（食品科学专业论文）菜籽饼粕中植酸的提取及其抗氧化活性的研究.pdf

菜籽饼粕中植酸的提取及其抗氧化活性的研究 摘要 植酸是一类天然的含磷有机化合物，广泛存在于谷物、豆类及油科植物种子 中。由于植酸对金属的独特螯合作用和天然抗氧化作用使其在食品、环保、医疗等 方面的应用备受人们关注。因此，综合利用我国丰富的植物资源获取植酸具有广阔 的应用前景。 本文以去除蛋白的菜籽饼粕为原料，进行提取植酸的工艺研究，试验优化了酸 液浸提植酸的因素条件，选取得到较好的7 0 4 4 阴离子交换树脂，采用静态法和动态 法探索了离子交换的最适参数，同时对植酸的抗氧化活性进行了研究。试验获得的 主要结论如下： ( 1 ) 在单因素浸提植酸的试验基础上，以浸提率为指标，进行l l6 ( 4 5 ) 正交试 验，结果表明：在所考察的因素水平范围内，浸提植酸的较好条件为h c l 酸浸浓 度o 8 m o l l ，浸提温度6 0 ，浸提时间3 0 r a i n ，料液比l ：5 ，在该条件下植酸 的浸提率为9 5 8 。制得菲汀的有机磷含量为3 1 。 ( 2 ) 通过静态比较选择的7 0 4 阴离子交换树脂，在室温下，p h = 3 时静态吸附植 酸达到平衡的时间为2 h 。静态洗脱剂采用1 0 m o l l 的n a o h 效果较好。 ( 3 ) 动态法考察7 0 4 4 阴离子交换树脂对植酸的吸附和沈脱的结果表明：上样液 选取浓度为7 4 m g m l 、流速为1 5 m l m i n 利于植酸的吸附：而在一定范围内树脂高径 比越大越好。洗脱剂n a 0 h 在浓度为1 0 m o l l 、流速为1 0 m l m i n 时洗脱效果较佳。 得到的植酸产品经检测符合国家标准。 ( 4 ) 试验分析测定了植酸的抗氧化活性，结果表明：植酸能有效地减缓由烘箱法 引发的油脂过氧化反应，效果较b h t 好：同时，植酸对o h 和0 2 都具有明显的清 除作用，且呈一定的效量关系，对o h 和0 2 一清除活性i c 5 0 值分别为2 5 4 m g m l 和 9 2 8 m g m l 。 关键词：菜籽饼粕；植酸；离子交换树脂；抗氧化；清除氧自由基 s t u d i e so nt h ee x t r a c t i o na n da n t i o x i d a n ta c t i v i t i e so f p h y t i ca c i df r o mr a p e s e e dc a k e a b s t r a c t p h y t i ca c i di san a t u r a lc o m p o u n dw h i c hc a nb ew i d e l yf o u n di nc o r n s 1 e g u m e sa n d o i l s e e d s i th a sa t t r a c t e dg r e a ta t t e n t i o nb yi t sa p p l i c a t i o ni nf o o di n d u s t r y , e n v i r o n m e n t p r o t e c t i o na n dm e d i c a lt r e a t m e n td e p e n d i n go ni t su n i q u ec h e l a t i o n 、i t l lm e t a l sa n dn a t u r a l a n t i - o x i d i z a t i o n t h e r e f o r e ，t h ee x p l o i t a t i o no fp h y t i ea c i du s i n go u ra b u n d a n tp l a n t r e s o u r c e sh a sab r o a d p r o s p e c t t h et e c h n i c so fp h y t i ca c i de x t r a c t i o nf r o mp r o t e i n e x t r a c t e d r a p e s e e dc a k ew a s s t u d i e da n dt h ee x t r a c t i o nc o n d i t i o n so fa c i d i cs o l u t i o nw e r eo p t i m i z e d 7 0 4 4w e a ka l k a l i n e i o n e x c h a n g er e s i nw a sc h o s ea n dt h ep a r a m e t e r so fi o n e x c h a n g ep r o c e s sw e r es t u d i e db y s t a t i ca n dd y n a m i cm e t h o dr e s p