（化学工艺专业论文）大豆改性磷脂的合成工艺及性能研究.pdf

硕士论文大豆改性磷脂的合成工艺及性能研究 摘要 大豆磷脂是大豆油生产过程中毛油水化脱胶时的副产物，经过进一步脱水、纯化处 理即得市售大豆卵磷脂。大豆磷脂作为一种天然的两性表面活性剂，被广泛应用于食品、 化妆品、医药、纺织及动物饲料等行业，但是由于大豆磷脂易氧化和亲水性不强，在实 际应用中受到一定限制。为了提高大豆磷脂的抗氧化性、亲水性和分散性等物理性能， 拓宽大豆磷脂的应用领域，本实验采用化学改性法对大豆磷脂进行改性研究，为其应用 技术的开发及实现工业化提供理论及实践基础。 本文通过高效液相色谱分析浓缩大豆磷脂的主要组成成分含量，并测定了浓缩大豆 磷脂的各理化指标( 水分、丙酮不溶物、酸值、碘值、过氧化值) 。以癸酸、月桂酸、 油酸为原料分别与氯化亚砜反应制备得到相应的癸酰氯、月桂酰氯、油酰氯三个长碳链 脂肪酰氯，为大豆磷脂的酰化改性提供酰化剂。以大豆磷脂为原料，通过调节脂肪酰氯 的碳链长度，合成具有不同亲油性能的系列酰化改性产品。其中癸酰化改性和月桂酰化 改性未见文献报导。主要研究磷脂酰化改性的工艺参数对酰化率影响，通过单因素法和 正交实验法确定最佳改性工艺条件。各酰化改性最佳改性工艺条件为：癸酰化改性是癸 酰氯8 ，反应温度3 0 ，反应时间l h ，m ( 三乙胺) m ( 癸酰氯) 为1 2 5 ：l ；月桂酰化改 性是月桂酰氯8 ，反应温3 0 ，反应时间1 5 h ，v ( - - 乙胺) ( 月桂酰氯) 为2 ：1 ；油酰 化改性是油酰氯8 ，反应温度3 0 ，反应时间1 5 h 。以乳酸为催化剂，3 0 过氧化氢 为羟化试剂，再对大豆磷脂羟基化改性。通过l 9 ( 3 4 ) 正交实验考察了各影响因素对结果 的影响，确定最佳改性工艺条件为：2 乳酸，8 双氧水，反应温度6 8 ，反应时间2 h 。 改性磷脂产品的结构通过红外光谱进行鉴定。最后测定各改性磷脂h l b 值、分散性和 乳化性，得到了不同h l b 值的改性磷脂，各改性磷脂的分散性、亲水性和乳化能力较 大豆磷脂得到不同程度的改善，为磷脂的开发应用提供了理论基础。 关键词：大豆磷脂，化学改性，酰化，羟基化，h l b 值，性能 a b s t r a c t 硕士论文 a b s t r a c t s o y b e a np h o s p h o l i p i d ( s p b l ) i sab y - p r o d u c to ft h ep r o d u c t i o no fs o y b e a no i l ，w h i c h c a nb eu s e da sm a r k e t a b l es o y b e a nl e c i t h i na f t e rf u r t h e rh y d r a t i o na n dp u r i f i c a t i o n a sat y p e o fn a t u r a la m p h o t e r i cs u r f a c t a n t ，s o y b e a np h o s p h o l i p i d sh a v e b e e nw i d e l yu s e di n f o o d ， c o s m e t i c s ，p h a r m a c e u t i c a l s ，w e a v ea n df e e di n d u s t r y h o w e v e r , s o y b e a np h o s p h o l i p i d sa r e l i m i t e di n p r a c t i c a la p p l i c a t i o nb e c a u s eo ft h e i re a s i l yo x i d a t i o na n dl o wh y d r o p h i l i c i t y i n o r d e rt oi m p r o v et h ea n t i o x i d a t i o n ，h y d r o p h i l i c i t y ，d i s p e r s i v i t ya n do t h e rp h y s i c a lp r o p e r t i e s o ft h es o y b e a nl e c i t h i n ，a sw e l la se x p a n dt h e i ra p p l i e df i e l d s ，t h em o d i f i c a t i o no fs o y b