烯的應用147

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緒 論
人類在求得生存與發展的漫長過程中,首先需要解決的就是飲食問題?飲食 是人類賴以生存?健康的物質基礎,飲食與人類健康的關系是人類歷史長河中亙古 不變的永恒主題之一?人們在長達數千年探索合理飲食與人類健康關系的歷史進 程中,積累了十分豐富的感性認識和實踐經驗?在漫長的探索飲食與健康關系的 歷史進程中,漸漸應運而生了食品營養學?食品營養學主要研究飲食與健康的相 互作用及其規律?作用機制及據此提出的預防疾病?促進健康的措施等?它主要闡 述食物的營養組成?生理功能及為改善?彌補食物的營養缺陷所采取的各種干預 ?
我國對食物營養及其對人體健康影響的認識歷史悠久,源遠流長,在《黃帝內 經》中就提出了“五谷為養,五果為助,五畜為益,五菜為充,氣味合而服之,以補精 益氣”的基本原則?《靈樞?營衛生會》說:“人受氣于谷,谷入于胃,以傳于肺,五臟 六腑皆以受氣?”說明了飲食營養對人體健康的重要意義,在病理情況下,或借助藥 物治療時,也要注重飲食以調治疾病,這是這一時期提出的食療原則?東晉葛洪就 明確提出了 “食療”的概念和藥食同源的觀點,認為就食物功能而言,“用之充饑則 謂之食,以其療病則謂之藥”公元659年,孟詵編寫了我國第一部食療專著《食療 本草》?宋朝的王懷隱等編寫的《太平圣惠方》,記載了 28種疾病的食療方法?在 西方,古希臘名醫希波克拉底(Hippocrates)在公元前400多年已認識到膳食營養 對健康的重要性,并提出“食物即藥”的觀點,這同我國古代關于“藥食同源”的學說 有驚人相似之處?不僅如此,他還嘗試用海藻治療甲狀腺腫大?用動物肝臟治療夜 盲癥和用含鐵的水治療貧血病,這些飲食療法有些現在仍被沿用?
18世紀中葉以前,關于膳食?營養與健康的關系雖然已形成了大量的觀,存?學 說甚至理論,有些還在實踐中得到驗證,但這些認識多是表面的感性經驗的積累, 缺乏對食物全面和本質的認識?“化學革命”的出現,確定了主要化學元素并建立 了一系列的化學分析方法,才開創了現代意義上的營養學研究;建立了食物成分的 化學分析方法和動物實驗方法;明確了一些營養缺乏病的病因;分離和鑒定食物中 的營養素(nutrient)?在此基礎上,系統研究了這些營養消化?吸收代謝及其功能? 營養素缺乏引起的疾病及其機制等?食品營養學的快速發展不僅得益于化學?物 理學突飛猛進的發展,還依賴于生物化學?微生物學?生理學?醫學等學科所取得的 性成 ?
隨著分子生物學技術和理論向各學科的滲透,特別是在1985年分子營養學 (molecular nutrition)概念的提出,食品營養學研究進入分子時代?分子營養學將 從更加微觀的角度研究營養素與基因之間的相互作用及其對人類健康的影響?食 品分子生物學的深入研究,將促進發現營養素新的生理功能,同時禾IJ用營養素干預 疾病相關的信號轉導通路,以促進人體內有益基因的表達或(和)抑希U有害基因的 表達;另外,還可根據人群個體基因型等遺傳背景的差異,制定不同的膳食供給量 標準,為相關疾病在患者或亞健康人群中的防治提供科學的理論依據?除傳統營 養素外,植物化學物(phytochemical)對人體健康的影響及其對慢性病的防治作用 漸漸成為食品營養學的研究熱點?對植物化學物的深入研究不僅有利于促進人類 健康,防治人類重大慢性疾病,同時對植物化學物作用分子機制的深入研究將更加 明確其在人類健康中的作用?地位,并將有一部分植物化學物被劃分為新的營 養素?
稻米是可食用的一年生草本植物,性喜溫濕?稻谷脫了殼稱作“稻米”或“大 米”,煮熟后稱“米飯”?全世界有一半的人口食用稻米,主要在亞洲?歐洲南部和美 洲及非洲部分地區?稻米總產量占世界糧食作物產量第三位,低于玉米和小麥,但 能維持較多人口的生活,所以,聯合國規定2004年為“國際稻米年”?我國是稻的 發源地之一,種植水稻已有7000多年歷史,稻產量和種植面積均居世界第一位,總 產量占世界總產量的30%左右?我國稻產區主要集中在長江流域和珠江流域? 近年來,我國糧食生產實現了連續10年豐收,稻谷年產量已超過2億t,約占我國 糧食總產量的2/5?稻米是我國重要的食糧,我國65%以上的人口以稻米為主食? 我國稻米消費主要以直接食用為主,國家相關部門公布的我國稻米消費結構顯示, 直接食用消費占我國稻米總消費量的85%左右,飼料消費占7%,而工業消費僅占 1 %?隨著我國國民經濟的持續發展和人們生活水平的不斷提高,我國居民對稻米 的食用品質提出了越來越高的要求?