e c t i v e l y t h ea n t i o x i d a n ta c t i v i t i e so fp h y t i ca c i dw a sa l s o s t u d i e d t h em a i nc o n c l u s i o n so f t h ee x p e r i m e n t sw e r e 越f o l l o w s ： ( 1 ) t h ep r o c e s so f e x t r a c t i o nw a so p t i m i z e db yo r t h o g o n a le x p e r i m e n to nt h eb a s i so f u n i f a e t o re x p e r i m e n t s 、析t 1 1p h y t i ca c i de x t r a c t i o nr a t ea st h ei n d e x t h eo p t i m a lc o n d i t i o n s w e r e ：h c ic o n c e n t r a t i o n0 8 m o l l ，t e m p e r a t u r e6 0 c ，t i m e3 0 r a i n ，r a p e s e e d - - h c ic a k e r a t i ol ：5 u n d e r w h i c h t h ee x t r a c t i o nr a t eo f p h y t i ca c i d w a s 9 5 8 t h ec o n t e n t o f o r g a n i c p h o s p h o ri no b t a i n e dp h y t i nw a s3 1 ( 2 ) 7 0 4 4w e a ka k a l i n ei o n - e x c h a n g er e s i nw a sc h o s ei nc o m p a r i s o nw i t h7 17 t h e a b s o r p t i o ne q u i l i b r i u mc o u l db er e a c h e dw h e nt h et i m ew a s2 h ，p h 3a n dt e m p e r a t u r e 2 0 3 0 a ts t a t i cs t a t e t h e1 0m o l ln a o hh a dt h eb e s te r e c ta st h es t a t i cw a s h i n g s o l v e n t ( 3 ) t h ea b s o r p t i o na n dw a s h i n ge f f e c to f7 0 4 8w e a ka l k a l i n ei o n e x c h a n g er e s i no n p h y t i ca c i dw e r es t u d i e db yd y n a m i cm e t h o d t h er e s u l t sr e v e a l e dt h a tc h o o s i n g7 4 m g m l a n d1 5 m l m i na st h ec o n c e n t r a t i o no f s a m p l e sa n dt h ev e l o c i t yo f t h ef l o w r e s p e c t i v e l yh a d b e t t e re f f e c to np h y t i ca c i da b s o r p t i o n t h ee f f i c i e n c yo ft h er e s i nw a sb e t t e rw i t ha h i 【g h e r r a t i oo fc o l u m nd i a m e t e rt oh e i g h ti nac e r t a i ns c o p e i tw a sf o u n dt h a tt h es o l v e n to f 1 0 m o l ln a o hh a dab e t t e rw a s h i n ge f f e c tw i t ht h ev e l o c i t yo ff l o w1 0 m l l t h eq u a l i t y o f p h y t i ca c i do b t a i n e dm e tt h eg b ( 4 ) t h ea n t i o x i d a n ta c t i v i t i e so fp h ”i ca c i dw e r es t u d i e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e