（有机化学专业论文）由菲汀制备肌醇系列产品及其分析方法的研究.pdf

摘要 肌醇和植酸是在生物代谢中起着重要作用的有机化合物，近年来是生物、药物和医学 领域研究的热门课题。对于肌醇和植酸的研究，国内外已有许多报道。本文在文献报道的 基础上，主要做了以下工作： 对由玉米淀粉厂副产物玉米浸渍水中提取菲汀，并进一步制取肌醇的生产工艺条件进 行了深入的研究。对传统的菲汀提取方法作出了改进，采用先除杂质、后中和的方法制取 菲汀，简化了操作程序，缩短了菲汀的制取时间，减少了生产投资。采用碳酸钙和氢氧化 钙复合催化剂在1 2 1 3 m p a 压力f 水解菲汀，反应6 h ，肌醇收率以菲汀计达到1 1 5 ， 比传统的生产方法提高了4 7 2 寿右。研究了从乇米淀粉厂二次加工副产物一脱脂玉米胚 中提取j # 汀的方法，以及采用化学沉淀法和离子交换法相结合，由菲汀出发制取岛纯度的 植酸及植酸钠的方法。 对肌醇、植酸根的检测方法进行了探讨。分别采用硝酸钍法、分光光度法、硫酸铜一 碘量法、离子色谱法等检测植物样品中的植酸根含量，通过对比确定离子色谱法为测植酸 根含量的最佳方法，具有较高的灵敏度和精密度。通过可靠的实骑数据证明了硝酸钍法检 测植酸根含量方法中所存在的误差，并对其进行了校正；建立了采用离子色谱法确定植酸 钠的水解率的方法，并根据检测结果对植睃钠的非酶水解机理进行了初步探讨。 关键词：菲汀；肌醇；植酸；制各；高效离子色谱；检测 a b s t r a c t 1 1 1 0 s i t o la 1 1 dp h y t i ca c i da r es i g i l i f i c a i l to r g a n i cc o m p o u n d sw h i c hp l a yv i t a lr o l e si nt h e b i o l o g i c a lm e t a b 0 1 i z i n gp f o c e s s i nr e c e my e a r s ，m e yh a v eb e e nh o ts u b j e c t sb e i n gr e s e a r c h e d i nb i o l o g v ，m e d i c a t i o na n di a t r o l o g yf i e l d t b e r ea r em a n yr e p o r t so nt h er e s e a r c ho f 山e m h o m ea n dn b m a d b a s e do n 山e1 i t e r a t u r e 。w o r k sw e r ed o w n a sf o l l o w s ： p r c p a r a t i o nc o n d i t i o n sw e r ed i s c u s s e dp a r t i c u l a r l yo ne x 佃a c t i n gp h y t i nf m m c o ms t e 印i n g w a t c rw h i c hh a db e e l lw a s t es i d ep r o d u c t i o nc a m ef 沁mt 1 1 ec o ms t a r c hf a c t o r ya 1 1 dp r e p a r i n g i n o s i t o lu s i r 】gp h ”i nw a sa l s o 咖d i e di m p r o v e m e mo nm ec o n v e n t i o n 丑lm e t l l o do fp r e p a r i n g p h y t i n 、v a sp u tf o r w a r d i m p u r i t yw a sr e m o v e df i r s t l ya n d 廿l e nn e u t r a l i z a t i o n t h i sm a d e m a n i p l l l a t i o np m c e d u r es j l l l p l j 矗e d ，p r c p a r i n gt i m es h o r t 趾di n v e s t m c n tr e 山l c e d ac o m p l e x c a “y s tc o m p o s e do fc a l c i u mc a r b o n a t ea n dc a l c i 啪h y 出o x i d ew a se m p l o y e dt oh y d r o l y z e p h y t i no nt h ep r e s s e1 2 1 3 m p a a 氐e rr e a c t i n g6 h ，t h cg a 岫r i n gr a t 沁o f i n o s 沁lc a l c u i a t e d b yp h y “nw 黔1 1 5 ，w h j c hi n c r e a s e da h o u t4 7 2 c o m p a r e d t 