大豆磷脂改性方法研究进展

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大豆磷脂改性方法研究进展摘要：本文简要介绍大豆磷脂通过物理、化学或者酶法改性，扩大在食品、化妆品、医药等工业方面的应用。综述了国内外磷脂物理改性、化学改性、酶法改性研究的进展。关键词：磷脂；物理改性；化学改性；酶改性大豆磷脂是良好的天然表面活性剂，但是其亲水亲油平衡值HLB值低，应用范围受到很大限制，如在速溶豆粉、大豆浓缩蛋白、分离蛋白中添加磷脂时，直接添加浓缩磷脂较难，需用油溶后，方可在造粒喷涂中使用；粉状磷脂的HLB值虽较浓缩磷脂有所提高，但因其生产技术复杂，生产成本高，市场销售价格昂贵，除少数高新技术行业及医药生产少量需求之外，其他行业应用很少，市场容量很小[1]。另外，大豆磷脂的生理活性与其脂肪酸的组成和极性末端的组成密切相关，有些稀有和特定结构的磷脂有很高的药用价值，这些特殊结构的磷脂在自然界中含量极少，难以用化学法合成，但容易用酶法改性获得。因此，要想深度开发应用大豆磷脂，除要降低大豆磷脂产品的生产成本外还要进一步研制和开发HLB值高的磷脂改性产品。进而改性方法的研究就成了目前国内外诸多学者十分关注的热门问题。1磷脂物理改性 物理改性就是利用某些分离溶剂和分离技术将混合磷脂中的某些具有特定功能的部分纯化、富集的过程。在此过程中磷脂本身组分的化学结构并未发生变化，不影响磷脂应用的安全性，但同时存在人为无法改变磷脂功能性质的缺点。目前，常用于或正在研究的磷脂物理改性的方法有以下几种。1.1溶剂分提法磷脂的溶剂分提是根据磷脂在一些溶剂中溶解度的不同而进行的。磷脂在一些有机溶剂中具有很好的溶解度，如己烷、石油醚、乙醚等，在低级醇中则部分溶解，在丙酮、乙酸乙酯中则不溶。低级醇对磷脂酰胆碱(PC)具有较好溶解性，但选择性不是很好，而乙腈虽然对磷脂的溶解性不好，但在低浓度下却对磷脂酰胆碱有非常高的选择性。所以，如果将对磷脂酰胆碱具有较好溶解性的溶剂(如低级醇类)和对磷脂酰胆碱具有较高选择性的溶剂(如乙腈)进行组合，就可获得具有双方优点的混合溶剂。谷克仁等人以脱油磷脂、大豆浓缩磷脂为原料，乙醇为溶剂进行分提富集PC时，在较低的分提温度3℃，较低的乙醇浓度90％，得到了PC含量为50％的产品[2]。溶剂分提法操作简单，溶剂来源广泛，处理量大，对产品中PC含量要求不高时可以使用。但需使用大量的溶剂，而且产品中PC含量较低。1.2超临界CO2萃取法超临界萃取是利用流体（溶剂）在临界点附近与植物油中的磷脂油异常相平衡行为和传递性能，其随压力和温度的改变而使磷脂的溶解能力在很大范围内变动，进而达到分离磷脂的一种新型分离技术。Manohar等人采用二氧化碳（CO2）超临界萃取技术，萃取脱脂大豆磷脂中的磷脂酰胆碱，获得了最佳提取参数。吕维忠等人采用超临界 CO2萃取的方法对粗磷脂进行提纯处理，得到的精制磷脂丙酮不溶物含量均在98％以上[3]。超临界CO2萃取法的缺点是设备投资大，处理量小，目前工业化生产尚有一定困难。1.3膜分离法膜分离法是先将磷脂用己烷、正丙醇等有机溶剂溶解，通过一定孔径的半透膜，根据磷脂不同组分中分子量的大小不同加以分离。有人用己烷一异丙酮混合溶剂溶解粗卵磷脂的溶液通过聚丙烯半透膜，收集流过膜的溶液并蒸发，可大大提高纯度。然而目前膜功能尚不能完全分离分子量相近的组分，故还需开发特定功能膜才能应用于工业化生产中。