a x u n g ep e r o x i d a t i o nr e a c t i o nc o u l db es l o w e dd o w nb yp h y t i ca c i dw i t hab e t t e re f f e c tt h a n b h t a no b v i o u ss c a v e n g i n ge f f e c to fp h y t i ca c i do n o ha n d0 2 w a sa l s oo b s e r v e di n t h et w or a d i c a ls y s t e m sw h i c hw a si np r o p o r t i o nt oi t sq u a n t i t y 1 r i l ei c 5 0o fp h y t i ca c i do n s c a v e n g i n g o ha n do 。w e r e2 5 4 m g m la n d9 2 8 m g m lr e s p e c t i v e l y k e yw o r d s ：r a p e s e e dc a k e ；p h y t i ca c i d ；i o n e x c h a n g er e s i n ；a n t i - o x i d i z a t i o n ； s c a v e n g i n gf r e e r a d i c a l s 插图清单 图1 1 植酸的a n d e r s o n 结构式 图1 2 植酸的n e u b e r g 结构式 图2 1 磷标准曲线 图2 2 不同浸提剂对植酸浸提率的影响 图2 3 浸提剂的浓度对植酸浸提率的影响 图2 4 浸提时间对植酸浸提率的影响 图2 5 温度对植酸浸提率的影响 图2 6 浸提剂用量对植酸浸提率的影响 图2 7 浸提次数对植酸浸提率的影响 图2 8 超声波对植酸浸提的影响 图2 9 搅拌对植酸浸提率的影响 图3 1 柱高径比对树脂吸附植酸效果的对比 图3 2 流速对树脂交换过程的影响 图3 3 上样液浓度对树脂交换过程的影响 图3 4 洗脱液浓度对洗脱树脂的影响 图3 5 洗脱液流速对洗脱树脂的影响 图3 6 制得植酸产品图片 图4 1 不同浓度植酸溶液对大豆油的p o v 值的影响 o q m侣侈侈加加扒砣勉弭弘於撕轮 表格清单 表1 1 植酸水溶液浓度与水解率的关系2 表1 2 植酸浓度与相对密度的关系r 2 表1 3 植酸的离解常数与p h 3 表1 4 植酸的金属络合物稳定常数3 表2 1因素与水平表2 2 表2 ，2l 1 6 ( 4 5 ) 正交试验设计及试验结果一2 3 表2 3l 1 6 ( 4 5 ) 正交试验方差分析表2 4 表2 4 菲汀的质量分析表- 2 4 表3 1 两种阴离子交换树脂对植酸吸附的结果“2 7 表3 ，2 温度对7 0 4 4 阴离子交换树脂吸附植酸的影响“2 8 表3 3p h 对7 0 4 4 阴离子交换树脂静态吸附的影响2 8 表3 4 浸泡时间对吸附平衡的影响一2 9 表3 5 洗脱剂浓度对洗脱植酸的影晌3 l 表3 。6 植酸的质量分析3 6 表4 1不同含量植酸对油样酸价的影响一4 1 表4 2 油样在烘箱中2 0 天的羰基值4 2 表4 - 3 植酸对o h 的清除作用4 3 表4 4 植酸对超氧自由基的清除作用“ 表4 5 植酸对超氧自由基的抑制作用4 4 独创性声明 本人声明所早交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究1 ：作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果也不包含为获得金胆些盔堂或其他教育机构的学位或证i5 而使用过的材 料。与我一同l i 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：耷岣疆签字日期：叫年1 训l y 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金g b 兰些太堂有关保留、使用学位论文的规定。有权保留 并向国家有关部fj 或机构送交论文的复印件和磁盘允许论文被查阅和借阅。本人授权盒 壁王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：喜、岣谊 签字聃：叼年f 日 学位论文作者毕业后去向 工作单位 通讯地址 导师签名 签字日期：7 年n ， j 7 日 电话： 邮编： 致谢 本课题的研究和论文的完成是在我的导师潘丽军教授的悉心指导下进行 的。潘老师不仅给我提供了优良的实验环境，而且论文的选题及实验安排方面 都做了大量的工作，倾注了大量心血。潘老师鼓励我大胆创新、尝试，培养了 我独立进行试验及分析、解决问题的能力，导师严谨的治学态度一直深深影响 着我，在最终的论文修改过程中潘老师及其耐心及细致的为我指出每处错误， 再次让我感受到她对学生的关爱。