e a n p h o s p h o l i p i da r ei n v e s t i g a t e db yu s i n gc h e m i c a lm o d i f i c a t i o n t h ep u r p o s eo ft h i ss t u d yi st o m a k eh i 曲q u a l i t yl e c i t h i nb yc h e m i c a lm o d i f i c a t i o na n dp r o v i d et h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a l f o u n d a t i o nf o r t h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no ft e c h n o l o g yt oa c h i e v ei n d u s t r i a l i z a t i o n t h ec o m p o n e n t so fc o n c e n t r a t e ds b p lw e r ea n a l y z e db yh i 曲- p e r f o r m a n c el i q u i d c h r o m a t o g r a p h y ( h p l c ) i n c l u d i n gs o m eo ft h e i rp h y s i c o c h e m i c a li n d e x ，s u c ha sw a t e r , a c e t o n ei n s o l u b l em a t t e r , a c i dv a l u e ，i o d i n ev a l u e ，p e r o x i d ev a l u ee t c t h ed e c a n o y lc h l o r i d e ， l a u r o y lc h l o r i d ea n do l e o y lc h l o r i d ew e r ep r e p a r e dt h r o u g ht h er e a c t i o no fs u l f i n y lc h l o r i d e w i t hc a p r i ca c i d ，l a u r i ca c i da n do l e i ca c i dr e s p e c t i v e l y , w h i c hp r o v i d et h ea c y l a t i n ga g e n t sf o r t h ea c y l a t i n gm o d i f i c a t i o no fs o y b e a np h o s p h o l i p i d s as e r i e so fa c y l a t i n gm o d i f i c a t i o n p r o d u c t s 、析t 1 1d i f f e r e n th y d r o p h o b i c i t yw e r es y n t h e s i z e dt h r o u g hr e g u l a t i n gt h el e n g t ho f c a r b o nc h a i no ft h ea l i p h a t i ca c y lc h l o r i d e m a i n a m o n go ft h e s e ，t h em o d i f i e dd e c a n o y l p h o s p h o l i p i da n dl a u r o y lp h o s p h o l i p i da r en o tr e p o r t e d t h ep r o c e s sp a r a m e t e r so ft h e a c y l a t i o nm o d i f i c a t i o no fp h o s p h o l i p i da f f e c t i n gt h ea c y l a t i n gr a t i ow e r em a i n l yi n v e s t i g a t e d t h eo p t i m u mc o n d i t i o n sw e r eo b t a i n e db ys i n g l ef a c t o rm e t h o da n