0c o n v e n t i o n a lm e t h o d s m e t h o do fe x t r a c t i n gp h ”i nf 沁mc o me m b r y o t w i c e - m a c h i n i n go u t g r 0 胁w a sd i s c u s s e d c h e m i c a lp r e c i p i t a t i o nc o m b i n c d 、_ v i t hi o ne x c h a n g cm e m o dw c r ec m p l o y c dt op r e p a r eh i g h p u r n yp h y t i ca c i da i 】dp h y t a t en a 埘u mf l m mp h ”抽 d e t e 舯i n a t i o nm e t h o do fi n o s i t o l ，p h y t i na n dp h y t a t ew a si n v e s t i g a t e d t h o r i 岫。n i t m 士c t i t r a t i o n ，s p e c 订o p h o t o i r l c h y ，c o p p e rs l l l f 缸e i o d i m e 订y a r i dh i g hp c r f o n n a n c ei o n 汹m a t 0 1 g r a p h y ( 肿i c ) w e r ee m p l o y e da 1 1 dc o 瑚p a r e dt od e 咖i n ep h y t a t ec o n t e mi np l a n ts a 士1 1 p l e s ， r e s p e c t i v e l ma sar e s u l t ，r e s 仃血e di o nc h m m a t o g r a p h y w a sr e g a r d e dt ob et 1 1 eb e s tm e t l l o df o r d e t e 珊i n a t i d np h y t a t ew i t hl l i g hs e n s i t i v i t ya i l dp r e c i s i o n t h ee r r o ro f d e t e r i l l i n 砒i o np h y t a t eb y t h o r i 眦- 1 1 i t r a t et i 打a t i o nw 船p r a v e dt ob ee x i s t e db yc r e d i b l ee x p e r 沛e n t a ld a t ea n dc o n c t e d t b em e t h o df 研d e t e r m i m 越o n0 ft h ch y 出0 1 y z cr a t co fp h y 协t en a 廿i u mb yi e s t r a i r 州 h i 曲- p e r f o m a l l c ei o nc h r o m a t o g r 印h yw a se g t a b l i s h e d a n dt h em e c h 卸i s mo fu n e n z y m e b y m d l y z a t i o nw a s d l s s c u s e dp r i m 撕l y k 哪r o r d s ：p h y t i n ：i n o s “o l ：p h y t i ca c i d ：p r 印a 稽； o nc h r o m a f o g r a p h y ：d e t e r n l i n e i i h # 爵 h u蠢 随着科学技术的不断进步，化工产业发展迅速，石油、天然气、煤等非再生资源因不 峨被清耗藤目益短缺。因此，以粮油等天然的可再生资源为愿辩代替以化工产鼎为原料生 产有机化工产品引起了人们的广泛关注。 近年来，许多生物、药物和药学界的科学家已经证实，肌醇和植酸等在生物代谢中起 羲非常重要豹l 乍用口3 】，是用途广泛的糖细忧工产 5 蠢。腿醇是防滚脂肪肝、耱尿瘾、心血 管疾病、肥胖症等网种“富贵病”毒副作用轻微的最安全药物。而植酸则被认为是一种比 食盐还安全的优良的防腐剂和食品添加剂。 肌醇、攘黢多以撞黢钙镁盐的形式存在于谷物和酒料作物中，米穰、麦麸、玉米、亚 麻籽、棉籽饼粕等，均可用来生产肌醇或植酸。在谷物和油料作物中，以脱脂米糠中植酸 钙镁含量最高，因此，脱脂米糠曾一度被认为是生产肌醇、植酸的最理想的原料 4 、5 】。我 蠢是水稻豁生产犬国，稻米产量屠世界第一。霞女# 全国年产稻米霞约为1 8 亿盹，占世界 总产量的3 0 左右【6 】。据粗略估算，我嗣每年米糠产量约为5 0 0 0 万吨，但是长期以来大 部分是直接当作饲料喂养牲畜、家禽等，用于工业生产的较少，综合利用率极低。以米糠 为原料裁驭菲汀及肌醇等系弼产品，潮外已有近百年的历史，有关擎利不甑涌现，生产技 术不断改进，产品收率亦不断提高。 