在此，向潘老师表示衷心的感谢和崇高的敬 意! 此外，潘老师在生活上也给予了我无微不至的关怀，让我体会到了家庭般 的温暖。同时还要特别感谢姜绍通老师在试验安排及进度上的指导与关心。 在试验过程中，感谢郑志老师，罗水忠老师，陈晓燕老师，邵平博士， 李岩师兄，蒋连平、张轶、陈晓晖、赵俊平、胡锦艳、刘兰花、梁铁艳、张竞 成、李皖光、朱霖等诸位老师和同学给予我的指导和帮助，有了他们，我的论 文才得以顺利完成。同时研三十班的同学在学习和生活上对我的关心令我十分 感激! 感谢陈从贵老师和程华平老师在论文修改过程中给我提出的宝贵意见和 建议，令我受益匪浅。 最后，我还要向我的父母及亲朋好友表示感谢，他们对我的支持和鼓励 是我不断前进的动力。 作者：章炳谊 2 0 0 7 年1 2 月0 8 日 第一章前言 1 1 植酸及其研究现状 植酸( p h y t i ca c i d ) 又名六磷酸肌醇酯( i n o s i t o lh e x a p h o s p h a t e ) ，即环己六醇 六磷酯，是肌醇磷酸酯的混合物，包括肌醇二磷酯、肌醇三磷酯、肌醇四磷 酯、肌醇五磷酯、肌醇六磷酯等】，主要以钙镁的复盐( 即菲汀) 的形式广泛存 在于天然植物种子、胚芽中，几乎不以游离态形式存在。各种农作物中菲汀 ( 植酸) 含量较高的有米糠( 1 0 1 1 ) 、油菜籽( 4 6 ) 、玉米胚芽( 9 5 ) 、亚麻种子( 5 9 6 4 ) 、大豆( 3 6 ) 等，植酸一般从这些高含量的 植物中提取。植酸是一种重要的有机磷系添加剂，最重要的特征是与金属离子 有极强的螯合作用和抗氧化性，故具有独特的生理药理功能和化学性质，广泛 应用于食品、医药、日用化工、金属加工、纺织工业、高分子工业、燃料工 业、水果保鲜和环保等行业，是一种用途极其广泛的精细化工产品。 1 1 1 植酸的化学结构 植酸( p h y t i ca c i d ) 分子式为c 6 h 1 8 0 2 4 p 6 ，相对分子质量是6 6 0 0 8 ，植酸在1 8 7 2 年为p r e f e r r 发现，根据植酸水解产物的组成，植酸为肌醇六磷酸酯就被确定 了，可是对肌醇与磷酸的结合形式，即植酸的结构却提出了种种不同看法，其 中最具争论的是1 9 1 4 年a n d e r s o n 提出的对称正磷酸酯结构( 图1 1 ) 以及1 9 0 8 年 n e u b e r b 提出的不对称水化三焦磷酸酯结构( 图1 2 ) ，二者各有许多支持者，争议 相持达五、六十年。直到1 9 6 9 年j o h n s o n 和t a t e 等人结合前人的工作，通过化学 分析、x 一光衍射分析、光谱分析以及最后经核磁共振的测定与解析，详细论证 了谷物中的植酸具有a n d e r s o n 所提出的对称正磷酸酯结构，并且由双环己基碳 化二亚胺( d i c y c h e x ye a r b o d i i m i d e ) 与谷物植酸作用而制得了与n e u b e r g 式相当的 d i 肌醇1 ，6 ：2 ，3 ：4 。4 ：5 - - 焦磷酸酯【2 , 3 】。此后，t a t e 的结论又经x 射线结构分 析和植酸的甲酯化反应等途径又获得了支持，植酸的结构更明确了。其结构有6 个强酸性基、2 个中酸性基、4 个弱酸性基【4 j 。 图1 ia n d e r s o n 结构式( 正磷酸酯结构) f i g i 1a n d e r s o n ss t r u c u r eo f p h y t i ca c i d 图1 2 n e u b e r g 结构式( 水化三焦磷酸结构) f i g 12n e u b e r g ss t r u c t u r eo f p h y t i ca c i d 1 i 2 植酸的性质 植酸是一种淡黄色或褐色浆状液体，呈强酸性，易溶于水、9 5 乙醇和丙 酮，微溶于无水乙醇、甲醇，难溶于乙醚、苯、氯仿和已烷等有机溶剂。加热 则分解，但其水溶液在1 2 0 c 以下大致是稳定的，植酸浓度高则趋于稳定。其 磷酸基解离可分为三段，p k 值分别为1 8 3 、6 3 、9 7 p 9 】。植酸天然无毒( 小白 鼠口服半致死量l d 5 0 为4 1 9 2 m g k g ，比食盐更安全) ，安全性较高1 7 , 8 】。 1 1 2 1 植酸的热稳定性例 分别配制质量百分比为1 ，11 ，2 2 ，4 4 四种植酸水溶液试样将其封管，然 后分别放入温度为1 0 0 1 1 0 、1 2 0 、1 4 0 油浴内测定植酸受热后的水解率 进而观察其稳定性。各试样在入油浴后时间分别为1 h ，2 h ，4 h ，1 0 h 测定的水解率 如表1 1 所示。从表1 1 中看出，随着水解温度升高，植酸浓度增加，测定时间加 长，植酸热稳定性降低。 