do r t h o g o n a lt e s t ：d e c a n o y l c h l o r i d e8 ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r e3 0 ( 2 ，r e a c t i o nt i m el h ，m ( t r i e t h y l a m i n e ) m ( d e c a n o y l c h l o r i d e ) 1 2 5 ：1 ；l a u r o y lc h l o r i d e8 ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r e3 0 ，r e a c t i o nt i m e1 5 h ， v ( t r i e t h y l a m i n e ) v ( d e c a n o y lc h l o r i d e ) 2 ：l ；o l e o y lc h l o r i d e8 ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r e3 0 c ， r e a c t i o nt i m e1 5 h t h es o y b e a np h o s p h o l i p i d sw e r eh y d r o x y l a t e df o rf u r t h e rm o d i f i c a t i o n w i t hl a c t i ca c i da sc a t a l y s t ，3 0 p e r o x i d ea sh y d r o x y l a t i n ga g e n t s a n dt h ea f f e c t i n gf a c t o r s a r ei n v e s t i g a t e db yo r t h o g o n a lt e s tl 9 ( 3 耳) ：l a c t i ca c i d2 ，p e r o x i d e8 ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r e 6 8 c ，r e a c t i o nt i m e2 h t h es t r u c t u r eo ft h ep r o d u c t sw a sa n a l y z e db yi rs p e c t r o - p h o t o m e t r y 刀抡d i s p e r s i v i t y , e m u l s i f y i n ga b i l i t ya n dt h eh l b v a l u eo ft h ep r o d u c t sw e r em e a s u r e d 功e r e s u l t ss h o w e dt h a ta l lo ft h e s ep r o p e r t i e sa r ei m p r o v e d ，w h i c hp r o v i d et h e o r e t i c a lf o u n d a t i o n f o rt h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no f p h o s p h o l i p i d 硕士论文大豆改性磷脂的合成工艺及性能研究 k e yw o r d s ：s o y b e a np h o s p h o l i p i d s ，c h e m i c a lm o d i f i c a t i o n ，a c y l a t i o n , h y d r o x y l a t i o n , h l b v a l u e ，p e r f o r m a n c e i l l 声明尸明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本 学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或 公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使 用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文 中作了明确的说明。 