1.4有机溶剂沉淀法利用有机溶剂如丙酮、乙酸乙酯等使磷脂沉淀，原因是加入溶剂后，溶液的介电常数降低，磷脂间静电引力增大，并且磷脂的溶剂化，使原来和磷脂酶结合的水被溶剂所取代，因而降低了磷脂的溶解度，从而得到高纯度的磷脂。丙酮不溶物含量在95％以上的脱油粉末磷脂的HLB值一般为5左右。Stcfanov等人将磷脂溶于氯仿一吡啶溶液，在室温下加醋酸进行酰化反应，反应完毕后用乙醚萃取，然后用丙酮沉淀，再溶于乙酸，可制得高纯磷脂酰胆碱。1.5金属离子沉淀法根据Hauser和Dafson 所研究的结果，金属盐离子可以与酸性磷脂如PA、PS、PI及一些伴随脂质反应，但不与非酸性磷脂反应。张焱等人通过金属离子的选择实验及单因素实验确定了运用Zn2+沉淀法精制磷脂酰胆碱以及影响其含量的相关因素，并通过响应面实验优化出了最佳工艺条件：以95％乙醇为溶剂，pH为8．43、Zn2+的加入量为0．94倍(摩尔比)、反应时间为32min。在该条件下所得制品中磷脂酰胆碱的含量为79．12％[4]。李卫等人将粗磷脂溶于丙酮溶液，加入某种金属离子后可使磷脂酰乙醇胺的沉淀率为91％，磷脂酰胆碱的沉淀率为7％，从而使磷脂酰胆碱达到很高的纯度[5]。1.6色谱柱分析法该法是根据柱填充材料对磷脂中不同组分的吸附能力不同而加以分离，用于分离磷脂的填充材料用得最多的是硅胶和氧化硅。氧化硅的吸附能力通常比硅胶要强，因此比较适用于亲脂成分的分离，氧化硅的样品处理量比硅胶要大，可以根据实际需要选择。李卫等人以硅胶为吸附剂，采用柱层析法分离磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺，对洗脱条件进行了研究，使磷脂达到较好的分离，大大减少了洗脱剂用量及洗脱时间[6]。Favati等人将大豆磷脂溶于氯仿，通过硅胶柱，用氯仿一甲醇一磷酸(体积比50：50：2)或甲醇一乙酸(体积比3：1)进行洗脱，可制得磷脂酰胆碱含量高于98％的产品[7]。2化学改性磷脂的化学改性是利用一些化学试剂与磷脂中的官能团进行反应，使磷脂分子发生化学变化。目前完成工业化生产研究的品种有乙酰化、羟基化、酰羟化、氢化、磺化等 改性磷脂产品。现将已经产业化的和正在科学研究的磷脂化学改性方法介绍如下：2.1乙酰化改性乙酰化改性是磷脂改性的重要方法。磷脂与酰化试剂乙酸酐等反应，使脑磷脂游离胺基接上酰基，形成乙酰化磷脂酰乙醇胺。该物质具有很强的亲水性，对离子的感受性低，常温下流动性增加，水分散性提高，色泽风味变化不大，HLB值增至9～10，是有效的Ｏ/Ｗ型乳化剂。Gunther研究表明，乙酰化反应中如果加入不含酰基的胺(比如三乙胺和嘧啶)催化剂，可缩短反应时间，并使得反应更完全[8]。2.2羟基化改性羟基化是在乳酸或其他酸的作用下,磷脂与过氧化氢反应，使脂肪酸的不饱和键接上羟基的改性方法。羟基化的强弱程度，可由过氧化氢的添加量进行控制，通常以其碘值降低百分数表示。碘值降低10％一25％的产品，具有较好的水分散性和水包油乳化性。随着碘值降低率的增加，其乳化性下降，而亲水性增强，但产品成本也随之升高。目前工业化生产一般多采用“乳酸＋双氧水”工艺，该反应较温和、没三废问题、符合食品级要求的工业化生产方法。即在粗制磷脂中添加1%～3%的75%乳酸和5%～15%的27.5%或35%双氧水，于50℃～70℃温度下搅拌反应1～3小时，然后与一定浓度氢氧化钠进行中和，并在减压条件下干燥至水分1%以下。羟基化磷脂特征指标：碘值降低率10%～25%，pH值6.5～7.5，HLB值9～102.3酰羟化改性 酰羟化可以先将磷脂酰基化,再羟基化或后续水解,再中和的改性方法。