植酸的产品.docx

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植酸的产品

植酸产品简介

原作者：

史兰东

植酸（Phyticacid）的化学名称为肌醇六磷酸酯，即环己六醇六磷酸酯[3]。

磷的含量可以达到50%～80%[4]。

它是肌醇磷酸酯的混合物，包括肌醇二磷酸酯、肌醇三磷酸酯、肌醇四磷酸酯、肌醉五磷酸酯、肌醇六磷酸酯等。

分子式为C6H18O24P6，分子量660.08[5]，结构如图1。

植酸为黄色或黄褐色的粘稠透明糖浆状液体[6]，由于植酸中含有12个活泼氢离子，所以植酸显强酸性。

植酸易溶于水、含水乙醚、丙酮，难溶于无水乙醇、甲醇，不溶于无水醚类、苯、氯苯、己烷等有机物，遇高温易分解。

植酸中的12个氢离子可分三步进行电离，所以植酸在不同的pH值下可以得到不同的酸式盐，当pH>10时植酸中的12个酸性氢离子完全电离，这时生成完全的植酸盐。

植酸水溶液在封闭的管中加热时，植酸能发生水解作用，但在120℃以下短时间是稳定的，所以植酸应保存在低温阴凉处。

植酸在较宽的pH范围内与金属离子具有较强的螯合作用，这是植酸的一个很有价值的化学特性，植酸因此可形成多种物质的螯合物[7,8]。

1.2 植酸的用途

植酸是从天然植物中经过科学处理提取的精品，对人体无副作用，有着广泛而独特的用途。

具体如下[9]。

1.2.1 在食品工业中的应用

植酸是一种天然营养品，性质独特。

它的生理活性使其可作为生物体有机磷的来源，毒理实验表明其使用安全性比食盐还要高。

因而植酸广泛应用于饮料、调味品、酒类、各种罐头、食用油和肉制品等诸多食品行业中，作为防腐剂、抗氧化剂、除重金属剂、稳定剂使用，且没有毒副作用和有毒残留。

植酸最显著的特性是与绝大多数金属离子有极强络合作用和抗氧化性能。

它具有比EDAT更强的螯合能力，能与阳离子Ca2+、Zn2+、Mg2+、Fe3+等络合形成不溶性复合盐，因而可用作性能良好的多功能食品添加剂。

1.2.1.1 抗氧化剂

植酸主要应用于食用油行业，添加少量的植酸于植物油中可以抑制其氧化和水解导致的油脂酸败。

在豆油中添加少量植酸，可使其抗氧化能力提高4倍；而加入了少量植酸的花生油，不仅可提高其抗氧化能力，而且还可抑制具有强致癌作用的黄曲霉毒素的生成。

1.2.1.2 金属离子剂去除剂

在日本、欧美等国家，植酸常用作酒类和饮料的除金剂。

植酸能与酒和饮料中各种金属离子化合而形成植酸钙、植酸铁、植酸铝等沉淀，从而达到除去金属离子的目的。

用植酸处理包装啤酒可除去99.5%铁离子，避免了其在贮藏过程中由于氧化作用而导致的啤酒劣化。

同时，可通过络合蛋白质（或多酚类物质）形成难溶的三元复合物，能降低酒类降度后的固形物，改善啤酒的风味[10]。

在饮料生产中，添加0.01%～0.05%植酸，可除去过多的金属离子（特别是对人体有害的重金属），从而对人体有良好保护作用。

目前含有植酸为主要成分的快速止渴饮料己在日本投入了批量生产，这种饮料适于激烈训练的运动员和高温作业的工人饮用，具有快速止渴、复活神经机能和保护脑、肝、眼等作用。

1.2.1.3 保鲜剂

依照我国卫生部颁发的《食品添加剂卫生标准GB2760—68增补品种》，其中规定植酸适用于水产品对虾保鲜的冷冻保鲜液参考用量为0.05%～0.1%的水溶液；而日本的贝类罐头中可用0.1%～0.05%植酸，鱼类用0.3%植酸，在防止黑变及高温变色上都取得了很好的效果。

