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多功能綠色食品添加劑-植酸

發布時間:2011-4-29 13:51:13  打印本頁 || 關閉窗口


 祝英群,劉捷
  (河南工業大學化學化工系,河南 鄭州 450052)
  隨著人們對生活質量的重視和對健康的追求,對食品添加劑的要求越來越高。原國家計委、國家經貿委和農業部聯合發布的全國食品工業”十·五”發展規劃中指出,我國食品添加劑發展的方向是天然、營養、多功能且安全可靠。植酸具有天然、無毒的特點,相對合成添加劑而言更為安全可靠,而且具有很多生理活性和保健功能,隨著對其研究的深人,日益展示出其多功能性。因此,植酸是一種性能優越的綠色食品添加劑。
  近年來,世界各國都在加大研究和開發力度,日本、美國等國家已把植酸作為重要的開發品種,生產能力和產量每年都在增加,并不斷開發出新的用途。目前我國雖然建成了十幾家植酸生產廠,但由于工藝落后,生產過程中吞吐量大,生產占地面積較大,耗時耗能大,應用范圍也比較小,僅限于金屬加工、食品、醫藥等行業的初級應用,還有很多領域需要開發。隨著人們綠色消費觀念的提高,植酸在我國的開發利用前景一定會是十分廣闊的。
1、植酸的理化特性
  植酸,學名環六醇六磷酸酯即肌醇六磷酸酯,分子結構式見圖1。相對分子量660.04,淡黃色或淡褐色的漿狀液體,呈強酸性,易溶于水、95%的乙醇、丙酮,不溶于無水乙醚、苯、己烷、氯仿,加熱則分解,濃度越高越穩定。植酸分子中有12個酸性氫原子,其離解常數與pH的關系見表1。

  植酸主要以鈣鎂復鹽(即菲丁)的形式廣泛存在于天然植物種子、胚芽、麩皮、米糠中,幾乎不以游離態形式而存在。植物中植酸含量見表2:

  生物特性:(1)可促進氧合血紅蛋白中氧的釋放,改善血紅細胞功能,延長血紅細胞的生存期。(2)可與蛋白質、多酚類物質發生凝結反應。(3)肌醇部分具有維生素B類的生理功能和活性。(4)磷酸酯部分為微生物細胞膜的一種組分,同時也具有耐溫、抗靜電、防汽霧等特性。(5)有機磷部分是微生物本身的組分和其生長發育的一種有效營養物質。(6)有較強的酸性,并具有極強的配位能力。(7)無致毒性,安全可靠。植酸半致死劑量LD504. 2g1kg,食鹽的半致死量LD504. 0glkgo植酸比食鹽作為食品添加劑更安全。(8)熱穩定性,植酸水溶液在高溫下受熱易分解,但在120℃以下,短時間內大致穩定,需低溫、避光條件下儲存。
2、植酸的制備
  植酸的生產方法有化學合成、生物合成、溶劑萃取法三種。
2.1化學合成法
  環己六醇(肌醇)與無機磷酷合成,但該法無工業意義。
2.2微生物發酵法
  1971年,William發現粗糙鏈孢霉肌醇缺陷型突變株能產生植酸及其異構物,該法的關鍵問題是通過對土壤微生物作精心篩選,尋找適當產生菌,也可用誘變劑處理,選得肌醇缺陷型菌株來生產植酸;還可用肌醇產生菌突變定向生物合成植酸。當今基因克隆技術已很成熟,可把體中有關植酸生物合成的基因克隆到合適的微生物中制備植酸生產工程菌,從而實現微生物發酵生產。這種方法是未來植酸生產的趨勢。
2.3溶劑萃取法
  用稀強酸溶液浸泡含植酸鈣的原料(如米糠、麩皮、玉米等)使植酸鈣溶解于浸漬液中,再經過離子交換、脫色、濃縮而制得。這是目前廣泛應用的制備植酸的方法,其生產工藝流程主要有以下三種。
2.3.1沉淀法
  工藝流程:原料→浸取→過濾→沉淀→酸化→陽離子交換→脫色→濃縮→成品檢測→包裝。
2.3.2離子交換法
  工藝流程:原料→浸取→過濾→陰、陽離子交換→脫色(樹脂)→濃縮→成品檢測→包裝。
2.3.3與納米技術相結合
  工藝流程:原料→浸取→過濾→超濾膜(納濾膜)過濾(反復)→陽離子交換→脫色(樹脂)→濃縮(用納濾膜濃縮)→成品檢測→包裝。
3、植酸的應用
  植酸是一種重要的有機磷系添加劑,具有獨特的生理功能和化學性質,在食品、醫藥、金屬防腐、日化工業及塑料加工等工業方面具有廣泛的應用。
3.1食品工業
3.1.1抗氧化劑
  油脂和油脂含量較高的食品放置一段時間后,由于油脂的氧化作用而酸敗變質,使其商品價值大為下降,而在其中加人少量植酸即可抑制其氧化和水解酸敗。如在大豆油中添加0.01%-0.2%的植酸,可使大豆油的抗氧化能力提高4倍;在花生油中加入少量的植酸,不僅可使其抗氧化能力提高40倍,而且還可抑制具有強致癌作用的黃曲霉素的生成。
3.1.2保鮮劑
  植酸作為食品保鮮劑,能有效地提高食品貯功能和改善食品質量,使其色、香、味保持較長時而營養不變。在貝類罐頭中添加0.1%-0. 51%酸,魚類中添加0.3%植酸,能有效地防止黑變及溫變色。在牛肉保鮮劑中加入0.2%植酸可有效長其保質期。用植酸處理鮮果和蔬菜,其保質期顯延長,如草毒經植酸處理后,其Vc降解顯著緩。
3.1.3護色穩定劑
  酶性褐變和非酶性褐變是果蔬加工和儲藏程中兩大難題。植酸作為添加劑能有效減緩或阻這些反應的發生。如植酸和植酸鈉對蘋果汁防止變和菠菜汁加工過程的護色都有較好的作用。少量的植酸加入到面包、色拉等食品中,可以增食品中天然色素和合成色素的穩定性。
3.1.4酒類降固劑
  在釀酒過程中,易帶人一些金屬離子(尤其鐵離子),同時其本身還含有一定的可溶性蛋白廳多酚類物質,在儲存中這些固形物就會析出,從影響酒類的口味和品質。添加適量植酸可有效地除去金屬離子和固形物。植酸凈化稀糖蜜酒類及飲料用水時,可將其中的鐵質去除99.5%以上。目前以含植酸為主要成分的快速止渴飲料已在日本役人了批量生產這種飲料適合于激烈訓練的運動員和高溫作業的工人飲用,具有快速止渴、復活神經機能和保護腦、肝、眼等作用。
  此外,植酸還可用作酒類發酵促進劑,使酒味更加醇厚。在麥芽糖等怡糖中添加適量植酸,可提高產品的透明度,并能保持風味、延長保存期。植酸及其堿金屬鹽類可作為速溶咖啡的消泡劑和浮渣消除劑。植酸還可用作豆醬、醬油、腌制品的變色退色防止劑、食品pH調節劑、面食及肉類食品的防腐劑等。
3.2醫藥
  植酸本身就是對人體有益的營養品,在人體內水解產物為肌醇和磷脂,前者具有抗衰老作用,后者是人體細胞重要組成部分。
3.2.1作為藥物
  植酸可促進機體內脂肪代謝,降低血脂,抑制膽固醇的生成,對治療肝、腎以及CCl4中毒等均有明顯療效。植酸對紅血球的活潑性起很大作用,能提高氧的輸送和二氧化碳的排放能力,在心血管疾病的治療中具有臨床價值,同時植酸還可作為發育不全、磷缺乏癥等疾病的營養劑、強化劑。
    植酸能抑制癌細胞增殖而具有一定的抗癌作用,對胃癌、腸癌、皮膚癌等均有較好的療效,植酸可被進一步加工成肌醇,作為預防和治療動脈硬化、脂肪肝與肝硬化的優良藥物。植酸可作為Vc,Vd,VB2,VE的穩定劑,是合成綜合維生素的主要原料。
3.2.2作藥物生產發酵促進
  劑植酸作為發酵培養基成份,培養酵母、細菌和霉菌時,比普通培養基生長好。在乳酸菌的培養基里加人植酸,可促進乳酸菌的生長;植酸培養蛋白酶產生菌可使蛋白酶產量提高兩倍;在深層發酵中植酸能抑制灰色鏈霉菌噬菌體增殖又不會影響鏈霉素發酵單位;將植酸加到含單抱絲菌屬介質中,可增加慶大霉素及其它抗菌素產量和核黃素的產品,使產量大大提高。