目前，玉米已经成为全世界重要的粮食、饲料、经济兼用作物，人均占有玉米数量已 被视为衡量一个国家畜牧业发展和人民生活水平的重要标志之。玉米不同于一般意义上 的粮食，其产业链可以延长，具有多层次加工增值的潜力，被誉为“金娃娃”、“软黄金” ”i 。国内外专家一致认为，玉米深加工产业技术含最和产品附加德高，具有广阔的发展静 景。我国是徽界上玉米生产第二大国，年产量达1 3 0 0 0 万吨左右澜。玉米是我圈现阶段增 产潜力最大的谷物之一，是淀粉生产的主要原料，玉米淀粉产量占总淀粉产量的8 4 。 全吲淀粉厂约6 5 0 家，万吨级以上的硷业有6 6 家，占总产量的1 0 ”，大多数厂家主要 停留往淀粉生产上，深船工综合利用的不多。发达嗣家初级产品与加工产品在清费比重中 达2 ：8 ，而我围还达不到8 ：2 【1 0 ，因此，在生产淀粉的同时，拉长产业链条，生产附加值 高的化工产品，具有广阉的发展宅问。 我省为农业大省，玉米产量在国内名弼前茅，尊先后兴建了凡家较大的淀粉厂。在新 1 乡市附近，有浚县玉米淀粉、淇县淀粉厂、温县淀粉厂等，年产量在5 万吨以上。生产 淀粉多采罔潍磨法，在生产淀粉的犀时，产生大量的驻硫酸玉米漫渍水，其中含有o 5 l 。o 菲汀，过去都是作为废水排放掉，既浪费了资源，同时也对环境造成了极大污染。若能利 用玉米浸渍液提取菲汀，然后用来生产肌醇、植酸等附加值高的化工产品，提高农副产品 的综合利用能力，一定熊为企业带来疑萋的经济效蓣。因此，本文首先研究了由玉米浸渍 水生产菲汀，并由菲汀水解制各肌醇的生产工艺，该项目已经被河南省科技厅批准为省科 技攻关项目。 另据调轰，玉米淀粉厂豹另一种嗣产物一玉米瓤一般销售到粮油综合加工厂黢髓，生 产阻不饱和脂肪酸为主要成分的玉米油。而经过脱脂之后的玉米胚则是直接作为饲料出 售，价格低廉。绎分析，脱脂下米胚中的植酸含量为3 6 ，因此，由脱脂玉米胚中提 敬菲汀，殴及进一步生产舰醇、檀酸等化工产品，又为农到产品综合利嚣提供了一耱耘的 途径。 2 第一章综述 第一章综述 第一节肌醇及其制备方法研究进展 1 1 肌醇的分子结构及主要性质 肌醇( i n o s i t 0 1 ) ，化学名称为环己六醇，在自然界中多以其磷酸酯( 植酸) 形式存 在于植物体内，尤其是谷类植物和油料种子中，因最初是从肌肉组织中提取出束而得名。 肌醇属生化产品，是人类与动物维持正常生理功能不可缺少的低分子有机物。 肌醇的分子式为c 。h ，。o o ，就其立体结构而言，肌醇有九个同分异构体，它们的结构简 式( 顺反异构体) 如图1 1 所示。其巾以d m y oi n o s i t o l 最为常见，为内消旋型肌醇，也 只有d _ m y o i n o s i t o l 即l 。，2a ，： ，4 目，5 ，6 b 一环己六醇才具有类似维生素的 性质，对人体具有重要的生化作用“】。我们通常所说的肌醇指的就是d m y o i n o s i t o l 。 故如无特殊说明，“肌醇”均指dm y oi n o s i t 0 1 ”。q j 。 。j j 。 。”迂岛。 0 ) da 哪 蜘 渤l 。也“b t 图l - 1 肌醇的同分异构体 图1 2 为肌醇的椅式构象( a ) 和平面投影式( b ) 。 图1 2 为肌醇的椅式构象( a ) 和甲面投影式( b ) 。 第一章综述 h 0 ( 矗) 0 h ( b ) h 0 h ( a ) 椅式构象 ( b ) 平面投影式 圈1 2d l ：r 驴i n o s i t 0 1 豹分子结梅 由圈1 2 ( a ) 可以看出，腿醇分予中只有一个羟墓在壹立键上( 8 键) ，其它五个羟基均 在平伏键( e 键) 上，因此分子结构比较稳定。研究证明，通常条件下，在p h = 1 o 9 o 范 遴杰，腿醇的衍生物肌瓣磷酸酯( 或盐) 均以此构象存在【1 3 】。由图l 。2 ( 郾可以看出骶醇 分子中羟罄连续的顺反位麓，与图1 1 申( 9 ) 的绩构一致。嗣样可以写出腿醇其它异掏体的 立体构型。 飘酵为白色晶体或白叔结晶性粉末，在空气中较稳定，易汲潮，无臭，味徽甜，其甜 度约是蔗糠驰l 2 ，翊对密度为l + 7 5 2 ( 2 0 ) ，熔点：2 2 5 2 2 7 ，沸点：3 1 9 。肌酵 易溶于水，其水溶液对石蕊试纸呈中性，微溶于酒精、冰醋酸、甘油和乙二醇，不溶于乙 醚、无水丙酮、氯仿等有机溶剂。舰醇在低于5 0 温度下可以从水中结晶为无纽单斜棱 翳镩的二水合物c 。h 热2 h ：o ，加热至1 0 0 1 i 0 时又容易失去结晶水成为无水物。 肌醇与葡萄糖醇、甘露糖醇、木糖醇相近，可认为是一种糖类转变为芳香物质过程 中可能的中阔俸，它的环状结构具有抵抗禳多化学试裁的作用，化学性质方丽甚至院糖类 更稳定。虫子飘簿属多羟基躺环凝化台物，它具有捐邻羟基的多羟蒸化台物所特有豹一般 反应【1 41 ”。肌醇还具有与维生素b 和维生素h 相类似的性质，因此通常将其归入维生索 娄。肌醇楚环狄糖醇中熏要的具有光学活性及生物活性的化合物，在人类与动物的疆常生 理活动中起着重要的传用1 ”。 