在水果、蔬菜上，喷洒0.01%～0.05%植酸与微量柠檬酸的混合液作保鲜剂，可有效地提高保鲜期[11]。

1.2.1.4 稳定护色剂

在罐头食品，如鱼、虾、乌贼等水产品罐头中添加微量植酸，可抑制鸟粪石（玻璃状磷酸钱镁结晶）的析出，防止因此产生的黑变、青变等现象，进而达到稳定护色的效果。

国外已把植酸广泛应用于罐装食品中，其添加量为0.5%左右。

在奶油蛋糕中，加入植酸可防止其加热烘烤过程中变黑：

在面包、色拉中，加入少量的植酸可增强这类食品中天然色素或合成色素的稳定性，改善食品质量，防止食品中的油脂氧化，延长保存时间；酱制品中，用植酸代替硝酸盐，不仅可保持色泽，使品质更醉香，而且可避免硝酸盐对人体的危害。

1.2.1.5 发酵促进剂

在酿酒行业，植酸可作为发酵促进剂，在酵母培养基中以0.1%植酸钾代替酸式磷酸钾，可使酵母增殖，酒味更加浓郁芳香[12]。

生产核酸类调味剂时，在Brevibacterium和Corvnebacterium培养基中加入3g·L-1～20g·L-1，植酸，可增加腺昔三磷酸和鸟昔酸的产量。

在利用Aspergillusniger发酵生产柠檬酸时，加入1.0%的植酸钠，柠檬酸的产量可提高20%～30%。

在酶类生产中，在培养基中加入0.1%的植酸，可使α-1，6糖昔酶增产2倍，β-淀粉酶的产量提高50倍。

另外，在麦芽糖制造中，用植酸处理，能使麦芽糖的透明度提高。

在速溶咖啡、干酪生产中，添加10%植酸钠、植酸钾，均能提高产品质量。

1.2.2 在医药工业上的应用

植酸本身就是对人体有益的营养品，在人体内水解产物为肌醇和磷脂，前者具有抗衰老作用，后者是人体细胞重要组成部分。

植酸主要存在于植物的种子内，但也存在于人和动物有核红细胞内，可以促进氧合血红蛋白中氧的释放，改善血红细胞功能，延长血红细胞的生存期。

1.2.2.1 作为药物

植酸可促进机体内脂肪代谢，降低血脂，抑制胆固醇的生成，对治疗肝、肾以及CCl4中毒等均有明显疗效。

还可用于消除尿道、胰脏结石病人因手术带来的痛苦。

植酸可被进一步加工成肌醇，作为预防和治疗动脉硬化，脂肪肝与肝硬变的优良药物，据资料报道，肌醇还有防止脱发，降低血液中胆固醇含量等作用。

亦可用作高级化妆品的原料、生化试剂和有机合成试剂等。

如用肌醇为主要原料配制成的降脂健美产品，在欧美市场上畅销不衰，即是有效例证。

肌醇还是生产心血管病药物肌醇烟酞胺的原料。

实验证明植酸具有广泛的抗癌作用，植酸能够促进抑癌基因P53表达并通过多种途径来抑制血管形成日，从而阻断血液供应，减少对瘤体的营养输送，使肿瘤处于“饥饿”状态而缩小瘤体[13]。

将杀伤肿瘤细胞和抑制血管形成联合于一身，是一种理想的抗肿瘤药物，对胃癌、肠癌、皮肤癌等均有较好的疗效[14]。

植酸可作为Vc、Vd、VB2:

、VB的稳定剂，是合成综合维生素的主要原料。

也可作抗凝血剂、防噬菌体感染剂、高压氧气中毒的预防剂，以及用作铅、汞等重金属中毒的防止剂和解毒剂。

1.2.2.2 微生物生长促进剂

植酸作为发酵培养基成份，培养酵母、细菌和霉菌，比普通培养基生长好。

在乳酸菌的培养基里加入植酸，可促进乳酸菌的生长；植酸培养蛋白酶产生菌可使蛋白酶产量提高两倍；在深层发酵中植酸能抑制灰色链霉菌噬菌体增殖又不会影响链霉素发酵单位；将植酸加到含单孢丝菌属介质中，可增加庆大霉素及其它抗菌素产量和核黄素的产品，使产量提高几倍。

