肇立春，朱旭東，劉 婷，劉 娣，范怡蒙

（1.沈陽(yáng)師范大學(xué) 糧食學(xué)院，沈陽(yáng) 110034；2.遼寧省糧油檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)所，沈陽(yáng) 110000）

0 引 言

肌醇是飽和環(huán)狀多元醇，即六羥基環(huán)己烷，具有類(lèi)似維生素B1和維生素H的作用，是人類(lèi)和動(dòng)物維持正常生理功能不可缺少的低分子有機(jī)物。近年來(lái)，肌醇在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、飼料工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛。食品工業(yè)中肌醇常作為營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑。人體每天對(duì)肌醇需求量是l～2g，許多保健飲料和兒童食品中都添加有微量肌醇。醫(yī)藥工業(yè)中肌醇主要用于治療肝硬化、脂肪肝、血管硬化、血液中膽固醇過(guò)高、四氯化碳中毒癥等疾病，同時(shí)肌醇具有促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)和防止老化的醫(yī)療作用［1］。

中國(guó)和日本是世界上兩大肌醇生產(chǎn)國(guó)，中國(guó)始終占有原料優(yōu)勢(shì)，日本占盡技術(shù)優(yōu)勢(shì)。目前日本生產(chǎn)廠少但規(guī)模較大、工藝先進(jìn)、產(chǎn)率高，肌醇得率接近13.5%，其技術(shù)封鎖嚴(yán)重；我國(guó)有30多個(gè)生產(chǎn)廠，但規(guī)模較小、工藝落后、產(chǎn)率不足10%。因此，加強(qiáng)肌醇生產(chǎn)反應(yīng)的機(jī)理研究，改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，實(shí)施資金密集、技術(shù)密集的集約化經(jīng)營(yíng)，提升肌醇的產(chǎn)率是第一要素。在傳統(tǒng)工藝研究的基礎(chǔ)上，采用酶法輔助植酸鹽常壓水解替代高壓水解，離子交換技術(shù)替代沉淀法提取肌醇，取得了初步的成效，與老工藝沉淀法平行試驗(yàn)，肌醇產(chǎn)率從7%提高到了13%左右。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.1 儀器材料

高壓反應(yīng)鍋，層析柱（φ150mm×1 000mm），D318陰離子交換樹(shù)脂，732陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，701陰離子交換樹(shù)脂，LC－10A高效液相色譜儀，SCL－10A紫外可見(jiàn)檢測(cè)器，AlltimaC18色譜柱，CR7A數(shù)據(jù)處理儀，Q－100型超聲清洗儀（江蘇）。工業(yè)鹽酸，乙氰（色譜級(jí)），二乙二醇醚（分析純），植酸酶、磷酸酯酶、肌醇（藥用），脫脂米糠（遼寧中稻）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 植酸鹽的制備

取脫脂米糠放入燒杯中；向脫脂米糠中加入8倍量的蒸餾水，攪拌均勻放入微波反應(yīng)儀中，輻射溫度40℃、輻射功率200W、輻射時(shí)間（液體）40min，取出后加入200mL稀鹽酸和0.2g尿素?cái)嚢杞?。將此浸提液以一定的流速通過(guò)D318陰離子交換樹(shù)脂，再用水洗滌樹(shù)脂直至流出液澄清。然后用堿溶液通過(guò)陰離子交換樹(shù)脂洗脫吸附在樹(shù)脂上的植酸。將流出液（植酸鹽溶液）濃縮至濃度為15%～18%（以植酸計(jì)）后備用。

1.2.2 植酸鹽的水解

植酸鹽水解是肌醇提取的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了縮短生產(chǎn)周期，提高水解率，在實(shí)驗(yàn)中改原來(lái)的高壓水解為植酸酶催化常壓水解［2］，收到了較好的效果。

1.2.3 肌醇的精制

將上述水解液以一定的流速依次通過(guò)701和732陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，除掉溶液中的各種鹽類(lèi)和色素［3］。此操作重復(fù)至溶液中的陰、陽(yáng)離子濃度達(dá)到規(guī)定的要求。之后將流出液濃縮，濃縮終點(diǎn)是溶液比重為1.290，再冷卻結(jié)晶，離心分離后得到精制肌醇。

2 結(jié)果與分析

2.1 工藝確定

米糠中肌醇是以植酸鈣復(fù)鹽存在的，在酸性條件下水解出來(lái)。傳統(tǒng)的工藝是將米糠酸浸液加堿沉淀后制備菲汀，然后水解菲汀制備肌醇［4］；而改用離子交換技術(shù)處理浸提液時(shí)，植酸根離子被交換在樹(shù)脂上，用堿性溶液洗脫后，植酸根便與堿成鹽從而被洗脫下來(lái)。一般使用燒堿，生成可溶性的植酸鈉，利于后續(xù)工段操作，水解也易行。工藝路線如下：

米糠→微波浸提→過(guò)濾→離子交換→洗脫→濃縮→水解→過(guò)濾→離子交換→濃縮→冷卻結(jié)晶→過(guò)濾→干燥→成品

研究表明，在菲汀制備與植酸鹽水解液除雜工段采用離子交換技術(shù)替代中和反應(yīng)，有以下優(yōu)點(diǎn)：1）由于減少了菲汀沉淀工序、磷酸與磷酸酸式鹽沉淀反應(yīng)以及可溶性植酸鹽水解速度快等因素，縮短了生產(chǎn)周期，減低成本；2）因不使用石灰與堿土金屬碳酸鹽等堿性物質(zhì)，避免了沉淀法中上述物質(zhì)殘留于肌醇中，提高了肌醇的純度；3）避免了沉淀法米糠中蛋白質(zhì)與糖類(lèi)會(huì)在酸浸時(shí)部分來(lái)到溶液中，沉淀反應(yīng)后也會(huì)混于菲汀中，使肌醇的純度和收率受影響的問(wèn)題；4）植酸鹽水解液采用離子交換技術(shù)處理，能有效的除掉各種陰、陽(yáng)雜質(zhì)離子，純化肌醇溶液，簡(jiǎn)化結(jié)晶后的精制工序。