1 2 肌酵豹阁途 肌醇是一种高级营养补品和贵蓐药品，也是一种紧俏的生化原料，可厂泛应用于医药、 食品、饲糕、日用化工等方面。 1 2 。1 医药方面 4 第一章综述 肌醇的作用类似于维生素b 。，能促进细胞新陈代谢，改善细胞营养，促进发育：能促 进脂肪代谢，降低血脂，抑制胆固醇的生成或动脉硬化。肌醇可作为中间体合成烟酸肌醇 酯、脉通、氟化肌醇、肌醇硒酸酯( o 6 j 万元k ) 等药物，用来治疗慢性肝炎、肝硬 化、脂肪肝、胆固醇过高、血管硬化及肝癌等疾病”】。近年来，大量医学和生物学研究 还证明，肌醇及其衍生物在生物体中有传递细胞内部信息、影响细胞生长过程的作用。 1 2 2 食品工业 肌醇能促进菌种的培养和酵母的生长，可用件食品膨化剂；能减轻许多由于饮食或生 理性紧张而引起的脂肪营养障碍。肌醇用作营养添加剂可参与新陈代谢，具有免疫、预防 和治疗某些疾病等多种作用。可作为营养补剂添加于某些特殊食品中l ，如婴儿食品、中 老年营养保健品、减肥降脂食品等；可配制强化饮料，在欧、美各国曾被誉为第三代高档 保健饮料，例如维生素功能饮料“红牛”就是以肌醇为主要成分之一。医学研究证明，人 体每天需要补充l 2 9 肌醇，因此许多营养保健品中均宜加入一定量的肌醇。近年来，含 有肌醇及微量盐酸肉毒碱的减肥降脂食品和营养保健品曾风靡欧美市场o “。 1 2 3 饲料工业 肌醇可促进动物细胞生长和发育，是饲养珍禽奇兽所必需增补的营养物质。可广泛用 于水产养殖、畜牧、家禽饲料行业。动物缺乏肌醇会导致食欲不振、毛发脱落，甚至死亡。 据报道，肌醇用于鱼虾、奶牛等养殖业，可使产品营养价值提高2 3 倍”。 1 2 4 日用化工 肌醇足制造综合复合维生素的原料，具有促进细胞生长和防止老化的作用，町用作高 级化妆品的原料，生产防皱剂”3 、高效洗涤剂、美容护肤香皂和沈发香精。因其去污力比 一般洗涤剂强且能去屑止痒。4 ，近年来在开发化妆品方面肌醇已经成为国际上的抢手货。 1 2 5 其它方面 肌醇可用于防治四氯化碳中毒：它能与多种金属离子形成较稳定的配合物，可用于金 属的防腐、防锈。另外，将肌醇进行深加工，可制得肌醇甲基醚、肌醇肽、肌醇有机酸酯、 肌醇无机酸酯、卤代肌醇、磷酸肌醇酯、氨基环糖醇等产品，这些产品存电力、交通、能 源、电子、化工等许多领域具有很高的实用价值。“。 1 3 肌醇的市场需求与生产现状 2 0 世纪八十年代以来，肌醇的生产技术进展很快，有关专利文献曾不断涌现。目前 第一章综述 中国利日本是世界上肌醇的主要生产国。日本生产肌醇的厂家少但规模较大，肌醇收率已 达到1 6 ( 以菲汀诗) ，主要生产厂家奄强u n o 公司、三井东弧化学株式会社、s h i k i s 睚凇 公司，年产量分别为3 6 0 t 、2 0 0 t 、1 l o t ，其它公司5 0 6 0 t a 。我国有三十多个厂家生 产肌醇，如上海嘉定油脂厂、上海崇明油脂化工三、河南濮阳第二制药厂、杭州肌醇厂、 浙江 由屠粮油厂、涎l b 赵瑟化工总厂、僳定化工二厂、山珏离乎稿冶金亿工公司、江西贵 溪县肌醇厂等，多数厂家牛产肌醇主要采用无催化剂水解法，牟产规模较小。 2 0 0 0 年全球肌醇消费量约为3 6 0 0 t ，我国当年肌醇产量为1 6 0 0 t ，大约9 0 用于出口。 据海关统计，我国1 9 9 8 、1 9 9 9 、2 0 0 0 年骶醇出日量分别为：1 0 4 2 4 t 、硌0 3 3 s t 、1 3 9 0 6 8 t ， 出口额分别为：8 8 9 、9 1 4 2 1 、1 15 9 ( 万美元) 。“。据2 0 0 0 年1 2 月美国c m r 报道，2 0 0 0 年下半年，肌醇的交货价格为2 1 2 3 万美元吨。我国2 0 。2 年5 月，肌醇的价格为4 6 万元吨，到年底涨为6 7 万元吨，逐几年柬脱酵价掊稳中有秀。国际市场对脱醇豹需求 量逐年增加，除了药用肌醇需求增加外，养殖业对肌醇的需求也稳中有增，而且随着人们 保健意识的增强，国际上将肌醇应用于营养、保健鼎的比例急剧增加。美国、欧洲、r 本、 东南亚等地为世界上魏醇的主要游费地。2 0 世纪9 0 年代，美国、欧洲的肌醇年消耗董均 达3 0 0 多万吨，现在己达5 0 0 多万吨，消费市场量稳定、增加的趋势。 由于肌醇的生产是以农副产品为原料，产量要受到资源的限制，一些发达国家认为生 产飘醇不鸯扶第三世界发震中国家进口更为合算。据市场分手厅专家预溅，未柬十年内国蕲 市场对肌醇仍将需求旺盛，同时国内市场也将具有较大的发展空问。因此，研究肌醇的生 产工艺，提高牛产效益，其有藿要的现实意义。 舰醇的剩取方法有水解法和合成法两种类型。根据水解条传艴不同，又可分为化学水 解和酶法水解等。水解法生产肌醇的起始原料为天然作物，可利用的资源有：米糠、玉米 浸渍水“、麦麸。”、大豆油脚1 、菜籽饼、蓖麻籽、甜菜提糖废水”、银杏树叶”“、 棉籽饼。”3 、花生壳”9 等。由于原材隼萼来源广泛，廉价易褥，又可促进农刘产鼎涤加工与 利用，因此是生产肌醇的理想方法。合成法生产肌醇，据目前报道主要以葡萄糖为原料， 通过化学转化生成肌醇。”。 表1 1 列出了尼辩常见的谷类、种子、植物中檄酸钙镁( 以下箍称菲汀) 含量。 