1.2.2.3 改善肤色和发质

植酸可抑制产生皮肤黑斑的酪氨酸酶，具有除黑斑、嫩肤美白的功效，对处理座疮、治疗粉刺，改善肤色都有很好的效果。

同时又能加强血液循环，促进毛发与指甲的生长。

故在化妆品的制造中，如护肤霜中加入植酸能抑止酪氨酸酶造成的皮肤变黑，从而能起到美白作用。

在洗发液中加入植酸，则能有效的防止头屑的生成，并有抗菌及止痒作用，使头发柔软并富有光泽[15]。

1.2.2.4 植酸盐的用途

植酸的钙盐含有易被人体吸收的有机磷和钙，可用于治疗佝偻病、骨疾、钙缺乏等症状，并能促进人体的新陈代谢，改善细胞营养，是一种营养滋补药品。

植酸的钠盐和秘盐，能减少胃分泌物，治疗胃炎、十二指肠疾病及腹泻等症。

植酸锡镕99最先被用于X光肝脏扫描剂后被广泛用于脾、肾、肺及淋巴的闪烁扫描中。

植酸能抑止溶解磷酸钙和牙齿珐琅质的能力，因此具有抗龋齿的功能。

用植酸及其盐配制牙膏可洁齿、防虫、除烟垢，对指甲烟渍也有特效;在牙膏中加入1%的植酸，还可改善铝质软管中牙膏的性能，防治气体进入而产生膨胀；植酸盐也可用于牙科粘固粉。

1.3 植酸制备方法的研究进展

目前世界工业化生产植酸产量最大的是日本三井东亚化学公司，年产60t～85t，植酸浓度为48%～52%。

美国、日本等国已把植酸列为重要的原料产品，生产量和应用量逐年增大，并不断开发出新的用途。

在我国也有厂家生产，但产量不大。

1.3.1 生物合成法[17]

已证明土壤微生物能合成植酸。

1917年，William发现粗糙链孢霉（NeurosporaCrassa）肌醇缺陷型突变株能产生植酸及其异构物，同时还证明该突变株缺乏植酸酶，为游离肌醇之酶系。

因此，有人认为微生物发酵法制备植酸的关键问题通过对土壤微生物作精心的筛选，寻找适当产生菌，也可用诱变剂处理，选得肌醇缺陷型菌株来生产植酸;还可用肌醇产生菌突变定向生物合成植酸。

1.3.2溶剂萃取法

用稀强酸溶液浸泡含植酸钙（又称菲汀）的原料使植酸钙溶解于浸渍液中，再经过离子交换、脱色、浓缩而制得。

这是目前广泛应用的制备植酸的方法。

其基本原理为[18]，在酸性溶液中，植酸对金属离子的络合作用降低，使得与之结合的金属离子呈离解状态，从而使植酸钙溶解于酸液中。

再用碱进行中和，随着pH值的升高，植酸与金属离子的络合作用逐渐增强，当pH达到一定值时，植酸与金属离子又形成复盐而沉淀下来。

溶剂萃取法传统生产工艺流程主要有[19]。

①沉淀法工艺流程：

原料→酸浸取→过滤→沉淀→酸化→阳离子交换→脱色→浓缩→成品检测→包装。

②离子交换法工艺流程：

原料→酸浸取→过滤→阴阳离子交换→脱色（树脂）→浓缩→成品检测→包装。

1.3.2.1 沉淀法

沉淀法[20]是在中草药提取液中加入某些试剂使其析出其中某种或某些成分，或析出其杂质，产生沉淀，以获得有效成分或除去杂质的方法，包括醇沉淀法、酸碱中和沉淀法、铅盐沉淀法等。

其中酸碱沉淀法是利用某些成分能在酸或碱液中溶解，当加碱或酸调整溶液的pH值后，所需成分又恢复回原来结构，呈不溶物质而析出以达到分离的目的。

利用这种方法先从米糠中制得菲汀，然后由菲汀得到植酸。

菲汀的制备。

菲汀在酸性溶液中，与之结合的金属离子呈解离状态，从而使菲汀浸于酸液中，后经分离、中和、调pH值，使金属离子重新与植酸结合形成菲汀，其中钙镁菲汀溶解度小，经沉淀过滤，即可得到菲汀成品[21,22]。