这两种方法都极大地改进了磷脂的分散性和水溶性，因此扩大了它在那些需要合成辅助乳化剂系统中的应用张继浪等人考察了影响酰羟化的5个因素，得出酰羟化的最佳反应条件：酰化时间0．5h，羟化温度80℃，羟化时间1h，NaOH量1．7％，H202量20％～25％，乙酸酐量3％[9]。磷脂经酰羟化改性后，不饱和双键大为减少，提高了抗氧化能力。酰羟化磷脂还增加了亲水基团，大大提高了乳化性和水乳液稳定性，更有利于用其制作含磷脂的复合加脂剂。2.4氢化改性在镍或铜-镍等催化剂的作用下，使磷脂分子发生氢化反应，可制得色浅、味淡、稳定的部分饱和氢化磷脂。经纯化后氢化磷脂一般为白色粉末状，由于不饱和双键的减少，是一种稳定性很好的脂质体。金希江[10]采用Pd/C为催化剂，二氯甲烷为溶剂，进行催化加氢，获得了淡黄色、碘价低于30的氢化大豆磷脂。何凤英[11]选用钯催化剂，二氯甲烷或二氯甲烷-乙醇混合物为溶剂，分离反应生成物，获得碘价为20～30，色淡黄，无难闻气味，收率为80%的氢化大豆磷脂。失活催化剂回收率可达92%，且活性不受影响。氢化后的大豆磷脂氧化稳定性提高，颜色变浅，无异味，并且改善了其物化性质，具有强的亲水性和保湿性，可用于化妆品配方中，起保湿、乳化和分散作用，也可用于静脉注射，做血脂乳化剂，防止动脉硬化，而且具有易消化、易吸收等优点。 2.5磺化改性磺化改性磷脂指向磷脂引入磺酸基的反应。磺化赋予了大豆磷脂独特的性能，主要目的是使产品具有水溶性、酸性、表面活性，或对纤维素具有亲和力。高慧等人以大豆磷脂为原料，采用SO3气相连续膜式磺化技术进行磺化反应，在磷脂中引入磺酸基，使磺化大豆磷脂HLB值达12～16，再经中和、脱色等步骤制得色泽浅，具有优良亲水、乳化、渗透、低泡等性能的可生物降解的表面活性剂[12]。研究发现，磺化大豆磷脂表面活性剂的颜色呈深棕褐色，以5％～20％双氧水脱色处理后的磺化大豆磷脂都能获得理想的色泽。3.酶法改性磷脂的酶改性是指用特定的脂酶或磷脂酶通过水解或酯交换反应改变磷脂的组成或结构，从而改变其理化性质和功能性质。最有意义的酶是专一性较强的磷脂酶，它包括磷脂酶A1、A2、C、D等。3.1磷脂酶A1PLA1(phosphatidylcholine1-acyl-hydrolase,EC3.1.1.32)是一类能够在磷脂甘油部分的磷脂Sn-1位点选择性断裂酯键的酶,生成L-β溶血磷脂和脂肪酸.该酶作用底物广泛,底物专一性不强.一些微生物来源的1,3特异性脂肪酶(1,3-specificlipase,EC3.1.1.3)也显示出PLA1活性,在磷脂改性方面,可以替代PLA1。过去油脂酶法脱胶,多采用来源于猪胰腺的磷脂酶A2,价格昂贵,近年来诺维信公司通过细菌发酵法，推出了一种磷脂酶A1,价格相对便宜,ADM 和Bunge公司已经用该酶进行植物油的脱胶。另外磷脂酶A1水解α位的酰基时，β位的酰基容易移位到α位，生成溶血磷脂，因此，能保留β位的不饱和脂肪酸，最大限度保留了磷脂的营养成分。同时，又增加了磷脂的HLB值。3.2磷脂酶A2磷脂酶A2(EC3.1.1.4)专一催化水解磷脂Sn-2位酰基生成溶血磷脂和脂肪酸。得到的溶血磷脂（Lysophospholipid）在乳化稳定性、乳化热敏性、pH稳定性及乳化抗原性等方面都具有较大改善。朱秀清等[13](2004)对磷脂酶A2改性磷脂产物乳化稳定行、抗氧化性、湿润性及HLB值的变化进行了研究，酶水解磷脂产物乳化稳定性有显著提高，同时具有良好的湿润性，使脱脂奶粉润湿下沉时间达到5s，速度提高80倍；抗氧化性也有提高，较原料磷脂提高35.04%，具有较好的亲水性能，为磷脂的广泛应用提供了理论依据。