6 第一章综述 表1 1 几种常见的谷类、种子、植物中植酸钙镁含量( w 加) 名称植酸钙镁含量( ) 脱脂米糠 小麦 大麦 玉米 麦麸 蓖麻籽 花生 亚麻籽 大显 i ：再种子 1 0 0 1 1 o 0 9 1 0 1 3 1 9 8 2 0 5 0 5 9 3 2 5 9 6 4 3 6 3 o 4 0 鉴于种植面积、植酸含量等因素，目前国内外普遍采用米糠、麦麸和玉米浸渍水为原 料生产肌醇。近年来，我国的浙江、江苏、湖南、湖北和河北等省先后有许多厂家生产肌 醇，其原料在南方以脱脂米糠为主，在北方则多以麦麸和玉米浸渍水为主。 1 4 肌醇的制各研究进展 1 4 1 化学水解法生产肌醇 化学水解法生产肌醇，是指在一定温度、压力和催化剂等反应条件下使肌醇磷酸盐发 生水解生成肌醇。依据水解底物的不同可将肌醇的生产工艺大致分三类： ( 1 ) 由菲汀水解生产肌醇： ( 2 ) 由植酸钠水解制备肌醇； ( 3 ) 由植酸水解制备肌醇。 至于水解釜压力高低、升温方式、脱色方法，精制除盐方法等方面的不同则仅视为不 同的操作方法。 1 4 1 1 由菲汀水解生产肌醇 原料中的植酸盐( 一般为植酸钙镁钾复合盐) 在酸性条件下能转化为可溶性的植酸钙 镁酸式盐，该酸式盐被中和可生成菲汀，菲汀再经高压或常压催化水解制得肌醇。由于不 第一章综述 同原料中所含檀酸盐的形式不同，且沉淀剡种类及掇作条 譬不阃，所得菲汀的分子式亦毒 所差异，反应形式可阻有多种表达方式，有代表性的菲汀为六碱土金属植酸赫。 所涉及的主要反应方程式删表示为： c 撼6 0 2 4 p 6 c 融m g y k 2 十2 扩一c 6 h 6 0 “p 书讲雒2 + 2 心( 其中x 十r 5 ) c 6 h 6 0 2 4 p 6 c 瓠m g y 2 + c o h ) 2 呻c 6 h 6 0 2 4 p 6 c a 时i m 岛l + 2 h 2 0 c 6 h 6 0 2 4 p 6 c a x 十l m g v 山岛0 _ c 6 h 1 2 侥+ c 枷p 0 4 m g h p 0 4 生产萋汀豹t 艺流程如图1 3 掰示。 图1 3 制敬菲汀的工艺流程图 研究表明，酸浸过稳采糟“两浸洗”法，中和过程采用“掰步中和”的方法”。，比 闷样时间内一次加入时菲汀的收率高。暇料中可能含有蛋白质、糖类、淀粉、油脂类等杂 质，在酸浸过程中如未能完全沉淀，在石灰乳作用下可与菲汀共沉淀而引起菲汀的纯度下 辩，导致菲、玎水解豹后处理困难，从焉影响飘醇得率o “。在酸浸进程中趣入少_ 最防腐裁霹 防止淀粉等因发酵而变质，加入少量絮凝剂( 如硅藻士或聚孺烯酸) 和蛋白质抑制剂( 如尿 素、n a 鑫o ；、n a c l 、n h 。c 1 等) 可以使虽囱质等变性丙减少溶出，蒋翔少量活性碳脱色，弹 可有效去臻杂赓。另有报遂，挣毒也剂f k o _ l o 是带正邀葡的高分子聚合物( i 5 p p m 鼹可) ， 与活性碳、活性自土等配合使用，司加速絮凝颗粒沉淀的速度，嗣耐又起到脱色的作用。1 。 亦可采用复合酶( 由纤维索酶、蛋自酶和淀粉酶组成) 法提取菲汀，在p h = o 5 4 ，5 时，菲 r 第章综述 汀纯度达9 0 以上，比酸解碱析法有所提高。 由菲汀制取臃醇的二e 艺流程为： 圃一阚一圈一圃一囵一圈一区围一圈一团一圆 一i 趸习一i i 涸一蓐i 羽一甄磊i 五网 菲汀分子中的磷酰基团部分是逐步水解的。，故其水解的完全程度直接影响肌醇收 牢。菲汀水解生成肌醇的反应为吸热反应，升高温度可以加快反应速度，从而提高肌醇收 率。但在常压下温度太商，水易汽佬恧逸崮，颞料也易氧化丽结焦，不稠于永解反应的顺 利进行。警于此，工业上可采用两种方法防止高温时水的蒸发：一是加j 玉使水的沸点升高； 一是加入高沸点且能与水互溶形成欺沸物的物质，如多元醇( 乙二醇、丙三醇、多聚乙二 醇等) 的混合物为溶裁。此外，适时分离出永解产物也能使平衡移动从露提遴腿醇产率。 据报道，在酸性介质中、常压下加入多元醇，于1 5 0 1 8 0 条件下水解，肌醇收率可达 到1 3 ( 以植酸钙计算) ，堪称国内报道的最高值“。但是，在酸性条件下水解时对金属设 备的腐蚀作用较大。本深联维尝试使用复合催化刹在碱性条舞下使菲汀永解的方法翎备觏 醇，产品纯度、收率比较理想。 1 4 1 2 由植酸钠水解制罄肌醇 一般荣嗣弱碱性阴离子交换极滕吸辩檀酸根离子，再用氯氧化钠溶液洗脱得到檀酸 钠溶液，然后加压水解生成肌醇。馓的t 艺流程为： 广、豁碎、酸浸提、过滤，1 鬻毒子交接嚣髓 一碱溢魏 i 暖猎米糠翳卜i 漫提涟卜叫啜耐菲汀i 一 滚漳黝愿承解、率和、过滤 匪圈一圈 醚毪、黠盐、滚端、避滤、千爆 图1 4 由植酸钠水解制备肌醇的工艺流程阁 采用阴离子交换檐月旨吸附植酸的反应式可表示为： r h + r o h - r r + h 2 0 式中：r 植酸根离子；r 阴离予交换树脂的固定离子 用n a o h 溶液或n a c l 溶液解嗽附植酸生成檀酸钠的反应方程式如下： r r 十n a o h - n a l 2 c 6 h 6 0 2 4 p 6 十r o h n 弟一苹综述 或r r + n a c l 呻n a l 2 c 6 h 6 0 2 4 p 6 + r c l 解吸液经减压蒸发，当溶液中的植酸钠含量达到一定值后，加压水解生成肌醇。