研究生签名：塑垒墨盈昭钾月f 日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或 上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并 授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密 论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：镬螳知咕年7 月1 日 硕士论文大豆改性磷脂的合成工艺及性能研究 1 绪论 磷脂最早是i 由u a u q u e e l i n 于1 8 1 2 发现，1 8 4 4 年法 g o b l e y 首次从蛋黄中分离出来 u 捌，俗称卵磷脂( l e c i t h i n ) 。卵磷脂主要来源于蛋黄和大豆，国内外市售的卵磷脂均以大 豆磷脂为主，其市场占有率为9 0 以上【2 j 。大豆油脚是大豆油精炼工艺中毛油水化脱胶 工序的副产品，除了含有约5 0 的水分以外，其主要成分是大豆磷脂、中性油脂、糖酯、 维生素等物质【3 j 。现阶段，工厂一般通过薄膜干燥脱去水化油脚中的水分得到大豆浓缩 磷脂产品。大豆磷脂是一种性能优良的天然两性表面活性剂，具有良好的表面活性及特 有的生理活性，并无毒、无污染、无刺激、易生物降解，被广泛应用于化妆品、食品、 医疗保健、纺织、皮革印刷、塑料、油漆、电影胶片、橡胶、石油开采、乳化炸药等行 业e e t 4 1 。主要用于研制营养性药剂、疗效性食品、健康食品、食品乳化剂和工业助剂。 磷脂的研究1 9 2 0 年始于德国，5 0 年代己有专利报导，6 0 年代以来美国、欧洲、前苏 联和日本等国将其粗磷脂、精磷脂工业化，8 0 年代下半叶以来磷脂在美、欧、日已是热 点课题。我国磷脂研究2 0 世纪5 0 年代起步，6 0 年代以来不断出现磷脂研究单位。我国目 前磷脂工业还刚刚兴起，没有形成产品系列化和规模效益。全球大豆磷脂的消费量由 1 9 7 6 年的1 0 万t 左右增加到1 9 8 4 年的1 3 4 万t ，到了9 0 年代初，消费量已增至1 5 6 万t 【5 1 。之 后其消费量每年平均以4 强递增1 6 j ，目前已成为世界上消费最大的五大类乳化剂之一， 其销售份额约占2 0 ，位居第- - 1 7 。从用途来看，一般食品用占6 0 ，饲料用占2 0 ，s e 业用占1 0 ，化妆品、医药等用占1 0 t 引。美国和欧洲年磷脂需求量在1 0 万吨以上，日 本近1 万吨，其中大豆磷磷脂则占据着极其重要的地位。为此，世界上许多国家均非常 重视大豆磷脂的特性、生产工艺及其开发应用等方面的研究，不同类型的磷脂已相继问 世。同时，大豆磷脂也在许多领域内获得了较广泛的推广应用。目前国内外都非常重视 对大豆磷脂的开发利用，通过对大豆磷脂的改性，进一步改善磷脂的物理性能，拓宽磷 脂的应用领域，使得改性磷脂的研究成为磷脂研究领域中的一个重要课题。从我国资源 丰富的大豆出发研究磷脂。使研究系统化，产品系列化，建立磷脂学科群、产品树，将 资源深精加工，研究新型特种精细化学品，对变资源优势为产业优势、经济优势，调整 产业结构，建立新的经济增长点意义重大。 1 1 大豆磷脂的组成与结构 磷脂在自然界分布广泛，所有的细胞中都含有磷脂，磷脂和蛋白质是构成细胞膜最 主要的成分【9 】。磷脂在生命过程中起代谢作用和结构形成作用，是重要的生命物质1 0 1 。 磷脂在大豆、棉籽、花生、向日葵等油料种子和蛋黄中大量存在。目前大量使用的商品 磷脂一般是由大豆提取的，因此商品磷脂一般是指大豆磷脂。 i 绪论硕士论文 磷脂是含磷酸根的单脂生物，属于天然兀素有机化合物，按其分子结构司分为两类， 一类为甘油磷脂，一类为神经鞘磷脂【l l a 2 。 甘油磷脂是脂肪酸、甘油和磷酸等化合物的衍生物，1 9 1 2 年g o u m e a n 和p e i t t e e l l 3 j 4 报道了磷脂按其分子中的磷基团处于丙三醇的1 一位和2 一位可分为a - 和p 一磷脂。自然界中 存在的磷脂为l 0 【型( 式r 2 c o 基处在甘油碳链的左边为l 型) ，其通式为： l i f i叱亍一。一c 一氏 一c 一。一彳hi i i l n h ( x 为不同的化合物基团) 式中r l ，r 2 为碳数1 4 - 1 8 的饱和脂肪酸或不饱和脂肪酸，它们主要包括软脂酸、硬 脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸等，来自植物细胞的多为不饱和脂肪酸，来 自动物细胞的多为饱和脂肪酸。大豆磷脂的脂肪酸组成见表1 1 【1 5 】。 表1 1大豆磷脂脂肪酸组成 取代基一x 的不同，构成了不同类型的磷脂，其中常见的磷脂见表1 2 【l6 。