Vikbjerg(2006)[14]等在AmberliteXAD7和suPerliteDAX8等载体上固定化磷脂酶A2然后选择最佳的固定条件，再利用固定化酶水解大豆磷脂制备溶血卵磷脂，并优化其水解条件。固定化酶制备改性磷脂节约了酶的用量，大幅度地节省生产了成本，是一条改性磷脂生产的新途径。3,3磷脂酶C磷脂酶C作用于磷脂时生成甘油二酯、磷酸肌醇、磷酸胆碱、磷酸乙醇胺、磷酸等。孟庆飞等用磷脂酶C水解大豆油中的磷脂,可以减少毛油的炼耗,提高精炼率(孟庆飞,2006)。一般认为磷脂酶C 的水解作用是对天然磷脂结构的破坏,所以对它的应用研究不多。3.4磷脂酶D磷脂酶D(EC3.1.4.4)水解磷脂酰胆碱生成磷脂酸和胆碱。在醇存在的微水体系中催化转酰基反应,使多种含有伯、仲位羟基的分子与磷脂上的乙醇胺或胆碱基团进行交换形成新的磷脂，这一特性称为磷脂酶D的磷脂转移特性或碱基交换反应，为制备单一磷脂和稀有磷脂提供了条件。Nakazato[15]由磷脂酶D制备了纯度为70%的PI。Fujita等[16]由磷脂酶D制备了PS。Tsunoda等[17]用固定化磷脂酶的方法制备磷脂酰葡萄糖。我国学者王兴国利用从土壤中筛选的磷脂酶D合成了磷脂酰甘油。另外酶D和其它酶的单独或结合使用已经用于医药工业制备质量和性能较好的稀少磷脂和特殊结构的磷脂。例如脂酶D以海藻酸钠、戊二醛固定,催化磷脂与甘油的酰基交换反应,磷脂酰甘油的得率达87%。固定化磷脂酶D催化磷脂与葡萄糖反应生成磷脂酰葡萄糖,固定化树脂使用50次,产率保持在74%～86%。以磷脂酶D催化合成磷脂酰丝氨酸的转化率在98%以上。并且酶D还以用于磷脂的定向改性、药物的合成等。4小结大豆磷脂具有广泛的应用前景。我国是世界大豆生产的主产国，居世界第三位。每年约有5万吨的大豆磷脂生产能力，而目前资源利用不足10%。且主要用于食品、饲料添加剂, 少量应用于医药保健品和其他工业。在改性产品方面，国内多为化学改性磷脂产品，酶改性产品多属实验研究阶段，与国外相比差距很大。相信随着科学技术的不断发展,国家相关部门的大力支持，有识企业的积极参与和广大专业科技工作者的共同努力，一定能使大豆磷脂这一宝贵的资源得到合理的开发利用,变资源优势为经济优势。[1]胡兴中，徐振山.我国大豆磷脂的开发利用状况与产业发展设想[J].中国油脂,1999,24(3):54～56.[2]谷克仁，张君杰．脱油大豆磷脂的溶剂分提[J]．中国油脂，2001，26(6)：48—50．[3]吕维忠，钟振声，黄少烈．大豆磷脂的超临界CO：提纯工艺研究[J]．食品工业，2001，(1)：40—41．[4]张焱，谷克仁．金属离子沉淀精制磷脂酰胆碱的最佳工艺条件的研究[J]．中国油脂，2004，29(3)：44—47．[5]李卫，邵友元，黄光斗，等．高纯度大豆磷脂制备研究[J]．中国油脂，2001，26(2)：6—8．[6]李卫，邵友元，黄光斗．柱层析法分离卵磷脂和脑磷脂[J]．湖北工学院学报，2001，16(2)：63—65．[7]FavatiF，KingJW，MazzantiM．Supercrificalcarbondioxideextractionofeveningprimroseoil[J]．J．Am．0ilChem.Soc．，1991，68(6)：422． 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