表i 1 植酸水溶液浓度与水解率的关系 t a b l e1 1t h er e l a t i o nb e t w e e nr a t i oo f h y d r o l y s i sa n dw a t e r - s o l v e n tc o n c e n t r a t i o no f p h y t i ca c i d 1 1 2 2 植酸浓度与相对密度的关系9 1 植酸的质量浓度与相对密度的关系如下表： 表1 2 植酸浓度与相对密度的关系 t a b l e1 2t h er e l a t i o nb e t w e e nr e l a t i v e - d e n s i t ya n dc o n c e n t r a t i o no fp h y t i ca c i d 植酸浓度 1 0 2 0 3 0 4 05 0 6 0 7 0 相对密d 4 2 1 0 5 5 3 1 1 3 1 9 1 1 9 4 8 1 2 8 2 41 3 6 9 1i 4 8 6 21 5 8 6 0 1 1 2 3 植酸的解离常数与p h 的关系 植酸分子中有1 2 个酸性氢原子，其离解常数与p h 的关系见表1 3 1 1 0 1 。其离 解主要分三步： h 4 l 8 一 表1 3 植酸的离解常数与口h t a b l e1 3t h ep k aa n dp ho f p h y t i ca c i d ( 2 ) ( 3 ) 1 1 2 4 植酸与金属络合物稳定常数】 由表1 4 知，植酸在p h 较广的范围内与金属离子具有较强的络合作用，此 为植酸极有价值的特性之一。 表1 4 植酸的金属络合物稳定常数( 1 0 9 k ) t a b l e1 4t h ei o g go fp h y t i ca c i d 金属 f e + +c o + +n i + + z n + + p h 主入 m 矿 c a c u 。 它试剂 l 8 4 7 8 6 3 9 2 1 1 6 4 51 3 32 5 91 5 5 0 21 0 2 88 2 398 31 63 02 6 62 9 81 5 4 3 39 5 69 7 31 04 l1 68 421 22 0 81 5 5 0 41 08 5l o 0 21 0 4 31 7 2 l7 1 73 8 91 5 8 5 5l o 7 71 0 0 51 08 51 7 3 51 5 5 41 3 4 91 4 9 6 61 0 5 51 0 8 7 1 0 9 1 1 7 6 31 5 2 71 4 9 21 5 0 5 聚磷酸盐 5 8 03 4 85 2 03 4 03 2 25 3 0 e d t a8 6 91 0 5 91 6 5 0 1 1 3 植酸的制备与检测 1 1 3 1 植酸的制备 植酸的生产方法目前主要有三种，即化学合成法、微生物发酵法和天然产 物提取法。化学合成法即由环己六醇( 肌醇) 与无机磷酯合成，但费用较高， 无工业意义。微生物发酵法：1 9 7 1 年，w i l l i a m i ”】发现粗糙链孢霉肌醇缺陷型突 变株能产生植酸及其异构物，其关键问题是通过对土壤微生物作精心筛选，寻 找适当的生产菌，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，利用基因克隆技术即有可能实现，这种 方法是未来植酸生产的趋势。而采用最多的是天然产物提取法，是利用含植酸 盐成分的原料( 如米糠、麸皮等) 经酸浸、分离、中和、除杂、浓缩等一系列 工艺过程制得。目前能实现工业化生产的只有以植酸含量较高的脱脂米糠为原 料制取植酸。 早期制备植酸是将米糠脱脂后，用强酸( 例如盐酸、硫酸、硝酸等) 酸浸及 中和得到菲汀，然后将其溶解于盐酸，加入氢氧化钡，并加入过量的稀硫酸及 硫酸铜，再加人硫化氢，过滤后得到稀植酸溶液。 目前对植酸的提取方法概括起来主要有传统的沉淀法和新兴的离子交换 法。 传统的生产植酸方法一般采用米糠和玉米淀粉生产过程中亚硫酸浸泡工序 的玉米浆为原料，技术工艺采用稀酸浸泡米糠，然后用不同的沉淀剂中和沉 淀出菲汀( p h y t i n ) ，根据沉淀剂的不同可分为氧化钙( 石灰水) 法、氨路线、氢 氧化钠路线等，再进行脱盐、脱蛋白质等精制工序得到植酸。该工艺用时较 长，生产产量稳定，易于生产控制，但产率较低，质量较差。同时也影响了肌 醇的生产质量。而新兴的离子交换法又包括吸附法1 1 4 1 和直接法【b 】。吸附法即 用阴离子交换树脂，直接吸附酸浸液中的植酸，然后用碱液溶离吸附在阴离子 树脂上的植酸根，使其变成可溶性的植酸盐，从而洗脱下了，再通过阳离子交 换树脂脱盐。脱盐后的溶液经脱色、真空浓缩即得植酸。直接法即直接用稀植 酸浸取原料，使植酸盐溶离出来，然后经超滤膜( 纳滤膜) 反复过滤，以除去 蛋白质、淀粉等高分子物质，再加碱液沉淀过滤液，沉淀用植酸溶液溶解，经 阳离子交换树脂脱除各种杂质阳离子，最后脱色浓缩得到植酸产品。 新兴的离子交换法相对于传统的沉淀法具有植酸产品纯度高、杂质离子 少、反应副产物少、污染小等诸多优点，但对于国内厂家来说还存在一些技术 上的问题，在树脂的选用、工艺条件的优化等方面是技术难点。