由菲汀制备植酸。

将菲汀溶解转化成可溶性植酸盐溶液通入离子交换柱，控制流速进行离子交换。

此时，溶液中的Mg2+、Ca2+等杂质离子被交换到RH树脂上，H+离子被交换下来并与植酸根离子一道流出。

由于Mg2+、Ca2+，离子与RH树脂的交换能力是Mg2+＜Ca2+，故Mg2+离子在竞争交换中会最先从树脂柱上流出，可选其作始漏点，用镁试剂检出。

一旦达到漏出点，停止交换，所获流出液即为植酸稀溶液。

将植酸稀溶液用约1%量的活性炭脱色1～2次，分离，再将脱色液减压蒸发浓缩，控温70℃～80℃左右，至瓶内溶液呈稀稠状，植酸含量在75%以上即为植酸产品[23]。

1.3.3.2 离子交换法

离子交换法是应用离子交换剂进行混合物分离和其他过程的技术。

这种方法不仅用于带相反电荷的离子之间分离，还可用于带相同电荷或性质相近的离子之间的分离。

同时还广泛用于微量组分的富集和高纯物质的制备等[24]。

离子交换过程是液、固两相之间的传质与化学反应过程，在离子交换剂内外表面进行的离子交换反应通常很快，过程速率主要由离子在液、固两相的传质过程决定[25]。

1.4 研究目的与内容

植酸具有独特的生理、药理功能和化学性能,因此它在医药、化工、化学、轻工、食品、材料防爆等领域获得了极为广泛的应用。

可课题通过对植酸提取方法的工艺提取方法的研究，确定提取植酸的最佳方法以期待更好地开发和利用植酸。

同时，本实验尝试使用改性凹凸棒土进行脱盐而达到纯化植酸的目的，改变了传统方法，开创新的途径。

并通过实验进一步加深巩固所学的基本理论、基本技能和专业知识，并使之系统化、综合化；同时受到实验方法、数据处理、编辑相应文件等最基本工作实践能力的锻炼，并增强了综合运用所学知识的能力、实际操作与科研的能力，以及独立分析与解决问题的能力。

2 实验部分

2.1 实验仪器与设备

实验设备，见表1。

表1 实验设备

设备名称

型号

厂家

超声清洗仪

KQ-250B

昆山市超声仪器有限公司

水浴恒温磁力搅拌器

EMS-5

天津欧诺仪器仪表有限公司

旋转蒸发器

R201L

上海申生科技有限公司

真空泵

AT-01P

天津奥特赛恩斯仪器有限公司

电子分析天平

AP250D

上海恒平科学仪器有限公司

实验仪器，见表2。

表2 实验仪器

仪器名称

规格

数量

圆底烧瓶

500mL

1

锥形瓶

250

6

量筒

50/100mL

2

烧杯

50/250/500mL

6

容量瓶

250/500mL

2

布什漏斗

50ml

1

移液管

1mL/10mL

2

2.2 实验药品和试剂

实验药品和试剂，见表3。

表3 实验药品和试剂

药品

级别

化学式

厂家

浓盐酸

分析纯AR

HCl

蚌埠化学试剂厂

氯化铵

分析纯AR

NH4Cl

国药集团化学试剂有限公司

氢氧化钠

分析纯AR

NaOH

上海久亿化学试剂有限公司

氢氧化钙

分析纯AR

Ca（OH）2

天津市大茂化学试剂厂

氯化钠

分析纯AR

NaCl

上海久亿化学试剂有限公司

双蒸水

—

H2O

淮阴工学院实验室

活性炭

淮阴工学院实验室

凹凸棒土

—

—

淮阴工学院实验室

米糠

－

－

淮阴工学院实验室

2.3 实验方法

2.3.1       米糠提取植酸的方法

2.3.1.1 植酸钙的提取

称取定量的稻米糠，按水与米糠质量比为1:

1加水混合润湿均匀，机械研磨10min，然后将米糠转移到浸取槽，在一定温度下用盐酸浸泡适宜时间浸泡完成后进行抽滤。

滤渣洗涤干净，晾干，用作饲料或作它用。

浸泡得到的滤液中含有一定量的淀粉、蛋白质，先向滤液中加入适量的碳酸铵或硫酸铵，再加入适的Ca（OH）2饱和溶液，以调节溶液的酸度和补充溶液中的钙离子，然后在不断搅拌条件下，用NaOH溶液中和至pH=3.5～4.5，使部分植酸钙析出，然后溶液滤液在不断搅拌条件下缓慢加入0.5%～1%的NaOH溶液进行中和，随着NaOH溶液的缓慢加入，不断生成乳白色的植酸钙镁沉淀。

整个操作过程中，NaOH的加入一定要缓慢，搅拌要迅速、均匀，以防止由于局部氢氧根离子浓度过高，生成Ca（OH）2、Mg（OH）2沉淀。

当中和至溶液的pH=6.5～7.0时，停止加入NaOH，并停止搅拌，此时溶液立刻分层，上层变为稻草色，下层为乳白色沉淀，用CaCl2溶液检测上层清夜是否有游离的植酸根离子，以保证植酸钙镁沉淀完全。

静置，抽滤；沉淀用去离子水洗涤至中性，并用AgNO3检测沉淀中不再含有氯离子，得到纯净的植酸钙镁复盐。

2.3.1.2 凹凸棒的铵改性[26]

将凹凸棒土研磨筛分，于200℃煅烧4h，用去离子水浸泡24h后洗涤数遍至洗涤水澄清。

烘干后干燥器内密封保存。

称取一定量经预处理后的凹凸棒土，按固液比1g：

10ml，分别加入1mol/L氯化铵，室温下恒温振荡30min，用离心机分离固液数次，每次用蒸馏水冲洗，至洗液pH值达到中性为止；将改性的凹凸棒土烘干后密封保存,即得到铵改性处理的凹凸棒土。

2.3.1.3 植酸纯化

植酸钙镁沉淀先用0.1mol/L盐酸调pH至1.5～3.5，加热至30～115℃,静置2～12h,过滤除杂,滤液通过阴离子树脂交换柱，去除阴离子。

然后加入适量经铵改性的凹凸棒土，以一定频率震荡30min后过滤，去除钙、镁离子，溶滤液为无色透明；经处理后的植酸溶液浓度很低，需要蒸发掉大量水分才能得到含量要求的产品。

蒸发浓缩应采用减压操作，压力控制在－0.07MPa以下，温度不超过60℃。

若温度超过60℃，会引起植酸部分水解，使无机磷含量升高[27]。

也有报道将稀植酸先在较高温度下减压蒸馏或浓缩到一半液体量，在降低到60℃以下继续浓缩至一定含量的植酸。

本实验主要讨论pH值、浸泡时间和温度对植酸提取的影响，依据所需的因素和水平，设计合适的正交设计表，并选取合适的水平，进行提取的正交实验，最后根据得率，进行数据分析，综合工业生产，得出最佳方案。

其流程如图2。

米糠→ 研磨→浸泡→过滤→滤液→除杂质→中和沉淀

                              ↓                          ↓  

                           滤渣洗涤                      过滤

                              ↓                          ↓  

                             饲料                      植酸钙镁

                                                           ↓  

                                                          溶解

                                                           ↓  

                                                       阴离子交换膜

                                                           ↓  

                                                      铵改性凹凸棒土

                                                           ↓

                                                          浓缩

                                                           ↓

                                                        植酸产品

图2 植酸提取的流程图

2.3.2       植酸提取量Q及提取率η的测定[28]

原理：

利用中和法测定植酸含量，用氢氧化钠滴定植酸。

反应式如下：

称取植酸样品0.1000g置于300mL锥形瓶中，加适量水，以酚酞作指示剂，用0.1mol/L氢氧化钠标准溶液滴定至终点。

计算植酸百分含量（X）如下式：

X=（CV×660.88）×100/（12×G×1000）×100%

其中，C—氢氧化钠标准溶液浓度（mol/L）；V—氢氧化钠标准溶液消耗的体积（mL）；660.88—植酸分子量；G—植酸样品质量（g）。

植酸的提取量Q=100%×0.1000×X/原料米糠量（本文取20g）

提取率η=100×Q/Q→∞（无因次），Q→∞取10%。

2.3.3 米糠提取植酸实验研究

2.3.3.1 盐酸浸提pH对植酸提取量的影响

称取20g米糠，盐酸溶液与米糠比例为6:

1，在相同温度下浸泡相同时间，调节pH分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5，比较植酸的提取率。

2.3.3.2 盐酸浸液时间对植酸提取量的影响

称取20g米糠，盐酸溶液与米糠比例为6:

1，用在相同温度下在上述适宜的pH值溶液中浸泡，选取的酸浸时间为2h、3h、4h、5h、6h，比较植酸的提取率。

2.3.3.3  盐酸浸提温度对植酸提取量的影响

   称取20g米糠，盐酸溶液与米糠比例为6:

1，分别用上述适宜的pH和浸提时间，6倍体积分别控制温度在20℃、40℃、50℃、60℃，综合比较植酸的浸取量。

2.3.3.4 米糠提取植酸条件的优化

选用3个最佳因素采用L9（3

）设计正交实验。

3结果与分析

3.1单因素条件下植酸提取量的研究

3.1.1 pH值对植酸提取率的影响

采用不同pH，测定从米糠中提取植酸含量如图3所示。

图3 pH值对提取率的影响

从图3我们可以看出，在植酸提取过程中，提取率随浸取液pH的增加而减少，当pH值0.5增至1.0时，减少趋势不明显，主要是酸度过强，植酸部分结构遭破坏，使其游离强度减弱，因此，确定米糠中提取植酸的最佳浸取液的pH值为1.0左右。

3.1.2       浸泡时间植酸提取率的影响

在最佳的酸浓度下，采用不同的酸浸时间，对米糠中植酸提取率的影响分析，如图4所示。

图4 时间对提取率的影响

如图4所示，提取率随着时间的增加呈递增的趋势，随时间的增长而增大，在5h前增加明显，过了5h之后增加的比率不明显，因此，我们选择5h作为最佳的提取时间。

3.1.3 浸泡温度植酸提取率的影响

在最佳酸浓度下，控制不同温度进行植酸浸提，如图5所示。

图5 温度对植酸提取的影响

从图中可以看出，40℃前植酸的提取率随温度的增加而增加，而40℃后植酸提取率随温度的增加而呈递减的曲线分布，40℃为最佳的提取温度。

3.2       米糠提取植酸的佳条件

根据以上单因素提取植酸条件，确定最佳植酸浸提条件因素水平，如表4所示。

表4 因素与水平

项目

pH值

时间（h）

温度（℃）

1

0.5

4

30

2

1.0

5

40

3

1.5

6

50

表5 正交实验结果

项目

A

B

C

植酸提取率（%）

1

1

1

1

68.77

2

1

2

2

70.43

3

1

3

3

70.72

4

2

1

2

67.41

5

2

2

3

68.23

6

2

3

1

69.15

7

3

1

3

63.24

8

3

2

1

64.11

9

3

3

2

66.56

K1j

209.92

199.42

202.03

K2j

204.79.

202.77

204.40

K3j

193.91

206.43

202.19

T1j

69.97

66.47

67.34

T2j

68.26

67.59

68.13

T3j

64.64

68.81

67.40

R

5.33

2.34

0.79

R越大表明该因子对实验指标作用越大，也越重要，在每个因子中，Max（T1j，T2j，T3j）相应的水平为最佳水平。

从表5可知：

①由极差的大小可知影响植酸提取率的重要顺序为pH值＞泡时间＞浸泡温度；②由Max（T1j，T2j，T3j）相应的各因子水平，得最佳工艺条件，即为A1B3C2，即调节浸取液的pH为0.5，在40℃下浸泡5h为最佳。

由于最优条件未出现实验中，所以对其进行验证（见表6）

表6 验证试验

项目

最优组合A1B3C2

A2B2C2

植酸提取率（%）

71.43

69.02

从表1可以看出最佳组合A1B3C2和组合A2B2C2差距不是很大，综合工业大生产的成本考虑，组合A2B2C2比较可行，即调节浸取液的pH为1.0，在40℃下浸泡5h为最佳。

3.3       讨论

本实