1、大豆磷脂改性方法研究進展摘要:本文簡要介紹大豆磷脂通過物理、化學或者酶法改性,擴大在食品、化妝品、醫藥等工業方面的應用。綜述了國內外磷脂物理改性、化學改性、酶法改性研究的進展。關鍵詞:磷脂;物理改性;化學改性;酶改性大豆磷脂是良好的天然表面活性劑,但是其親水親油平衡值HLB 值低,應用范圍受到很大限制,如在速溶豆粉、大豆濃縮蛋白、分離蛋白中添加磷脂時,直接添加濃縮磷脂較難,需用油溶后,方可在造粒噴涂中使用;粉狀磷脂的HLB 值雖較濃縮磷脂有所提高,但因其生產技術復雜,生產成本高,市場銷售價格昂貴,除少數高新技術行業及醫藥生產少量需求之外,其他行業應用很少,市場容量很小1。另外,大豆磷脂的生理活

2、性與其脂肪酸的組成和極性末端的組成密切相關,有些稀有和特定結構的磷脂有很高的藥用價值,這些特殊結構的磷脂在自然界中含量極少,難以用化學法合成,但容易用酶法改性獲得。因此,要想深度開發應用大豆磷脂,除要降低大豆磷脂產品的生產成本外還要進一步研制和開發HLB 值高的磷脂改性產品。進而改性方法的研究就成了目前國內外諸多學者十分關注的熱門問題。1 磷脂物理改性物理改性就是利用某些分離溶劑和分離技術將混合磷脂中的某些具有特定功能的部分純化、富集的過程。在此過程中磷脂本身組分的化學結構并未發生變化,不影響磷脂應用的安全性,但同時存在人為無法改變磷脂功能性質的缺點。目前,常用于或正在研究的磷脂物理改性的方法

3、有以下幾種。1.1 溶劑分提法磷脂的溶劑分提是根據磷脂在一些溶劑中溶解度的不同而進行的。磷脂在一些有機溶劑中具有很好的溶解度,如己烷、石油醚、乙醚等,在低級醇中則部分溶解,在丙酮、乙酸乙酯中則不溶。低級醇對磷脂酰膽堿(PC具有較好溶解性,但選擇性不是很好,而乙腈雖然對磷脂的溶解性不好,但在低濃度下卻對磷脂酰膽堿有非常高的選擇性。所以,如果將對磷脂酰膽堿具有較好溶解性的溶劑(如低級醇類和對磷脂酰膽堿具有較高選擇性的溶劑(如乙腈進行組合,就可獲得具有雙方優點的混合溶劑。谷克仁等人以脫油磷脂、大豆濃縮磷脂為原料,乙醇為溶劑進行分提富集PC時,在較低的分提溫度3,較低的乙醇濃度90%,得到了PC含量為

4、50%的產品2。溶劑分提法操作簡單,溶劑來源廣泛,處理量大,對產品中PC 含量要求不高時可以使用。但需使用大量的溶劑,而且產品中PC含量較低。1.2 超臨界CO2萃取法超臨界萃取是利用流體(溶劑在臨界點附近與植物油中的磷脂油異常相平衡行為和傳遞性能,其隨壓力和溫度的改變而使磷脂的溶解能力在很大范圍內變動,進而達到分離磷脂的一種新型分離技術。Manohar 等人采用二氧化碳(CO2超臨界萃取技術,萃取脫脂大豆磷脂中的磷脂酰膽堿,獲得了最佳提取參數。呂維忠等人采用超臨界CO2萃取的方法對粗磷脂進行提純處理,得到的精制磷脂丙酮不溶物含量均在98%以上3。超臨界CO2萃取法的缺點是設備投資大,處理量小