总的来说离子 交换法是制取植酸的趋势，但对于树脂的选用、交换因素及静动态的研究还有 待进一步深入研究。有关离子交换技术及应用，以下还有较为详细的叙述。 1 ，1 3 2 植酸的检测 植酸既无特征反应，又无特定的吸收波长，故给其分析测定带了了较大困 难，目前关于植酸的分析测定研究仍比较活跃。迄今，植酸测定方法有多种， 不同国家的生产企业和地区制定了各自的植酸测定方法【l6 】，主要有滴定法、重 量法、分光光度法、高效液相色谱法【i s 1 9 ) 、离子色谱法1 2 0 川及其他分析方 法。 滴定法是最常规的测定方法，主要用于较高浓度的植酸的测定。可分为酸 碱滴定1 2 2 1 、碘量法斗】和络合滴定1 2 5 】。酸碱滴定：酸碱滴定是基于植酸具有强 酸性，即每个植酸分子具有1 2 个可电离的氢离子，当以强碱( 如n a o h 、 k o h ) 标准溶液滴定至终点时，微过量的强碱使酚酞指示剂呈微红色；碘量 法：碘量法的原理是先让植酸与硫酸铜反应，生成植酸铜沉淀，过量的硫酸铜 4 则碘化钾反应析出游离的碘，再用硫代硫酸钠标准溶液滴定析出的碘，同时作 空白试验，从而推算出样品中的有机磷含量：络合滴定：络合滴定是利用植酸 在稀酸水溶液中与某些金属离子可生成比例固定的络合物，反应终点时，微过 量的金属离子与指示剂生成有色络合物的原理进行测定的。该法以5 一磺基水 杨酸为指示剂，用标准f e ”溶液滴定植酸及其提取液。 分光光度法的优点是迅速、灵敏度高，是较早用于植酸分析的方法之一。 可分为直接测磷法和间接测磷法。直接测磷比色法有一个共同的原理：将植酸 直接消化后测定磷酸基，就是利用磷酸盐与钼酸盐反应形成磷钼酸盐，然后还 原磷钼酸盐，或者与碱性染料络合形成有色物质，例如孔雀绿、罗丹明，、结 晶紫等，在同一波长下进行比色测定，采用的还原剂有氯化亚锡、抗坏血酸、 硫酸亚铁、氨基萘酚磺酸，由于还原剂的还原能力强弱不一，出现一些改良 法，例如钼钒法【2 6 】、钼锑抗法【2 7 】等。问接测磷法的原理：加入定量的标准铁与 稀酸，沉淀植酸铁后，比色测定未反应的铁，或者将植酸水解，从而确定植酸 的含量，也称为间接测铁法。 电化学方法：电化学方法分为电流滴定法和极谱法两种。电流滴定法： 利用硝酸铅可沉淀植酸铅离子，在滴汞电极上被还原的性质而建立的方法。滴 定快速准确，没有维生素、脂肪、蛋白质的干扰。极谱法：在1 n 氯化锂介质 中，植酸盐的半波电位为一1 5 ，浓度在1 2 1 0 。3 9 m l 范围内波高与浓度成正比。 该法适合于植酸钙提取过程中各阶段( 包括米糠、浸出液、成品等) 植酸盐的 测定。 离子交换树脂法：根据植酸易溶于稀酸的特性，用稀酸将植酸从制各好的 样品中提取出来，经过离心和离子交换树脂，使植酸与杂质分离，将分离出来 的植酸，再用不同的仪器检测的方法。离子交换法分为二种：一种是利用离子 交换原理提纯，然后比色测定其水解液中的磷或铁的含量，或将提纯后的植酸 乙酰化后用气相色谱法测定；另一种是利用离子交换原理将植酸分离出来，然 后通过液相色谱来测定。 高效液相色谱法：1 9 8 2 年g r a f 等t 2 8 2 9 1 分别开始利用高效液相色谱法浓缩和 纯化植酸，此后高效液相色谱法在植酸测定方面就得到了广泛的应用p 叩”。 c i l l i e r s 利用经h p l c 柱后光度测定的方法，仅8 m i n 就完成了测定1 3 2 j 。g r a f 等在分 析食品中的植酸时也采用了此法，灵敏度极高，即使植酸含量在0 0 0 3 左右， 亦可定量检出，相对偏差 浸提温度 浸 提时间 料液比。 同时对正交表试验结果进行方差分析，见表2 3 。结果表明，酸浸浓度、 浸提温度对植酸浸提率的影响非常显著，而浸提时间和料液比对植酸浸提率影 响不显著，通过对因素水平与考察指标之间关系的极差分析，最佳工艺条件为 a 4 8 4 c 4 d 4 ，综合考虑因素的显著性得出因素水平安排为b i c 4 d i 。通过分析可 以看出这与正交表试验中直观分析的最优结果工艺条件a 4 b l c 4 d 2 并不一致，将 这两组条件取出作对比验证试验，得出最优组合为a 4 bj c , dj ，植酸浸提率为 9 5 8 。通过三次重复试验，结果证明试验具有较好的可重复性。因此浸提植 酸较好条件为：h c l 酸浸浓度0 8 m o l l ，浸提温度6 0 c ，浸提时间3 0 m i n ，料 液比l ：5 。 表2 3l 1 6 ( 4 5 ) 正交试验方筹分析表 t a b l e2 3a n a l y s i so f v a r i a n c eo f o r t h o g o n a lt e s tl 1 6 ( 4 5 ) 2 2 1 0 菲汀质量检测结果 对根据2 1 3 1 2 的方法所得菲汀进行分析，有机磷是菲汀质量的主要指 标，而钙的含量同样关系到菲汀质量的高低，故主要测定了这两个指标，现将 所检测结果列于下表： 表2 4 菲汀的质量分析表 t a b l e 2 4a n a l y s i so f p h y t i n sq u a l i t y 2 3 本章小节 本章对从经预处理的菜籽饼粕中提取植酸的试验因素和条件进行了研究。 