植 酸钠水解的反应式为： n a l 2 c 6 h 6 0 2 4 p 6 + 6h 2 0 + c 6 h 1 2 0 6 + 6n a 2 h p 0 4 李健秀等“”研究了从玉米浸渍水出发制取肌醇的生产工艺。利用国产7 1 7 阴离子交 换树脂，以n a 0 h 溶液洗脱，制得较高纯度的植酸钠( 其中蛋白质含量由1 4 可降低到0 5 以下) ，然后由植酸钠水解制得肌醇。罗晓明等“3 。研究了以米糠为原料，用离子交换树 脂提取肌醇，洗脱液中植酸钠浓度为2 0 、压力为1 5 m p a 条件下水解7 8 h ，经离子交 换树脂脱色、除杂，所得肌醇经高效液相色谱分析，纯度可达9 9 3 ，肌醇收率以米糠 计达1 3 4 。 采用离子交换法生产肌醇，简化了操作步骤，避免了沉淀法制取菲汀时容易混入的 蛋白质等杂质，提高了产品的纯度。但是离子交换树脂的用量较大，且需要大规模的再生 处理，生产费用较高。 1 4 1 3 由植酸水解制各肌醇 反应机理为： c 6 h 6 0 2 4 p 6 c a 4 m 9 2 盐酸 c 6 h 6 ( h 2 p 0 4 ) 6 茎重量! i ：+ c 6 h 6 ( o h ) 6 ( 肌醇) 从反应实质来看，这是一种以植酸本身电离的h + 为催化剂的酯的醇解反应。 李亚文等“”研究表明，将菲汀用2 的盐酸( 7 5 ) 浸渍1 h ，维持p h = 3 5 4 5 ， 加适量硅藻土，使菲门溶解而蛋白质等杂质析出，将滤液减压浓缩至植酸浓度为5 5 6 5 ( w w ) ，在常压及高沸点溶剂多元醇的存在下，温度1 3 0 1 5 0 ，水解3 4 h 即得 肌醇，水解平衡转化率可达到9 6 ，产品质量达到国家规定标准。 最先利用此法进行工业性实验和产业化的为日本三井东亚化学株式会杜，在国内应门 尚少。该法注重提高植酸纯度，以提高肌醇收率。 李英杰等“研究以1 ，6 己烷基二环氧甘油醚为交联剂合成的一b 环糊精大分子聚合 物为分离介质，采用柱层析法在优化条件下精制肌醇，用原子吸收法鉴定未检出c a ”、m g ”， 并采用高效液相色谱法检测，所得肌醇具有较高的纯度，可用作标准样品进行其它方面的 研究，沈脱率一般高于5 。该方法如能进一步深入研究，降低其生产成本，有望实现工 业化。 1 4 2 酶法水解生产肌醇 在适当的p h 值、浓度、温度f ，植酸盐可由植酸酶催化水解生成肌醇。该法的难点 1 0 第一章综述 在于植酸酶的提取。 植酸酶是一种能促进植酸或植酸盐水解的一类生物酶的总称，可由植物或微生物( 真 菌、细菌、酵母等) 经生物培养过程而获得m 。根据反应时首先进攻环上碳原子的位置， 可将植酸酶分为3 一植酸酶( e c 3 13 8 ) 和6 一植酸酶( e c 3 1 3 2 6 ) 。根据其催化水解时 的最适宜p h 值范围，又可将共分为酸性植酸酶、碱性植酸酶等。至今所发现的植酸酶绝 大多数为酸性植酸酶，适宜的口h 值范围一般为2 5 6 o 。 关于植酸酶的提取，国外研究较为广泛、深入。1 9 0 7 年，s u z k i 在米糠中首次发现了 植酸酶，1 9 1 1 年，d o x 和g o l d e n 第一次在微生物中发现植酸酶，u l a h 分别于1 9 9 1 年和 1 9 9 3 年得到了植酸酶的p h y t a 和p h ”b 的第一株工程菌。1 9 9 4 年，美国的植酸酶制剂工 业化技术成熟，并首先将饲用植酸酶投入市场 4 7 1 。目前国外采用微生物发酵法生产肌醇 的研究，美国多以玉米浸渍水、糖蜜和杏仁壳浸取液为原料，经酵母液态发酵制取肌醇 4 鄙； 在同本则是从日本米酒的发酵中产生的一种米曲霉出发，经发酵培养制取肌醇【4 9 】。 我国利用酶法水解制备肌醇及其衍生物尚处于研究阶段。杨连生等”“研究了以植酸 钙为原料，经植酸酶催化水解制取肌醇，在温度为5 0 、d h = 6 的条件下，反应2 0 h ，肌 醇收率接近国内的化学水解法生产水平。张晖等 5 l 】研究了从麸皮中提取植酸酶 ( e c 3 1 3 8 ) ，并用所制的植酸酶来催化米糠植酸盐的水解反应，在加入酸性植酸酶、p h 一5 1 5 、温度为5 5 条件下，可使植酸盐完全降解为肌醇，水解率达9 5 以卜。千建玲 等口2 】研究表明，无花果曲霉能同时分泌植酸酶和磷酸酯酶，所得发酵液在p h = 5 5 、温度 为5 5 时用于催化菲汀的水解反应，2 h 后检测所得肌醇对菲汀的转化率为1 0 3 ，国外 此法得率为1 3 5 。欧仕益等”关于黑曲霉发酵麦麸的研究表明，采用固体培养法产生 的酶作用于麦麸，可用于制备肌醇。刘晓永等【5 4 1 深入研究了利用黑曲霉w s 6 5 固态发酵法 生产肌醇，据报道所得肌醇纯度符合w s i 3 6 ( b ) 8 9 的国家标准。 r a l f 等”通过高效离子色谱( h p i c ) 技术和动力学方法研究植酸盐发生水解时结构 的立体选择性。结果表明，植酸盐水解是逐步进行的，控制酸碱度、温度、催化时问或使 用不同的植酸酶时，也可使水解反应停留在某个阶段。