5、,目前工業化生產尚有一定困難。1.3 膜分離法膜分離法是先將磷脂用己烷、正丙醇等有機溶劑溶解,通過一定孔徑的半透膜,根據磷脂不同組分中分子量的大小不同加以分離。有人用己烷一異丙酮混合溶劑溶解粗卵磷脂的溶液通過聚丙烯半透膜,收集流過膜的溶液并蒸發,可大大提高純度。然而目前膜功能尚不能完全分離分子量相近的組分,故還需開發特定功能膜才能應用于工業化生產中。1.4 有機溶劑沉淀法利用有機溶劑如丙酮、乙酸乙酯等使磷脂沉淀,原因是加入溶劑后,溶液的介電常數降低,磷脂間靜電引力增大,并且磷脂的溶劑化,使原來和磷脂酶結合的水被溶劑所取代,因而降低了磷脂的溶解度,從而得到高純度的磷脂。丙酮不溶物含量在95%以上

6、的脫油粉末磷脂的HLB值一般為5左右。Stcfanov等人將磷脂溶于氯仿一吡啶溶液,在室溫下加醋酸進行酰化反應,反應完畢后用乙醚萃取,然后用丙酮沉淀,再溶于乙酸,可制得高純磷脂酰膽堿。1.5 金屬離子沉淀法根據Hauser和Dafson所研究的結果,金屬鹽離子可以與酸性磷脂如PA、PS、PI及一些伴隨脂質反應,但不與非酸性磷脂反應。張焱等人通過金屬離子的選擇實驗及單因素實驗確定了運用Zn2+沉淀法精制磷脂酰膽堿以及影響其含量的相關因素,并通過響應面實驗優化出了最佳工藝條件:以95%乙醇為溶劑,pH為8.43、Zn2+的加入量為0.94倍(摩爾比、反應時間為32min。在該條件下所得制品中磷脂酰

7、膽堿的含量為79.12%4。李衛等人將粗磷脂溶于丙酮溶液,加入某種金屬離子后可使磷脂酰乙醇胺的沉淀率為91%,磷脂酰膽堿的沉淀率為7%,從而使磷脂酰膽堿達到很高的純度5。1.6 色譜柱分析法該法是根據柱填充材料對磷脂中不同組分的吸附能力不同而加以分離,用于分離磷脂的填充材料用得最多的是硅膠和氧化硅。氧化硅的吸附能力通常比硅膠要強,因此比較適用于親脂成分的分離,氧化硅的樣品處理量比硅膠要大,可以根據實際需要選擇。李衛等人以硅膠為吸附劑,采用柱層析法分離磷脂酰膽堿和磷脂酰乙醇胺,對洗脫條件進行了研究,使磷脂達到較好的分離,大大減少了洗脫劑用量及洗脫時間6。Favati等人將大豆磷脂溶于氯仿,通過硅

8、膠柱,用氯仿一甲醇一磷酸(體積比50:50:2或甲醇一乙酸(體積比3:1進行洗脫,可制得磷脂酰膽堿含量高于98%的產品7。2 化學改性磷脂的化學改性是利用一些化學試劑與磷脂中的官能團進行反應,使磷脂分子發生化學變化。目前完成工業化生產研究的品種有乙酰化、羥基化、酰羥化、氫化、磺化等改性磷脂產品。現將已經產業化的和正在科學研究的磷脂化學改性方法介紹如下:2.1 乙酰化改性乙酰化改性是磷脂改性的重要方法。磷脂與酰化試劑乙酸酐等反應,使腦磷脂游離胺基接上酰基,形成乙酰化磷脂酰乙醇胺。該物質具有很強的親水性,對離子的感受性低,常溫下流動性增加,水分散性提高,色澤風味變化不大, HLB 值增至910,是