试验首先考察了浸提酸液的种类、浓度、浸提温度、浸提时间、料液比等单因 素对植酸浸提的影响，得到了较好的单因素条件。设计了l 1 6 ( 4 5 ) 正交实验来优 化浸提植酸的工艺，结果表明：在所选择的试验范围内，酸浸浓度和浸提温 度对植酸浸提率的影响非常显著，而浸提时间和料液比影响不显著，浸 提植酸较好条件为h c i 酸浸浓度o 8 m o l l ，浸提温度6 0 ，浸提时间 3 0 m i n ，料液比l ：5 。此外，搅拌和超声波能加快植酸的提取速度，但都不 能提高浸提率。得到的菲汀有机磷含量为3 1 。 第三章离子交换树脂纯化制备植酸 离子交换现象从十九世纪四十年代为人们所发现、利用，到现在已经历了 近二百年的历史，该技术日趋成熟，所采用的离子交换树脂产品品种繁多，性 能也更加齐全，主要应用的方面有食品、医药、化工、冶金、电力及原子能等 部门，还包括制取和纯化水、三废处理及分离精制药品等口”。随着技术的发 展，离子交换技术在化工工艺、超纯制药、环境保护等方面的应用得到了开拓 和发展。 目前对植酸的提取方法概括起来主要有传统的沉淀法和新兴的离子交换 法。传统的生产植酸方法前已有所叙述，工艺用时较长，虽然生产产量稳定， 易于生产控制，但产率较低，质量较差。同时也影响了肌醇的生产质量。而新 兴的离子交换法包括吸附法和直接法。吸附法即用阴离子交换树脂，直接吸附 酸浸液中的植酸，然后用碱液溶离吸附在阴离子树脂上的植酸根，使其变成可 溶性的植酸盐，从而洗脱下了，再通过阳离子交换树脂脱盐。脱盐后的溶液经 脱色、真空浓缩即得植酸。直接法即直接用稀植酸浸取原料，使植酸盐溶离出 来。然后经超滤膜( 纳滤膜) 反复过滤，以除去蛋白质、淀粉等高分子物质。 再加碱液沉淀过滤液，沉淀用植酸溶液溶解，经阳离子交换树脂脱除各种杂质 阳离子，最后脱色浓缩得到植酸产品。 可见相对于传统法，离子交换法有产品纯度高、工艺流程短等优势，故研 究开发纯化植酸的新型离子交换树脂及纯化工艺具有重要意义。离子交换树脂 的应用一般分为静态和动态两种类型。静态法一般是指在容器如烧杯内树脂的 离子交换行为，是一种简单、原始的方法。只能试探性地研究树脂的一些吸附 洗脱特性，在实际研究中，主要还是要考察动态离子交换的行为。因为离子交 换反应是可逆的平衡反应，为了使平衡向右，反应完全，必须使交换剂与新鲜 的电解质接触，交换后的离子必须尽快离开树脂，使平衡向右。这种动态的交 换使得其应用广泛。文献中对于离子交换过程的报道较少，本章筛选考察弱碱 性阴离子交换树脂对植酸的静动态吸附及沈脱，为纯化植酸树脂的选取提供一 定的理论指导。 3 1 离子交换树脂对植酸静态吸附效果的研究 3 1 1 材料与主要试剂 7 1 7 4 型强碱性阴离子交换树脂 7 0 4 。型弱碱性阴离子交换树脂 三氯化铁( 分析纯) 磺基水杨酸( 分析纯) 安徽三星树脂厂 安徽三星树脂厂 上海东懿化学试剂公司 国药集团化学试剂有限公司 氢氧化钠( 分析纯) 7 0 纯度植酸( 分析纯) 3 1 1 2 仪器与设备 p h s 一2 5 型数显酸度计 高速冷冻离心机 7 2 1 型分光光度计 j y 9 2 1 i 型超声波细胞破碎机 i - i h 2 数显恒温水浴锅 3 1 2 植酸的检测方法及树脂的预处理 合肥工业大学试剂厂 上海国药集团 上海天达仪器有限公司 上海安亭科学仪器厂 上海第三仪器厂 宁波新芝生物科技股份有限公司 国华电器有限公司 吸取植酸溶液约5 m l 于1 0 m l 比色管中，加入三氯化铁一磺基水杨酸反应 溶液( 称取1 5 9 三氯化铁和1 5 9 磺基水杨酸，加水溶解并定容至5 0 0 m l 。使用 前用水稀释1 0 倍) 4 m l ，摇匀，以3 0 0 0 r m i n 离心分离1 0 m i n 。放置1 0 2 0 m i n 后，将上层液倒入l c m 比色皿中，于5 0 0 n m 处测定吸光度。以吸光度的大小来 表示植酸含量，吸光度的大小与植酸的含量成反比【6 ”。 离子交换树脂的预处理：新使用的离子交换树脂，先用热水反复清洗，阳 离子交换树脂用7 0 8 0 的热水而阴离子树脂用5 0 6 0 热水。后换水数次， 浸洗至洗水不带褐色，泡沫很少为止。阳离子交换树脂的处理步骤：用1 n 相 当于树脂体积的2 3 倍的h c i 浸泡树脂约1 小时，水洗至近中性；再用i n 相 当于树脂体积的2 3 倍的n a o h 浸泡树脂约l 小时，水洗至近中性( p h 约为 9 ) ：用1 n h c i 或h 2 s 0 4 浸泡树脂将其转为h 型，最后用去离子水洗至近中性 即可。而阴离子交换树脂的酸碱处理顺序则对应地采用碱一酸一碱，酸碱用 量，强碱树脂与强酸树脂相对应，弱碱树脂与弱酸树脂相对应。 