得到分子中岔不同数目磷酸基的肌 醇衍生物；纯粹的酸性植酸酶很难脱去2 一位碳上的磷酸基，需酸性磷脂酶的协同作用力 口j 脱去各部位的磷酸基，生成肌醇i 采用碱性植酸酶( 最佳p h 值在7 o 8 o 之问) 降解 植酸盐时，最终产物般为i n s p s 异构体的混合物。 使用酵母及黑曲霉降解植酸盐时，主要的降解途径为：肌醇六磷酸盐 d - i n s ( 1 ，2 ，3 ，4 ，5 ，6 ) p 6 经d i n s ( 1 2 ，4 ，5 ，6 ) p 5 一d - i n s ( 1 ，2 ，5 ，6 ) p 4 一d i n s ( 1 ，2 ，6 ) p 3 一d 一1 m ( 1 ，2 ) p 2 1 l 第一章综述 一i n s ( 2 ) p ，亦即其降解顺序为：3 4 ，5 6 1 【5 6 】；由大豆种子中提取的植酸酶使植酸抽降解 的顺序为“5 3 1 6 或4 5 6 3 1 。研究结果表明，不同源的酸性植酸酶的降解途径不同，但 最终均得到i n s ( 2 ) p 产物m 。 许多生物学研究表明，某些肌醇磷酸盐具有非常重要的生理活性，如i n s ( 1 ，4 ，5 ) p 3 在动植物细胞内的信息传递途径中具有重要作用5 ”，可应用于某些特效药物的生产，故 研究植酸盐水解机理，控制反应条件得到特定结构的水解产物，具有重要的现实意义。 对于酶法水解生成的肌醇的提纯，除了常刷的于段之外，利用反渗透隔膜，选择性过 滤肌醇”引，盐类等杂质的检出率可降低1 0 6 0 ，不失为一种简便高效的分离方法。 1 4 3 化学合成法生产肌醇 文献6 0 1 报道以右旋己醛糖d ( + )葡萄糖作为起始原料，先经脱氧、硝化，生 成中间体6 一硝基一6 一脱氧一d 一葡萄糖，再在碱性溶液中，使其环化、水解，生成m y o - 肌醇。生产实践表明，每吨葡萄糖平均可生产肌醇6 0 0 k g 左右，产品质量符合美国药典 ( f n x 口版) 质量标准。 第二节植酸及其制备方法研究进展 2 1 植酸的结构及性质 植酸( p h ”i ca c i d ) ，化学名称为环己六醇一1 ，2 ，3 ，4 ，5 ，6 一六磷酸二氢酯，首 先于1 8 7 2 年由德国植物学家p r e 虢r 在植物种子的糊粉层中发现，其结构于1 9 6 9 年由 l f j o l l l l s o n ，m f e t a t e 等人研究证实，在稀溶液中植酸的唯一结构为a n d e r s o n 结构( 见 图1 5 ) ，具有不对称性。其相对分子质量为6 6 0 0 8 ，分子中含有能同金属螯合的2 4 个 氧原子、1 2 个羟基和6 个磷酸基，其蛰合能力与e d t a 相似，并在低的p h 值时具有更 宽的p h 值范围，是一种罕见的多齿螯台剂。 图1 5 植酸在稀溶液中的存在形式 1 2 r 一净中 苴一 第一章综述 植酸为淡黄色或浅黄褐色粘稠液体，加热时易分解，水溶液呈酸性，能溶于水、醇 及醚的水溶液，几乎不溶于无水乙醇、无水乙醚、苯及氯仿等有机溶剂。自从1 9 2 1 年 m e l l a n b v 首次提出植酸对营养的影响以来，植酸与营养的关系一直是植酸研究领域的一 个热点【6 “”】。其主要内容是：植酸具有强的螯台能力，能与多种金属阳离子结合形成不溶 性的螯合物，从而影响这些离子的消化吸收，降低其生物利用率，并能进一步影响肌体内 正常的生理活动：植酸与蛋白质络合，降低蛋白质的生物活性；植酸抑制胰蛋白酶、淀粉 酶、解脂酶等的活性等等。然而，植酸的抗氧化性和易与金属离子等螯合的特性，又使之 成为独特的具有多方面用途的食品保藏剂呻。 2 2 植酸的用途 植酸是一种新型的化工产品，具有独特的生理、药物和化学性能，被广泛应用于食品、 医药、化工、电镀、环保等领域“。 2 2 1 食品工业 植酸可防l r 油类食品的氧化和水解，具有抵抗酸败作用：可稳定维生素及天然色素， 脱除酒和饮料中过量的金属离子；能延长食品保存期，改善酱、腌等产品的颜色和质量。 植酸的l d 5 0 ( 半数致死量) 值为4 1 9 2 9 僵g ，其l d 5 0 介于乳酸与山梨酸之间，比食盐( l d 5 0 为4 o g k g ) 作为食品添加剂还安全。我国的食品添加剂标准规定食品中植酸的含量为 o 0 叫o 0 2 ，由于植酸的毒性低，被视为比亚硝酸盐和焦亚磷酸盐更好的防腐剂和食 品添加剂”。 2 2 2 医药方面 由于植酸能螯合重金属离予，廿j 用于治疗重金属中毒。植酸可降低尿液中的钙离子浓 度，并可龟裂结石，故又可用来治疗结石症等。植酸还具有抗癌作用。7 “，对胃癌、肠癌、 皮肤癌等均有较好疗效”“。植酸对红血球的活泼性起很大作用，能提高氧的输送利二氧 化碳的排放能力，在心血管疾病的治疗中具有临床价值，同时植酸还可作为发育不全、磷 缺乏症等疾病的营养剂、强化剂。此外，植酸可作为v 。、v d 、v b 2 、v e 的稳定剂，是合 成综合维生素的主要原料”。 2 2 3 日化工业 植酸可用于口腔保护品如牙粉、牙膏、牙齿盐碱焦油清除剂中，具有抗龋齿功能。可 添加到各种洗涤剂中，用于清洗锅炉、锡板、磁头等。