9、有效的O/W型乳化劑。Gunther研究表明,乙酰化反應中如果加入不含酰基的胺(比如三乙胺和嘧啶催化劑,可縮短反應時間,并使得反應更完全8。2.2 羥基化改性羥基化是在乳酸或其他酸的作用下, 磷脂與過氧化氫反應,使脂肪酸的不飽和鍵接上羥基的改性方法。羥基化的強弱程度,可由過氧化氫的添加量進行控制,通常以其碘值降低百分數表示。碘值降低10%一25%的產品,具有較好的水分散性和水包油乳化性。隨著碘值降低率的增加,其乳化性下降,而親水性增強,但產品成本也隨之升高。目前工業化生產一般多采用“乳酸+雙氧水”工藝,該反應較溫和、沒三廢問題、符合食品級要求的工業化生產方法。即在粗制磷脂中添加1%3%的75%

10、乳酸和5% 15%的27.5%或35%雙氧水,于50 70 溫度下攪拌反應13 小時,然后與一定濃度氫氧化鈉進行中和,并在減壓條件下干燥至水分1%以下。羥基化磷脂特征指標:碘值降低率10% 25%,pH 值6.5 7.5,HLB 值9102.3 酰羥化改性酰羥化可以先將磷脂酰基化, 再羥基化或后續水解, 再中和的改性方法。這兩種方法都極大地改進了磷脂的分散性和水溶性,因此擴大了它在那些需要合成輔助乳化劑系統中的應用張繼浪等人考察了影響酰羥化的5個因素,得出酰羥化的最佳反應條件:酰化時間0.5 h,羥化溫度 80 ,羥化時間1 h,NaOH 量1.7%,H202量20%25%,乙酸酐量3%9。磷

11、脂經酰羥化改性后,不飽和雙鍵大為減少,提高了抗氧化能力。酰羥化磷脂還增加了親水基團,大大提高了乳化性和水乳液穩定性,更有利于用其制作含磷脂的復合加脂劑。2.4 氫化改性在鎳或銅-鎳等催化劑的作用下,使磷脂分子發生氫化反應,可制得色淺、味淡、穩定的部分飽和氫化磷脂。經純化后氫化磷脂一般為白色粉末狀,由于不飽和雙鍵的減少,是一種穩定性很好的脂質體。金希江10采用Pd/C 為催化劑,二氯甲烷為溶劑,進行催化加氫,獲得了淡黃色、碘價低于30 的氫化大豆磷脂。何鳳英11選用鈀催化劑,二氯甲烷或二氯甲烷-乙醇混合物為溶劑,分離反應生成物,獲得碘價為2030,色淡黃,無難聞氣味,收率為80%的氫化大豆磷脂。

12、失活催化劑回收率可達92%,且活性不受影響。氫化后的大豆磷脂氧化穩定性提高,顏色變淺,無異味,并且改善了其物化性質,具有強的親水性和保濕性,可用于化妝品配方中,起保濕、乳化和分散作用,也可用于靜脈注射,做血脂乳化劑,防止動脈硬化,而且具有易消化、易吸收等優點。2.5 磺化改性磺化改性磷脂指向磷脂引入磺酸基的反應。磺化賦予了大豆磷脂獨特的性能,主要目的是使產品具有水溶性、酸性、表面活性,或對纖維素具有親和力。高慧等人以大豆磷脂為原料,采用SO3氣相連續膜式磺化技術進行磺化反應,在磷脂中引入磺酸基,使磺化大豆磷脂HLB值達1216,再經中和、脫色等步驟制得色澤淺,具有優良親水、乳化、滲透、低泡等性

13、能的可生物降解的表面活性劑12。研究發現,磺化大豆磷脂表面活性劑的顏色呈深棕褐色,以5%20%雙氧水脫色處理后的磺化大豆磷脂都能獲得理想的色澤。3.酶法改性磷脂的酶改性是指用特定的脂酶或磷脂酶通過水解或酯交換反應改變磷脂的組成或結構,從而改變其理化性質和功能性質。最有意義的酶是專一性較強的磷脂酶,它包括磷脂酶A1、A2、C、D等。3.1 磷脂酶A1PLA1(phosphatidylcholine 1-acyl-hydrolase , EC3.1. 1. 32 是一類能夠在磷脂甘油部分的磷脂Sn-1位點選擇性斷裂酯鍵的酶,生成L-溶血磷脂和脂肪酸. 該酶作用底物廣泛,底物專一性不強. 一些微生物