3 1 3 试验方案设计 通过查阅相关资料选择确定7 1 7 。、7 0 4 4 两种树脂，以吸附容量为考察指 标，通过试验筛选出效果较好的一种。然后利用静态法考察温度、p h 值、吸附 时间、洗脱剂浓度等对所筛选离子交换树脂的影响。 3 1 3 1 离子交换树脂的静态法筛选 将植酸水溶液用水1 ：1 0 稀释，再用n a o h 调节p h = 3 ，取2 份2 0 m l 于 1 0 0 m l 锥形瓶中，取3 0 9 ( 湿重) 经过预处理的7 1 7 。，7 0 4 4 阴离子交换树脂分 别加入到上述浓度相同且体积相等的植酸稀溶液中，在室温下静态放置过夜， 分别取三份上清液按3 1 2 方法比色测定植酸含量，以吸光度的大小作为衡量植 酸含量高低的依据( 作三组平行实验，取均值) 。然后确定吸附效果较好的一 种作为后续使用树脂，继续考察其静态吸附植酸的影响因素。 3 1 3 2 温度对筛选所得树脂静态吸附效果的影响实验 取植酸水溶液用水l ：1 0 稀释，用氢氧化钠溶液调节p h = 3 ，各取筛选所得 树脂3 0 9 ( 湿重) ，分别加到2 0 m l 植酸稀释液中，分别在冰箱、室温、3 0 0 、 4 0 0 、5 0 下浸泡2 h ，取上清液用比色法测其吸光值( 作三组平行实验，取均 值) 。 3 1 3 3p h 对筛选所得树脂吸附植酸的影响 取植酸水溶液用水1 ：1 0 稀释，各取2 5 m l 稀释液，分别用n a o h 调节至 p h = 1 7 ，然后将不同p h 值的植酸溶液于2 5 m l 容量瓶中定容，以确保各植酸 溶液中植酸含量相等。各取p h = 1 7 的植酸溶液2 0 m l ，分别浸泡3 9 ( 湿重) 筛选所得树脂2 h ，取上清液用比色法测其吸光度( 作三组平行实验，取均 值) 。 3 1 3 4 筛选所得树脂静态吸附植酸的平衡时间 取植酸水溶液用水l ：l o 稀释，用氢氧化钠溶液调节p h = 3 ，各取筛选所得 树脂3 ，0 9 ( 湿重) ，分别加到2 0 m l 植酸稀释液中，分别浸泡1 0m i n 、2 0m i n 、 4 0m i n 、6 0 m i n 、2 h 、4 h 、2 4 h 、另一组浸泡5 m i n ，加以超声波辅助5 r a i n ，各取 上清液用比色法测其吸光度( 作三组平行实验，取均值) 。 3 1 3 5 洗脱剂浓度对洗脱效果的影响 各取3 o g 饱和吸附植酸的筛选所得树脂，分别用不同浓度但同体积的 n a 0 h 溶液静态洗脱，各取上清液用比色法测其吸光度( 作三组平行实验，取 均值) 。 3 1 。4 结果与讨论 3 1 4 1 离子交换树脂的选择 选用的7 1 7 # 、7 0 4 4 两种阴离子交换树脂经静态交换试验，其结果见表3 1 表3 1 两种阴离子交换树脂对植酸吸附的结果 t a b l e3 1t h er e s u l to f a d s o r b i n gp h y t i ca c i db yt w oi o n - e x c h a n g er e s i n s 比色测定植酸的原理是植酸与三氯化铁一磺基水杨酸混合液作用，产生褪 色反应，植酸含量与褪色程度成正比，吸光度越大，植酸含量反而越低。由表 3 1 可以看出，7 1 7 4 和7 0 4 4 两种树脂饱和吸附植酸后，经前者吸附后的上清液吸 光度大于后者，上清液中剩余植酸含量少，说明7 0 4 。树脂对植酸的吸附量大于 7 1 7 。树脂。7 1 7 4 交换树脂是一种普通的强碱性阴离子交换树脂，其内部孔径 小，使植酸不容易深入到颗粒内部进行交换。而7 0 4 ”是由氯代环氧丙烷与多乙 烯多胺在高温下缩聚而成的带有伯胺、仲胺、叔胺及季胺( 二n h 2 、= n h 、- - - n 、 = n = ) 的弱碱性阴离子交换树脂，孔径较7 1 7 。大一些，且植酸的洗脱较其容易。 通过筛选比较确定采用7 0 4 4 树脂作为后续考察吸附洗脱植酸的树脂。 3 1 4 2 温度对7 0 4 4 树脂静态吸附平衡时间影响的结果分析 在不同温度下，7 0 4 4 树脂静态吸附植酸后剩余液的吸光度见表3 2 。 表3 2 温度对7 0 4 “阴离子交换树脂吸附植酸的影响 t a b l e 3 2t h ee f f e c to f t e m p e r a t u r eo na d s o r b i n gp h y l i ca c i db y7 0 4 。i o n e x c h a n g er e s i n 从表3 2 可以看出，在室温条件下，溶液中植酸含量最低，此时树脂吸附 效果最好。在冰箱中，温度过低使7 0 4 4 树脂的吸附量稍微有所降低；在室温以 上，随着温度的升高，树脂的吸附效果呈下降趋势。一般认为，温度升高，能 活化树脂的吸附集团，加速吸附离子进入树脂内部的运动速度，但同时，温度 的升高也会加速离子的离解速度，因此，7 0 4 4 离子交换树脂吸附植酸宜在室温 条件下进行。 3 1 1 4 3 p h 对7