还口j 用十配制化妆品，对消除痤疮、 第一章综述 改善肤色( 如美白) 、加强血液循环、促使毛发和指甲生长有效，并具有抗菌、止瘁、柔 发、亮发作用7 4 、”】。 2 2 4 其它方面 植酸可作为添加剂，用于柴油、煤油、航空、航海等高级特种油的防爆剂中。在涂料 中添加1 左右的植酸可改进涂层膜，提高其抗腐蚀性。可用于处理各种金属离予的污水， 电镀液中添加植酸可改善导电性能，增加有机保护层，使产品外观改善，同时减少毒性物 质排放，减少环境污染”6 、7 “。 目前，国际上生产植酸产量和质量最高的是r 奉三井东亚化学公司，年产量约6 0 8 5 t ，植酸浓度为4 8 5 2 。生产植酸的原料类似于肌醇，主要有米糠、玉米浸渍水”、 麦麸、菜籽饼”、蓖麻籽、亚麻籽”、棉籽饼等，我国虽已有几十年的生产历史，但规模 小，设备和工艺落后，生产效率低，与日、美等发达国家相比尚有很大差距，在国际上缺 乏竞争力。因此，研究植酸的生产工艺，优化设计，提高植酸生产效益，具有重要的现实 意义。 2 3 植酸的制备方法研究进展 根据植酸钙镁在不同d h 值条件下的溶解度不同，在原料中加入一定浓度的稀酸浸提， 使其转化为町溶性的植酸钙镁盐，然后通过沉淀、离子交换吸附等方法，将植酸盐从原料 中分离出来，再经反复置换处理，可转变为植酸。 目前植酸制各方法大致可分为两类：酸浸提一碱沉淀一树脂酸化除杂法；酸浸提一离 子交换法。若根据酸浸提时所用的酸的小| 一，又可分为；盐酸浸提法”1 、硫酸浸提法“。、 硝酸浸提法、草酸浸提法“、植酸自溶法“、“等。 2 3 1 酸浸提一碱沉淀一树脂酸化除杂法生产植酸 先用稀酸浸提植物原料，浸提液用碱中和生成菲汀，菲汀再经酸溶、离子交换树脂除 杂、脱色、浓缩后即得植酸。其工艺流程为： 脱脂米糠、麦麸或玉米等一i 羽一圈一圈一l 鲴一菲汀一i 硇一匮! i i 圈一 粗品植酸一悦刨一陂压浓缩卜+ 植酸 采用“两浸一沈”“3 法，即稀酸溶液分两次提取( 第一次用2 3 ) ，抽滤或用甩干机 将酸解液甩出，滤渣再用少量水洗，淋洗液与酸解液合并用于中和制取菲汀，可提高产品 质量和收率。用2 盐酸( 加2 的工业盐可减少蛋白质的溶出) ，保持酸浸时d h 一3 3 5 ， 1 4 第一章综述 磁力搅拌4 5 小时后抽滤，j 使菲汀较完全溶出而蛋白质的溶出较少。也可加入微量絮 凝剂如聚丙烯酸( o 5 p p m 即可) 、硅藻土等，使蛋白质凝聚而析出。 采用“分步中和”o ”法，先用新制的石灰乳中和至p h = 4 5 5 ，再用3 0 的n a o h 或其它易溶性碱如n a 2 c 0 3 、n h 3 h 2 0 中和至p h = 7 ，离心过滤、洗涤可得膏状菲汀。 用1 m o l ，l 盐酸溶解菲汀，使溶液p h = 1 ，5 2 ，搅拌4 h 后，离心过滤收集上清液，经过 阳离子变换树脂脱除金属离子，阴离子交换树脂脱除无机酸根离子，冉加入3 5 的活性 炭在6 5 下脱色3 0 l i l i n ，浓缩( 7 0 。c 蒸发至一半，然后在低于5 0 下减压浓缩) 可得到 6 0 7 0 的植酸。 2 3 2 酸浸提一离子交换法 用稀酸直接浸提，使植酸盐从原料中溶出，然后再经阳离子交换树脂脱盐制得植酸。 其主要工艺流程为： 脱脂米糠、麦麸、玉米等一圆一圈一匝重三重i i 亟圃一匝豆三重j i j i 国一 粗品植酸一脚刨一腋压浓缩一植酸 汪秋安等。“。1 研究了采用阴离子交换村脂法制取植酸的方法。采用阴离子交换树脂 直接处理含植酸钙镁的酸浸液，吸附在树脂上的阴离子先用0 1 5 m o l 几的n a c l 溶液洗脱 无机磷，再用07 m o l 几的n a c l 或1 0 m o l 几的n a o h 溶液洗脱可得到植酸钠溶液，然后 用阳离子交换树脂脱阳离子，流出液经脱色、减压浓缩可得到7 0 的植酸。该方法必须 注意选择合适的淋洗液，合理控制洗脱流速，不断检测流出液成分，以保证产物纯度，同 时提高产品得率。 张书生等1 研究了以植酸为自萃取剂，从米糠等粮食加工的副产物中提取植酸的制 备工艺。以料水比为6 ：1 混台均匀后，加入适量絮凝剂，再加入o 0 5 0 1 m 0 1 l 的植酸溶 液使萃取液的p h _ 2 2 5 ，然后在缓慢搅拌下浸取3 h ，萃取过程中要补加植酸，使萃取 终点的p h = 3 3 4 ，过滤，滤渣经二次浸捉、水洗，合并两次滤液和洗液，用离子交换树 脂脱盐即得植酸稀溶液，减压蒸发浓缩至浓度为5 0 时用活性炭脱色，继续浓缩可得较 高浓度的植酸。 自萃取法制备植酸，因不使用其它无机或有机酸作苯取剂，减少了辅助原料引起的杂 质，简化了操作，从而提高了产品的纯度，同时又可实现连续化生产，生产过程中无“三 废”排放，可降低生产总消耗。 许会林等0 1 1 采用离了交换与膜分离技术制各植酸，脱脂米糠经盐酸浸提后，通过阴离 1 5 筇一章综述 子交换柱去除阳离子杂质，用o 1 5 m o l l n a c l 洗脱无机磷后，用1 0 m 0 1 l 的盐酸将植酸洗 脱下来，洗脱液再经蜂房滤芯预过滤、中空纤维超滤器超滤、粒状活性炭脱色、电渗析、 减压浓缩可得到浓度为8 7 3 的植酸，产品纯