3.2.3植酸鹽的用途
  植酸鈣含有易被人體吸收的有機磷和鈣,可用于治療拘樓病、骨疾、鈣缺乏等癥狀,并能促進人體的新陳代謝,改善細胞營養,是一種營養滋補藥品。植酸鈉和植酸秘,能減少胃分泌物,可治療胃炎、十二指腸疾病及腹瀉等癥。植酸錫—99還可作為肝臟、脾、腎、肺及淋巴的掃描劑。
3.3金屬防腐
  植酸可作為電鍍添加劑。如在鐵鎳合金電鍍液中用植酸代替苯甲酸鈉可增加鍍件的出光速度和光亮度,在堿性鍍錫液中用植酸能代替氰化鈉進行低氰或無氰電鍍,不僅大幅度提高產品質量、降低生產成本,還能明顯減輕環境污染,從而有利于解決電鍍中的無氰電鍍問題。
  植酸也被廣泛用于電鍍金屬材料的表面處理
中,如鍍鋅板經植酸處理后不僅提高了鋅板的抗蝕性,還提高了其表面與有機涂料之間的粘接力;經植酸進行表面處理后的鍍錫板具有良好的抗氧化性,耐磨性和焊接性,可抵抗硫所引起的黑斑,有極佳的外觀。植酸還被應用于進行金屬的無鉻鈍化。向防腐材料中加入少量植酸及其鹽,能提高涂料的附著力和抗蝕能力。
3.4日化工業
  植酸能抑制磷酸鈣和牙齒琺瑯質的溶解能力,因此具有抗齲齒的功能。在牙膏中加入1%的植酸,還可改善鋁質軟管中牙膏的性能,防止氣體釋出而產生的膨脹。利用植酸對多價陽離子的贅合性能,可添加到各種洗凈劑中,如配置錫板清潔劑、汽車收音機磁頭清洗劑、鍋滬除垢劑等。
  植酸對處理座瘡,改善皮膚顏色,加強血液循環及促進毛發與指甲的生長有較好的效果,故可用于化妝品制造中。如護膚霜中加人植酸能抑制酪氨酸酶,而這種酶是造成皮膚變黑的主要原因,所以能起到美白作用。在洗發液中加人植酸則能有效地防止頭屑的生成,并有抗菌及止癢作用,使頭發柔軟并富有光澤。作為洗滌劑的添加劑可防止衣服褪色。
3.5塑料加工業
  植酸在高分子聚合物中能起到催化固化作用,可以有效地防止自聚結塊。由于其抗靜電的能力,能使烯烴聚合物具有良好的透明度。例如在制備j聚銨酯時,添加少量的植酸可以加速其固化,提高產品的質量。植酸季銨鹽是一種重要的表面活性劑,可作紡織、塑料的抗靜電添加劑。
3.6其他領域
  在硬水中,添加10—250mg/kg的植酸鈉溶液可使硬水軟化,防止金屬鐵積垢;在干性油、聚酯酸乙烯醇酸樹脂、環氧樹脂等各種涂料里添加1%植酸鈉鹽可改進涂層膜使其硬度、柔軟性、抗蝕性大大提高;在柴油、汽油、煤油、航空航海等高級特種油中加入0.01%—0.05%植酸能有效地減少或防止爆炸的發生;利用金屬元素與植酸有較強親和力,可回收稀土元素或去除稀土元素。
4、作用機理
4.1抗氧化作用
  植酸的抗氧化特性在于它能與金屬離子發生極強的贅合作用,即植酸與許多可促進氧化作用的金屬離子鰲合而失去活性,同時釋放出氫,破壞自氧化過程中產生的過氧化物,使之不能繼續形成醛、酮等產物,而產生良好的抗氧化性。
4.2保鮮作用
  植酸作為果蔬保鮮劑,安全無毒,使用方便,其可能作用機理:一是利用其抗氧化作用防止果蔬氧化變質;二是贅合果蔬表層的金屬離子使其推動催化特性;三是封閉蔬菜、水果等食品表皮的氣孔,抑制呼吸作用,減少水分散失和營養的消耗,同時抑制和抵制真菌的繁殖與侵入。
4.3降固劑作用
  植酸的結構中含有六分子磷酸,完全解離時負電性很強,可與二價、三價陽離子(如Ca2+、Mg2+、Zn2+、Fe3+等)結合形成不溶鰲合物;堿性磷酸基團能與蛋白質中質子化的氨基酸結合,形成不溶復合物,從而能有效地去除酒類中的固形物。
4.4抗癌作用
  植酸是一種良好的抗癌物質。目前推測抗癌作用可能存在有幾個方面的原因:(1)植酸能抑制營養細胞中8-oxo-2`-脫氧鳥苷酸的形成。H202和Cu(II)作用產生GG和GGG序列的特殊位點的損傷。植酸作為一種抗氧化抑制劑,通過鰲合金屬離子抑制H202生成的氧,從而產生抗癌功效。(2)植酸能夠促進抑癌基因P53,表達并通過多種途徑來抑制血管形成,從而阻斷血液供應,減少對瘤體的營養輸送,使腫瘤處于“饑餓”狀態而縮小瘤體。將殺傷腫瘤細胞和抑制血管形成聯合于一身,是一種理想的抗腫瘤藥物。(3)植酸具有抗氧化作用,能阻止輕基自由基產生,同時還能與細胞增殖有關的陽離子結合形成復合物,從而能夠阻止癌細胞的增殖。
4.5金屬防腐
  植酸分子結構中6個磷酸基只有一個處在a位,其它5個均在e位上,其中有4個磷酸基處于同一平面上,因此植酸在金屬表面同金屬絡合時,易在金屬表面形成一層致密的單分子保護膜能有效地阻止O2等進人金屬表面,從而抵抗了金屬的腐蝕。植酸處理后的金屬表面由于形成的單分子有機膜層同有機涂料具有相近的化學物質,同時還由于膜層中含有的經基和磷酸基等活性基團能與有機涂料發生化學作用,因此植酸處理過的金屬表面與有機涂料有更強的粘接能力。
5發展前景  植酸具有獨特的化學特性及特殊的生理和藥理功能,涉及人類生活的全過程,工、農、食品、醫藥、日化、金屬防腐等各個領域。特別是近年來瘋牛病、口蹄疫和禽流感給人類健康敲響了警鐘,食品及醫藥安全問題變的日益突出。人們對綠色生態品與醫藥保健品的需求也將不斷上漲。因此,植作為糧食加工副產品為原料生產出的具有多種途的天然食品添加劑,必將倍受各行業的青睞,發前景非常廣闊。

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