最重要的 磷脂为卵磷脂、脑磷脂、肌醇磷脂和丝氨酸磷脂，其分子结构如下： 磷脂酰胆碱( 简称p c ，俗名卵磷脂) ： l | i i心( 一。一c r ii ih ：h ：c 吃 心c 一。一o i 一h 。一c1 一n 3 - 磷脂酰乙醇醇胺( 简称p e ，俗名脑磷脂) ： 2 硕士论文大豆改性磷脂的合成工艺及性能研究 w i i彳一。一c 一民 心一c 一。一下hfh 2h 2 心c 一。一i 一。一c c 一洲2 i i f i心亍一。一c 一民 r ，c o c h oo h 奠一。一| 一。一字一c 一器2 + - ! ! 一o h h 。c o p o c n c i 磷脂酰肌醇( 简称p i ，俗名肌醇磷脂) ： o i i i i叱亍一。一c 一民 r 2 c o g ho 心c 一。一i 一 o h o ho h 表1 2 常见磷脂x 基团及名称 h 另一类为神经鞘磷脂，它们不含甘油基团，是神经酰胺( c e r a m i d e ) 与磷酸直接相 连接，再与胆碱或乙醇胺连接而成的酯。其结构为1 7 】： 3 1 绪论 硕士论文 o i i o hh n c ro li h ： | ih ：h 2c 心 叱c 一也h 2 一品一昌一广广c 一一l 一。一c 一一3 hho h 。 生物体中的磷脂或工业用磷脂都是多种磷脂的混合物。工业用磷脂一般是从大豆、 菜子油等植物油的水化油脚中或蛋黄中提取的。其中磷脂的组成主要有p c 、p e 、p i 。大 豆磷脂中各组分含量随地区的差异而有所不同，其主要组分如表1 3 所示【1 8 】。蛋黄磷脂 的成分比较集中，p c 约占7 0 。 表1 3 大豆磷脂的组成 1 2 磷脂的性质 1 2 1 磷脂的物理性质 大豆磷脂是一种淡黄色至棕色无臭或略有气味的流动态粘稠状物质。纯净的磷脂为 白色蜡状固体，在低温下可结晶，但往往由于制取、贮存条件、贮存方法等不同呈乳白、 浅黄和棕色，并呈可塑性、流动性。磷脂易吸水呈棕黑色胶状物，易氧化，在空气中放 置一段时间后，其白色逐渐变成褐色，最后呈棕黑色，这是因为分子中大量不饱和脂肪 酸被空气氧化所致。磷脂不耐高温，1 0 0 以上即氧化，直至分解，2 8 0 时生成黑色沉 淀1 1 9 1 。因此，磷脂抗热性较差，但在矿物油或甘油化合物溶剂中，虽经1 5 0 以上高温 也可长期稳定而不分解【2 们。 纯大豆磷脂在水中的溶解度很小，但极易吸潮膨胀为胶体。通常大豆磷脂以内盐的 形式存在，为非极性化合物，可溶于脂肪族和芳香族碳氢化合物及植物油等非极性溶剂， 而不溶于丙酮等极性溶剂。磷脂可溶于某些有机溶剂。不同的磷脂在不同的有机溶剂中 其溶解度不同，这是不同磷脂用溶剂法分离的理论基础。磷脂均不溶或难溶于丙酮，故 称丙酮不溶物【1 9 】。磷脂易溶于有机溶剂( 如乙醚、苯、氯仿) 中，部分溶解于乙醇，其中 4 硕上论文 大豆改性磷脂的合成工艺及性能研究 的卵磷脂溶于乙醇而脑磷脂则不溶，借此可将卵磷脂与脑磷脂分离。鞘磷脂不溶于丙酮 和乙醚，但易溶于热乙醇中【2 1 1 。 1 2 2 磷脂的表面性质 磷脂从来源、结构与性能讲属于生物表面活性剂。磷脂最重要的特性是具有两亲的 分子结构，两个脂肪酸链( 通常碳原子数为1 4 - 1 8 ) 为疏水基，磷酸和胆碱等基团为亲水 基。因此，磷脂是一种两性表面活性剂，具有一系列界面和胶体性质，如界面吸附、形 成胶团、乳化作用、生成液晶和脂质体等 2 2 1 。 磷脂的最大工业用途是作乳化剂。磷脂具有亲油性使其能以薄膜状包裹在油滴表 面，磷脂又具有亲水性，与水分子相吸引，大大降低了水油之间的界面张力，从而使得 水油混合液成为均匀稳定的乳化液。磷脂的h l b 值通常在3 1 0 之间，h l b 值在3 - - , 6 之 间有利于形成w o 型乳化液，h l b 值在8 - - 一1 0 之间有利于形成o w 型乳化液【2 3 洲。磷脂 大豆磷脂的h l b 约为7 - - 9 ，通常形成o w 型乳液。磷脂中各组分含量的多少对其乳化性 质有一定影响，醇溶的( 富集p c ) 有利于形成o w 型乳化体系，而醇不溶的( 富集p i ) 则有利于形成w o 型乳化液【l 引。 磷脂不溶于水而溶于多种有机溶剂，在非极性有机溶剂中，磷脂形成疏水基在外， 亲水基在内( 常用少量水) 的胶团。由于在水溶液中的情形相反，称为反胶团。磷脂在甲 醇、乙醇等低级醇中不形成或只形成小胶团，在高级醇、苯、氯仿、四氯化碳、乙醚、 环己烷、正己烷等溶剂中可形成胶团l l 7 1 。 磷脂分散在水中时可以形成脂质体( 1 i p o s o m e ) ，它是一种多层囊泡的结构，而且每 一层为脂质双分子层，每层之间被水隔开。