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多功能绿色食品添加剂-植酸

发布时间:2011/4/29 13:51:13  打印本页 || 关闭窗口


 祝英群,刘捷
  (河南工业大学化学化工系,河南 郑州 450052)
  随着人们对生活质量的重视和对健康的追求,对食品添加剂的要求越来越高。原国家计委、国家经贸委和农业部联合发布的全国食品工业”十·五”发展规划中指出,我国食品添加剂发展的方向是天然、营养、多功能且安全可靠。植酸具有天然、无毒的特点,相对合成添加剂而言更为安全可靠,而且具有很多生理活性和保健功能,随着对其研究的深人,日益展示出其多功能性。因此,植酸是一种性能优越的绿色食品添加剂。
  近年来,世界各国都在加大研究和开发力度,日本、美国等国家已把植酸作为重要的开发品种,生产能力和产量每年都在增加,并不断开发出新的用途。目前我国虽然建成了十几家植酸生产厂,但由于工艺落后,生产过程中吞吐量大,生产占地面积较大,耗时耗能大,应用范围也比较小,仅限于金属加工、食品、医药等行业的初级应用,还有很多领域需要开发。随着人们绿色消费观念的提高,植酸在我国的开发利用前景一定会是十分广阔的。
1、植酸的理化特性
  植酸,学名环六醇六磷酸酯即肌醇六磷酸酯,分子结构式见图1。相对分子量660.04,淡黄色或淡褐色的浆状液体,呈强酸性,易溶于水、95%的乙醇、丙酮,不溶于无水乙醚、苯、己烷、氯仿,加热则分解,浓度越高越稳定。植酸分子中有12个酸性氢原子,其离解常数与pH的关系见表1。

  植酸主要以钙镁复盐(即菲丁)的形式广泛存在于天然植物种子、胚芽、麸皮、米糠中,几乎不以游离态形式而存在。植物中植酸含量见表2:

  生物特性:(1)可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。(2)可与蛋白质、多酚类物质发生凝结反应。(3)肌醇部分具有维生素B类的生理功能和活性。(4)磷酸酯部分为微生物细胞膜的一种组分,同时也具有耐温、抗静电、防汽雾等特性。(5)有机磷部分是微生物本身的组分和其生长发育的一种有效营养物质。(6)有较强的酸性,并具有极强的配位能力。(7)无致毒性,安全可靠。植酸半致死剂量LD504. 2g1kg,食盐的半致死量LD504. 0glkgo植酸比食盐作为食品添加剂更安全。(8)热稳定性,植酸水溶液在高温下受热易分解,但在120℃以下,短时间内大致稳定,需低温、避光条件下储存。
2、植酸的制备
  植酸的生产方法有化学合成、生物合成、溶剂萃取法三种。
2.1化学合成法
  环己六醇(肌醇)与无机磷酷合成,但该法无工业意义。
2.2微生物发酵法
  1971年,William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,该法的关键问题是通过对土壤微生物作精心筛选,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。当今基因克隆技术已很成熟,可把体中有关植酸生物合成的基因克隆到合适的微生物中制备植酸生产工程菌,从而实现微生物发酵生产。这种方法是未来植酸生产的趋势。
2.3溶剂萃取法
  用稀强酸溶液浸泡含植酸钙的原料(如米糠、麸皮、玉米等)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,其生产工艺流程主要有以下三种。
2.3.1沉淀法
  工艺流程:原料→浸取→过滤→沉淀→酸化→阳离子交换→脱色→浓缩→成品检测→包装。
2.3.2离子交换法
  工艺流程:原料→浸取→过滤→阴、阳离子交换→脱色(树脂)→浓缩→成品检测→包装。
2.3.3与纳米技术相结合
  工艺流程:原料→浸取→过滤→超滤膜(纳滤膜)过滤(反复)→阳离子交换→脱色(树脂)→浓缩(用纳滤膜浓缩)→成品检测→包装。
3、植酸的应用
  植酸是一种重要的有机磷系添加剂,具有独特的生理功能和化学性质,在食品、医药、金属防腐、日化工业及塑料加工等工业方面具有广泛的应用。
3.1食品工业
3.1.1抗氧化剂
  油脂和油脂含量较高的食品放置一段时间后,由于油脂的氧化作用而酸败变质,使其商品价值大为下降,而在其中加人少量植酸即可抑制其氧化和水解酸败。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,不仅可使其抗氧化能力提高40倍,而且还可抑制具有强致癌作用的黄曲霉素的生成。
3.1.2保鲜剂
  植酸作为食品保鲜剂,能有效地提高食品贮功能和改善食品质量,使其色、香、味保持较长时而营养不变。在贝类罐头中添加0.1%-0. 51%酸,鱼类中添加0.3%植酸,能有效地防止黑变及温变色。在牛肉保鲜剂中加入0.2%植酸可有效长其保质期。用植酸处理鲜果和蔬菜,其保质期显延长,如草毒经植酸处理后,其Vc降解显著缓。
3.1.3护色稳定剂
  酶性褐变和非酶性褐变是果蔬加工和储藏程中两大难题。植酸作为添加剂能有效减缓或阻这些反应的发生。如植酸和植酸钠对苹果汁防止变和菠菜汁加工过程的护色都有较好的作用。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稳定性。
3.1.4酒类降固剂
  在酿酒过程中,易带人一些金属离子(尤其铁离子),同时其本身还含有一定的可溶性蛋白厅多酚类物质,在储存中这些固形物就会析出,从影响酒类的口味和品质。添加适量植酸可有效地除去金属离子和固形物。植酸净化稀糖蜜酒类及饮料用水时,可将其中的铁质去除99.5%以上。目前以含植酸为主要成分的快速止渴饮料已在日本役人了批量生产这种饮料适合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。
  此外,植酸还可用作酒类发酵促进剂,使酒味更加醇厚。在麦芽糖等怡糖中添加适量植酸,可提高产品的透明度,并能保持风味、延长保存期。植酸及其碱金属盐类可作为速溶咖啡的消泡剂和浮渣消除剂。植酸还可用作豆酱、酱油、腌制品的变色退色防止剂、食品pH调节剂、面食及肉类食品的防腐剂等。
3.2医药
  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。
3.2.1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。植酸对红血球的活泼性起很大作用,能提高氧的输送和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。
    植酸能抑制癌细胞增殖而具有一定的抗癌作用,对胃癌、肠癌、皮肤癌等均有较好的疗效,植酸可被进一步加工成肌醇,作为预防和治疗动脉硬化、脂肪肝与肝硬化的优良药物。植酸可作为Vc,Vd,VB2,VE的稳定剂,是合成综合维生素的主要原料。
3.2.2作药物生产发酵促进
  剂植酸作为发酵培养基成份,培养酵母、细菌和霉菌时,比普通培养基生长好。在乳酸菌的培养基里加人植酸,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;将植酸加到含单抱丝菌属介质中,可增加庆大霉素及其它抗菌素产量和核黄素的产品,使产量大大提高。
3.2.3植酸盐的用途