14、來源的1 ,3 特異性脂肪酶(1 ,3-specific lipase , EC 3.1. 1. 3 也顯示出PLA1 活性,在磷脂改性方面,可以替代PLA1。過去油脂酶法脫膠,多采用來源于豬胰腺的磷脂酶A2,價格昂貴,近年來諾維信公司通過細菌發酵法,推出了一種磷脂酶A1,價格相對便宜,ADM 和Bunge公司已經用該酶進行植物油的脫膠。另外磷脂酶A1水解位的酰基時,位的酰基容易移位到位,生成溶血磷脂,因此,能保留位的不飽和脂肪酸,最大限度保留了磷脂的營養成分。同時,又增加了磷脂的HLB值。3.2 磷脂酶A2磷脂和脂肪酸。得到的溶血磷脂(Lysophospholipid在乳化穩定性、乳化熱敏性

15、、pH 穩定性及乳化抗原性等方面都具有較大改善。朱秀清等13(2004對磷脂酶A2改性磷脂產物乳化穩定行、抗氧化性、濕潤性及HLB值的變化進行了研究,酶水解磷脂產物乳化穩定性有顯著提高,同時具有良好的濕潤性,使脫脂奶粉潤濕下沉時間達到5s,速度提高80倍;抗氧化性也有提高,較原料磷脂提高35.04%,具有較好的親水性能,為磷脂的廣泛應用提供了理論依據。Vikbjerg(2006 14等在Amberlite XAD7和suPerliteDAX8等載體上固定化磷脂酶A2然后選擇最佳的固定條件,再利用固定化酶水解大豆磷脂制備溶血卵磷脂,并優化其水解條件。固定化酶制備改性磷脂節約了酶的用量,大幅度地節

16、省生產了成本,是一條改性磷脂生產的新途徑。3,3 磷脂酶C磷脂酶C 作用于磷脂時生成甘油二酯、磷酸肌醇、磷酸膽堿、磷酸乙醇胺、磷酸等。孟慶飛等用磷脂酶C 水解大豆油中的磷脂,可以減少毛油的煉耗,提高精煉率(孟慶飛,2006 。一般認為磷脂酶C 的水解作用是對天然磷脂結構的破壞,所以對它的應用研究不多。3.4 磷脂酶D另外酶D 和其它酶的單獨或結合使用已經用于醫藥工業制備質量和性能較好的稀少磷脂和特殊結構的磷脂。例如脂酶D 以海藻酸鈉、戊二醛固定,催化磷脂與甘油的酰基交換反應,磷脂酰甘油的得率達87 %。固定化磷脂酶D 催化磷脂與葡萄糖反應生成磷脂酰葡萄糖,固定化樹脂使用50 次,產率保持在74

17、 %86 %。以磷脂酶D 催化合成磷脂酰絲氨酸的轉化率在98 %以上。并且酶D 還以用于磷脂的定向改性、藥物的合成等。4 小結大豆磷脂具有廣泛的應用前景。我國是世界大豆生產的主產國,居世界第三位。每年約有5 萬噸的大豆磷脂生產能力,而目前資源利用不足10%。且主要用于食品、飼料添加劑,少量應用于醫藥保健品和其他工業。在改性產品方面,國內多為化學改性磷脂產品,酶改性產品多屬實驗研究階段,與國外相比差距很大。相信隨著科學技術的不斷發展, 國家相關部門的大力支持,有識企業的積極參與和廣大專業科技工作者的共同努力,一定能使大豆磷脂這一寶貴的資源得到合理的開發利用,變資源優勢為經濟優勢。1 胡興中,徐振

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