脂质体的直径从几十纳米到几十微米之间。 由于它的结构类似于细胞，所以又称为人工生物膜【2 5 ( a r t i f i c i a lb i o l o g i c a lm e m b r a n e ) 。 1 2 3 磷脂的生理功能 磷脂是一种生命基础物质，它广泛存在于人体的组织界面和体液中，不仅是构成人 体生物膜的重要组成成分，而且是胆碱和必需脂肪酸的原料来源，对维持生物膜的生理 活性和机体的正常代谢起关键作用。 磷脂是构成细胞膜的主要成分之一。一般认为细胞膜是由磷脂双分子层和蛋白质镶 嵌而成，其中细胞膜的骨架是磷脂的双分子膜，它与磷脂的各种界面和胶体性质一样， 皆起源于分子的双亲结构，都是双亲分子间相互作用、聚集和定向排列的结果。蛋白质 是以两种方式与脂分子层结合，脂蛋白可分为两种，即外周蛋白和内嵌蛋白，它们像“冰 山 在“大海中漂浮似的参与流动的分子层中。外周蛋白是以离子健与脂质的亲水头 或内嵌蛋白的两侧亲水部分结合。双分子层作为生物膜的骨架，使蛋白质可以镶嵌和附 着，它的疏水环境使一些蛋白能维持一定的具有活性的构象，同时也有利于一些化学反 应的进行；酶促反应则依靠膜的组织化、有序化达到极高的效率和自我控制；它还是极 5 l 绪论 硕士论文 性化合物的通透屏障，因而保持了内环境的相对稳定性，同时也是一些生理现象，例如 可兴奋膜的兴奋性基础1 1 7 , 2 6 】。 磷脂还具有如下生理功能和药理作用”2 9 1 ：调节血脂，预防和改善心脑血管疾病； 促进神经传导，健脑益智；促进脂肪代谢，防止脂肪肝；体内润滑作用；防止老化，美 化肌肤；调节免疫功能等作用。 1 3 大豆磷脂的改性方法 由于分子结构的关系，磷脂在某些方面的应用具有局限性。例如，磷脂的h l b 值较 低，只适用作w o 型乳化剂。所以天然磷脂不能满足许多行业的应用特性要求，使磷脂 的作用不能充分发挥。天然磷脂含有较多的不饱和酸，长期存放易氧化酸败，货架期， 色泽较深，有味、亲水性低等缺点，限制了磷脂的进一步应用。为了改善磷脂的性能， 拓宽磷脂的应用领域，生产特殊需要的磷脂产品，需要对天然磷脂产品进行a n - r ：改性。 磷脂的改性包括物理改性、化学改性、酶法改性 3 0 1 。 1 3 1 物理改性 物理改性就是通过利用一些分离溶剂和分离技术将混合磷脂中的某些组分纯化、富 集。在磷脂物理改性中，磷脂组分的结构并未发生改变，仅对某种组分进行分离或提纯， 虽然不影响磷脂应用的安全性，但磷脂组分的功能特性未有根本改变。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 ) 低级醇分离法 在磷脂组分中，磷脂酰胆碱在醇中的溶解度比磷脂酰乙醇胺及磷脂酰肌醇高，故根 据溶解性能的不同使之分离。前者形成醇溶性富集部分，有很好的乳化性，适宜作o w 体系乳化剂。后者形成醇不溶性富集部分，适宜作w o 体系的乳化剂。进一步可通过 a 1 2 0 3 等处理获得高含量的磷脂酰胆碱。通常使用的分离溶剂是c l - c 4 低级醇类，如乙 醇、甲醇、异丙醇、丙二醇等【3 。 ( 2 ) 吸附分离法 该法是根据柱材对磷脂中不同组分的吸附能力不同而加以分离。如将粗磷脂溶于乙 醇，用乙醇洗涤氧化铝填充的层析柱时，卵磷脂被优先淋洗下来，其他成分不会被淋洗 掉，由此可获得含丙酮不溶物的卵磷脂。用硅胶做填充材料，用氯仿溶解磷脂，然后用 的3 ：2 氯仿一甲醇( 体积) 混合溶液淋洗，可获得丙酮不溶物8 3 的卵磷脂【3 2 j ，此法常 用于制备静脉注射用磷脂。 ( 3 ) 膜分离法 膜分离法是先将磷脂用乙烷、正丙醇等有机溶剂溶解，形成磷脂胶囊，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。该技术正在用于高纯产 6 硕士论文 大豆改性磷脂的合成工艺及性能研究 品的制取工艺中，如使溶于乙烷一异丙醇混合液的磷脂溶液通过聚丙烯半透膜，可使卵 磷脂浓度由2 5 提高到5 1 t 3 3 1 。因现在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。 ( 4 ) 超临界萃取法 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【3 4 ，进而达 到分离磷脂的一种新型分离技术。通常选用c 0 2 作为超临界流体，由于c 0 2 为无毒气体， 避免了通常采用有机溶剂带来的污染问题，并可方便的与萃余相和萃取组分分离，又由 于超临界流体萃取是在较低温度下进行操作的，所以特别适用于磷脂酰胆碱这种天然物 质的分离【3 5 1 。