  植酸钙含有易被人体吸收的有机磷和钙,可用于治疗拘楼病、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。植酸钠和植酸秘,能减少胃分泌物,可治疗胃炎、十二指肠疾病及腹泻等症。植酸锡—99还可作为肝脏、脾、肾、肺及淋巴的扫描剂。
3.3金属防腐
  植酸可作为电镀添加剂。如在铁镍合金电镀液中用植酸代替苯甲酸钠可增加镀件的出光速度和光亮度,在碱性镀锡液中用植酸能代替氰化钠进行低氰或无氰电镀,不仅大幅度提高产品质量、降低生产成本,还能明显减轻环境污染,从而有利于解决电镀中的无氰电镀问题。
  植酸也被广泛用于电镀金属材料的表面处理
中,如镀锌板经植酸处理后不仅提高了锌板的抗蚀性,还提高了其表面与有机涂料之间的粘接力;经植酸进行表面处理后的镀锡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,有极佳的外观。植酸还被应用于进行金属的无铬钝化。向防腐材料中加入少量植酸及其盐,能提高涂料的附着力和抗蚀能力。
3.4日化工业
  植酸能抑制磷酸钙和牙齿珐琅质的溶解能力,因此具有抗龋齿的功能。在牙膏中加入1%的植酸,还可改善铝质软管中牙膏的性能,防止气体释出而产生的膨胀。利用植酸对多价阳离子的赘合性能,可添加到各种洗净剂中,如配置锡板清洁剂、汽车收音机磁头清洗剂、锅沪除垢剂等。
  植酸对处理座疮,改善皮肤颜色,加强血液循环及促进毛发与指甲的生长有较好的效果,故可用于化妆品制造中。如护肤霜中加人植酸能抑制酪氨酸酶,而这种酶是造成皮肤变黑的主要原因,所以能起到美白作用。在洗发液中加人植酸则能有效地防止头屑的生成,并有抗菌及止痒作用,使头发柔软并富有光泽。作为洗涤剂的添加剂可防止衣服褪色。
3.5塑料加工业
  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结块。由于其抗静电的能力,能使烯烃聚合物具有良好的透明度。例如在制备j聚铵酯时,添加少量的植酸可以加速其固化,提高产品的质量。植酸季铵盐是一种重要的表面活性剂,可作纺织、塑料的抗静电添加剂。
3.6其他领域
  在硬水中,添加10—250mg/kg的植酸钠溶液可使硬水软化,防止金属铁积垢;在干性油、聚酯酸乙烯醇酸树脂、环氧树脂等各种涂料里添加1%植酸钠盐可改进涂层膜使其硬度、柔软性、抗蚀性大大提高;在柴油、汽油、煤油、航空航海等高级特种油中加入0.01%—0.05%植酸能有效地减少或防止爆炸的发生;利用金属元素与植酸有较强亲和力,可回收稀土元素或去除稀土元素。
4、作用机理
4.1抗氧化作用
  植酸的抗氧化特性在于它能与金属离子发生极强的赘合作用,即植酸与许多可促进氧化作用的金属离子鳌合而失去活性,同时释放出氢,破坏自氧化过程中产生的过氧化物,使之不能继续形成醛、酮等产物,而产生良好的抗氧化性。
4.2保鲜作用
  植酸作为果蔬保鲜剂,安全无毒,使用方便,其可能作用机理:一是利用其抗氧化作用防止果蔬氧化变质;二是赘合果蔬表层的金属离子使其推动催化特性;三是封闭蔬菜、水果等食品表皮的气孔,抑制呼吸作用,减少水分散失和营养的消耗,同时抑制和抵制真菌的繁殖与侵入。
4.3降固剂作用
  植酸的结构中含有六分子磷酸,完全解离时负电性很强,可与二价、三价阳离子(如Ca2+、Mg2+、Zn2+、Fe3+等)结合形成不溶鳌合物;碱性磷酸基团能与蛋白质中质子化的氨基酸结合,形成不溶复合物,从而能有效地去除酒类中的固形物。
4.4抗癌作用
  植酸是一种良好的抗癌物质。目前推测抗癌作用可能存在有几个方面的原因:(1)植酸能抑制营养细胞中8-oxo-2`-脱氧鸟苷酸的形成。H202和Cu(II)作用产生GG和GGG序列的特殊位点的损伤。植酸作为一种抗氧化抑制剂,通过鳌合金属离子抑制H202生成的氧,从而产生抗癌功效。(2)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,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。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。(3)植酸具有抗氧化作用,能阻止轻基自由基产生,同时还能与细胞增殖有关的阳离子结合形成复合物,从而能够阻止癌细胞的增殖。
4.5金属防腐
  植酸分子结构中6个磷酸基只有一个处在a位,其它5个均在e位上,其中有4个磷酸基处于同一平面上,因此植酸在金属表面同金属络合时,易在金属表面形成一层致密的单分子保护膜能有效地阻止O2等进人金属表面,从而抵抗了金属的腐蚀。植酸处理后的金属表面由于形成的单分子有机膜层同有机涂料具有相近的化学物质,同时还由于膜层中含有的经基和磷酸基等活性基团能与有机涂料发生化学作用,因此植酸处理过的金属表面与有机涂料有更强的粘接能力。
5发展前景  植酸具有独特的化学特性及特殊的生理和药理功能,涉及人类生活的全过程,工、农、食品、医药、日化、金属防腐等各个领域。特别是近年来疯牛病、口蹄疫和禽流感给人类健康敲响了警钟,食品及医药安全问题变的日益突出。人们对绿色生态品与医药保健品的需求也将不断上涨。因此,植作为粮食加工副产品为原料生产出的具有多种途的天然食品添加剂,必将倍受各行业的青睐,发前景非常广阔。

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本文来源于中国面粉信息网 http://www.cnmf.net


 

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