《黃帝內經》中說:“稻米者完”,意思是稻米春種秋收,吸收近一年的陽光和地 氣,給人類提供完整而全面的營養?在國外,富集多種稻米營養素的米糠被稱為 “天賜營養源”?稻米不僅可作為人類的主要食物,也可作為新型功能保健品的一 種重要原材料?稻米由皮層?胚乳和胚三部分組成,皮層包圍在胚和胚乳外面?研 究表明,皮層富含維生素?鐵?鈣?鋅等微營養元素,膳食纖維及植酸等;胚乳富含淀 粉,是食用部分,也是功能性食品?低脂肪和低熱量食品重要的原料或配料;胚富集 多種功能性的生理活性成分,如氨基丁酸?肌醇?谷維素?谷胱甘肽?去氫神經酰胺 等?此外,黑米和紅米還富含黃酮類生化物?生物堿等功能成分?因此,稻米中功 能成分的發掘利用潛力巨大,可望在增強人體機能和代謝平衡上發揮重要作用,從 而達到提高稻米的附加值?擴大稻米利用范圍的目的?
隨著科技的日益進步,人們的生活水平大大提高了,食品營養與健康也隨之受 到人們極大的關注?世界上近一半人口,包括幾乎整個東亞和東南亞的人口,都以 稻谷作為最重要的糧食作物?稻谷作為主食,具有豐富的營養,稻谷里含有水分? 碳水化合物(淀粉?纖維素?半纖維素等)?蛋白質?脂肪?維生素?礦物質等,其中淀 粉含量最高,約有70%以上,既容易被人體消化?吸收,又能供給人體大量的熱能? 谷物中還含有在人體/J?腸中不能被消化吸收的淀粉,稱為抗性淀粉,與膳食纖維的 特性相似?
1.1稻米淀粉的結構及理化特性
淀粉由植物通過光合作用天然合成,主要存在于稻米?玉米?馬鈴薯?小麥?高 粱?木薯等主要農作物里和許多其他植物的根部?塊莖?種子中?工業生產中提取 淀粉主要采用磨法工藝?機械分離方式,再通過離心?洗滌?干燥得到純凈的淀粉產 品?這樣提取出來的淀粉稱為原淀粉,它的化學結構和性質沒有發生變化?淀粉 及其水解產物葡萄糖經發酵可生產醇?醛?酮?酸?酯?醚等有機化工產品,可作為生 產高分子材料的原料?另外,淀粉經物理?化學或生物的方法進行改性可制備多種 淀粉衍生物,與原淀粉相比,改性淀粉的化學結構和性質發生了明顯的變化?
1. 1. 1淀粉及改性淀粉的顆粒形貌結構
1. 不同來源天然淀粉的顆粒大小及形狀
不同品種的淀粉顯示出不同的顆粒大/J?和形狀?除了直鏈淀粉含量高的玉 米?馬鈴薯和木薯淀粉夕卜,大部分淀粉顆粒直徑小于50Hm,大米淀粉顆粒直徑為 2?8Hm,有非常窄的顆粒直徑分布范圍,而馬鈴薯淀粉顆粒直徑為6?82Hm,有最 寬的顆粒直徑分布范圍?大部分淀粉顆粒的平均直徑為10?20Hm?所有淀粉中 顆粒最小的是大米淀粉,僅有6.4Hm的平均直徑,顆粒最大的是馬鈴薯淀粉,有 38. 3jum 的平均直徑(Li and Yeh,2001)?
淀粉是由單一類型的糖單元組成的多糖,淀粉的分子式為(C6HM〇5 )?不同 品種的淀粉顆粒表現出不同的形狀,淀粉顆粒形狀主要有卵圓形?橢球形?圓球形 和不同樣式的多角形?普通玉米淀粉顆粒表面光滑,具有多個平面和棱角,形狀為 多角形和少許圓形,賭質玉米淀粉顆粒的形狀與普通玉米淀粉相同,其表面相對普 通玉米淀粉較為粗糙?無裂紋?馬鈴薯淀粉顆粒表面光滑?完整,粒徑較/J?的多為 球形,粒徑大的多為卵形?木薯淀粉顆粒粒度較/]?,從外部形狀可以看出像切去了 一個球缺的大半圓球形?紅薯淀粉顆粒表面較為光滑,外形大部分呈球形,摻有少 量被削掉部分的不完整球形和少量的多角形?綠豆淀粉與馬鈴薯淀粉相比,顆粒 表面較為粗糙?無裂紋,較/J?顆粒呈球形,較大顆粒呈卵形,還有一些呈腎狀?豌豆 淀粉顆粒與綠豆淀粉較為相似,但是有些顆粒表面有裂紋?小麥淀粉有兩種類型, 較小的球形顆粒和較大的扁豆形顆粒?大米淀粉顆粒形狀大多數呈不規則的多角 形,并且有顯著的棱角?圖1.1列出了幾種主要淀粉的電鏡掃描圖?