2.2 洗脫劑的選擇

2.2.1 洗脫劑的種類(lèi)

前面酸浸液經(jīng)過(guò)離子交換后，植酸以植酸根的形式吸附在樹(shù)脂柱上。洗脫時(shí)，通常采用NaOH、KOH、NH3·H2O等堿性溶液或NaCl、KCl、NH4Cl等鹽溶液，實(shí)驗(yàn)中試用了4種洗脫劑，濃度均為5%，以2mL／min的流速洗脫，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1。

表1 洗脫劑對(duì)植酸鈉收率的影響（n＝4）

表1中可以看出，使用各種洗脫劑，植酸的收率均在97%以上，蛋白質(zhì)與淀粉的殘留也都比較小。由于使用鹽溶液會(huì)帶來(lái)新的陰離子，影響后面陰離子樹(shù)脂的交換能力，綜合考慮以使用NaOH做洗脫劑為好。

2.2.2 洗脫劑流速

洗脫劑通過(guò)離子交換柱的速度對(duì)洗脫效果影響較大。筆者試驗(yàn)了流速分別為1、2、3、4、5、6mL／min的洗脫效果。結(jié)果證明，流速大了洗脫效果明顯降低，必須要給洗脫劑和植酸根離子足夠的時(shí)間接觸，方能保證效果。從洗脫率與流速的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖1中可以看出，流速以2mL／min為宜。

2.2.3 洗脫劑的濃度

確定了洗脫劑的種類(lèi)與流速之后，對(duì)洗脫劑的濃度實(shí)驗(yàn)了3%，4%，5%，6%的NaOH溶液進(jìn)行解吸，流速確定在2mL／min，洗脫結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖1 洗脫液流速與洗脫率的關(guān)系

圖2 洗脫液濃度對(duì)洗脫效果的影響

5%與6%NaOH溶液相比，在相同的體積下達(dá)到洗脫平衡，但使用的量較6%NaOH溶液少，3%和4%的NaOH溶液最終達(dá)到洗脫平衡時(shí)的量同5%的NaOH溶液相差不大，但是所用時(shí)間長(zhǎng)，降低了洗脫效率。綜合考慮，選擇濃度為5%NaOH溶液作為洗脫濃度。

2.3 植酸鹽的水解

用無(wú)花果曲霉的發(fā)酵液40mL（植酸酶活性5.7μ／mL、磷酸酯酶活性0.533μ／mL）水解植酸，將pH調(diào)至5.5，在55℃［5］時(shí)發(fā)現(xiàn)，肌醇對(duì)植酸的轉(zhuǎn)化率為10.3%（關(guān)于酶的激活，增加酶活性以提高肌醇的轉(zhuǎn)化率問(wèn)題將在項(xiàng)目的后續(xù)研究中予以報(bào)告）。水解液過(guò)濾除去大量鹽類(lèi)備用。

2.4 水解液的處理

按照常規(guī)的工藝，水解后采用中和沉淀過(guò)濾的方法，除去磷酸及磷酸鹽。然后再脫色濃縮結(jié)晶與重結(jié)晶。此法得到的肌醇后面的精制較繁瑣，需要除掉各種雜質(zhì)與色素，且得率低［6］。而采用離子交換樹(shù)脂處理水解液，通過(guò)陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，可以除掉各種雜質(zhì)離子和色素，簡(jiǎn)化精制工序，提高得率。實(shí)驗(yàn)中將兩種方法制得的肌醇的各項(xiàng)參數(shù)做了對(duì)比（見(jiàn)表2），肌醇的色譜圖見(jiàn)圖3和圖4。

表2 離子交換法與沉淀法制得肌醇指標(biāo)比較

圖3 肌醇標(biāo)樣高效液相色譜圖

圖4 肌醇產(chǎn)品高效液相色譜圖（離子交換法）

從表1中可以看出，采用離子交換樹(shù)脂法，肌醇的收率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于沉淀法，總的收率相當(dāng)于脫脂米糠的13%以上，對(duì)比沉淀法的不足10%有了較大的突破。且其熔點(diǎn)、純度、離子含量等各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到藥典要求。

3 結(jié) 論

采用微波輔助浸提法提取菲汀，D318陰離子交換樹(shù)脂吸附植酸，弱堿溶液洗脫植酸，植酸鹽的常壓酶法水解［7］，732陽(yáng)離子與701陰離子交換樹(shù)脂進(jìn)行脫色與除雜（各種離子），再行簡(jiǎn)單的結(jié)晶與精制［8］，得到的肌醇產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)，收率較常規(guī)工藝顯著提升，達(dá)到了預(yù)期的效果。

實(shí)驗(yàn)表明，離子交換樹(shù)脂技術(shù)的引入是提升肌醇收率的有效方法，微波輔助浸提［9］是縮短生產(chǎn)周期的主要措施。后續(xù)研究還需對(duì)酶法催化水解的工藝進(jìn)行進(jìn)一步探討，從輔助縮短周期與提高水解率［10］的角度進(jìn)行有效地研究。

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