圖1.1幾種主要淀粉的電鏡掃描圖
.不同處理方式的改性大米淀粉的顆粒形貌結構
每一種變性淀粉生產的方法不同,可以反映在它們的顆粒形貌各有不同?酶 解淀粉呈現由表面向內的多孔狀?酸水解淀粉隨酸解時間的增加,顆粒逐漸變/J?? 當化學反應程度較低時,如有效氯濃度為4% (質量分數)的氧化反應和環氧氯丙 烷的用量(相對于淀粉干基)為0. 9%的交聯反應,淀粉顆粒的外形沒有明顯變化, 反應只發生在顆粒的無定形區,未破壞顆粒的結晶結構,仍保持完整結構?但顆粒 的表面有一些塌陷和空洞?改性程度高的酯化反應,隨取代度(DS)的增加,淀粉 更明顯地呈片狀和細小的顆粒聚集狀(圖1. 2)?
圖1. 2幾種常見改性淀粉的電鏡掃描圖
1.1.2淀粉的組成
淀粉由兩個主要部分組成:直鏈淀粉和支鏈淀粉?在直鏈淀粉和支鏈淀粉里 重復出現的基本單元(-1>吡喃葡萄糖)是相同的,只是通過不同的方式連接起來, 因此構成淀粉的基本單位是『1>吡喃葡萄糖,直鏈淀粉是有少量分支的,主要為線 形,通過1,糖苷鍵連接的線形多聚物1,4-a-D-葡聚糖?除了糯性淀粉含有少于 2%的直鏈淀粉外,大部分淀粉含有20%?30%的直鏈淀粉?直鏈淀粉分子的平 均聚合度為500?12 000個葡萄糖單位,在不同生物來源的直鏈淀粉里,每個分子 包含有9?20個分支點?每個分支點上的側鏈長為4?100個甚至更多的a-D-P比 喃葡萄糖單元?節碎米?小麥和玉米淀粉的直鏈淀粉結構特征相似,節碎米直鏈淀 粉的分子鏈相比馬鈴薯淀粉和木薯淀粉要短得多,節碎米直鏈淀粉的平均聚合度 為920?3500個葡萄糖單位?在天然淀粉里,直鏈淀粉分子通常形成比較強的左 手單螺旋結構,或者形成更強的平行的左手雙螺旋結構?其螺旋結構每圈螺旋含 有6個a-D-葡萄糖殘基,螺旋內徑約為0. 7nm,螺距約為0. 8nm?圖1. 3列出了直 鏈淀粉分子的單螺旋結構?
圖1. 3直鏈淀粉分子的單螺旋結構(Gelders et a. ,2005)
大部分淀粉的最主要組成成分是支鏈淀粉,支鏈淀粉是形成淀粉顆粒形狀和 結構的主要因素?它是高度分支的大分子聚合物,每個葡萄糖單位之間以cr1,4 糖苷鍵連接構成主鏈,主鏈上再分出支鏈,支鏈通過cr1,6糖苷鍵與主鏈相連(Par- isetal.,1999),分支點的cr1,6糖苷鍵占總糖苷鍵的4%?5%?支鏈淀粉的各條 鏈又可分為主鏈(C鏈)?內鏈(B鏈)和外鏈(A鏈),C鏈是含有還原性末端的主 鏈,支鏈淀粉中僅含有一條C鏈;B鏈連有一個或多個A鏈或B鏈,是還原性末端 經由a-1,6鍵與C鏈相連的鏈;A鏈是還原性末端經由a-1,6鍵與B鏈或C鏈相 連的鏈?支鏈淀粉的結構模型為得到廣泛認同的簇狀結構模型(圖1.4)?支鏈淀 粉分子上的分支點不是隨意分布的,而是呈周期性分布的簇柱?在相同B鏈上的 兩簇間的距離平均含有22個a-D-葡萄糖殘基?平均聚合度為14?18的為短鏈, 平均聚合度大于55的為長鏈?B鏈被進一步分成B1?B2?B3等,B1為短鏈,主要 在不連續簇中形成雙螺旋,而B2?B3等為長鏈,分別延伸入2簇?簇或更多的簇 里?淀粉來源不同,支鏈淀粉短鏈和長鏈的比例不同?馬鈴薯支鏈淀粉短鏈與長