2 0 世纪8 0 年代初，国内外学者开始采用超临界c 0 2 萃取技术精制磷脂【3 6 1 。 l e y l at e b 耐k e r 【3 5 1 、 t a y l o r t 3 7 】等人采用二氧化碳超临界萃取技术，萃取脱脂大豆磷脂中的 磷脂酰胆碱，获得了最佳提取参数。国内也有人尝试用超临界萃取进行分提，但限于该 法萃取装置昂贵，生产成本偏高，且得率尚不如溶剂法高，故仍处于实验阶段。 1 3 2 化学改性 化学改性就是利用某些化学试剂与磷脂分子中的官能团进行反应，使磷脂分子结构 发生变化，改变磷脂的某些功能特性。磷脂由于其特殊的结构，可使之与多种物质进行 反应，并通过某些反应来改善磷脂的性能从而变成改性磷脂。化学改性主要是在磷脂的 不饱和双健和一x 取代基上进行的。如磷脂的乙酰化、羟基化、氢化、水解、皂化、磺化 等化学改性，磷脂改性可以改变磷脂的亲水亲油平衡值( h l b 值) 和不饱和度，改善磷脂 的乳化性能，提高其亲水性。但化学方法改性易破坏磷脂的天然构型，安全性不好，不 符合一些国家的食品法标准，因而在食品中应用受限。国内目前完成工业化生产研究的 品种有乙酰化、羟基化、羟酰化、酶水解改性磷脂产品【3 引。目前正在研究的磷脂改性方 法有： ( 1 ) 酰化 大豆磷脂的酰化改性反应一般是利用磷脂中磷脂酰乙醇胺的氨基，与酰氯、乙酸酐 或乙酸乙酯等酰化试剂进行反应，生成酰化磷脂酰乙醇胺。其具有很强的亲水性，对离 子的感受性低，常温下流动性增加，溶解性和乳化分散性提高，色泽风味变化不大，h l b 值增至9 1 0 ，是有效的o w 型乳化剂。 姜宝奎研究报道【3 9 1 ，将浓缩磷脂乙酸酐反应制得了酰化改性磷脂产品，其常温下流 动性增加，水分散性提高，h l b 值可达到9 1 0 ，同时抗氧化性也得到改善。田志茗等1 4 0 1 以乙酰氯为酰化试剂，三乙胺为接受体，合成乙酰化磷脂。该乙酰化磷脂的乳化稳定性 提高，而且对含有油酸钠的硬水具有一定的分散能力。田志茗等还以油酰氯为酰化剂， 与大豆磷脂中的磷脂酰乙醇胺反应合成油酰化改性磷脂【4 1 1 。张树军等1 4 2 1 将含油的粗磷脂 7 1 绪论 硕士论文 用丙酮提纯后，减压干燥得到粉状大豆磷脂后，再和顺丁二烯酸酐反应，在磷脂结构中 引入一个不饱和键，使产物不饱和度增加，且引入的双键具有聚合反应活性。改性后的 磷脂作为反应性乳化剂可代替十二烷基硫酸钠进行醋酸乙烯酯的乳液聚合，得到细腻、 乳白、稳定的乳液。可以推测，顺丁二烯酸酐酰化改性磷脂有望在结合性加脂剂、复鞣 加脂剂中得到良好应用。 ( 2 ) 羟基化【4 5 j 该反应通常是在弱酸( 如乳酸) 存在条件下，高浓度过氧化氢与弱酸作用生成过氧酸 后，在磷脂的不饱和脂肪酸长链上连接上亲水性羟基。其中，弱酸作为一种催化剂，为 反应提供一个酸性环境，还可防止h 2 0 2 的分解，从而保证反应的顺利进行。在磷脂分子 中引入羟基可提高磷脂的亲水性，甚至在冷水中也可适度分散，并且得到的产品因过氧 化氢的漂白作用而色泽降低，但产品中有皂味。 羟基化改性后的磷脂，碘价降低，亲水能力提高，通过控制反应条件可得到羟基化 改性程度不同、进而亲水亲油性能不同的羟化磷脂产品。对此，通过测定碘价可以较好 地预测其羟基化程度和乳化性能。羟化磷脂可用作制备皮革n i l 剂的复配组分，其复合 物的均匀稳定性和渗透能力以及助柔软功能都强于未改性的浓缩磷脂。 ( 3 ) 羟酰化h 6 , 4 7 j 羟酰化是先将磷脂酰化，再羟基化或后续水解，再中和的复合改性方法。上述单一 的改性方法，往往只能使磷脂的某一方面性能得到改善，并不能完全满足使用要求。如 乙酰化在乳化性能上有一定改善，但氧化问题得不到解决；而羟化则使磷i i i i 肪链上不 饱和键变为饱和键，增强了氧化稳定性。二者结合起来，则扬长避短，可使磷脂的流动 性、气味、外观颜色得到明显改善，其乳化性、润湿性和渗透性明显提高，氧化稳定性 也大大增强，从而使用性能得到进一步完善。因此扩大了它在那些需要合成辅助乳化剂 系统中的应用。 ( 4 ) 氢化1 4 酗 在镍或铜一镍等催化剂的作用下，通入氢气使磷脂脂肪链上的不饱和双键发生氢化 加成反应，形成饱和键，可制得色浅、昧淡、稳定的部分饱和氢化磷脂。其最大优势 是改性产物氧化稳定性大大提高。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。如采用二氯甲烷作溶剂，进行氢化反应，得到 的改性磷脂为淡黄色，碘价低于3 0 9 1 2 l o o g 。再例如，加氢工艺以乙醇( 或己烷) 为介质， 将磷脂、乙醇( 或己烷) 和催化剂混合放入高压釜中，在氢气压7 m p a 、温度7 5 - - 8 5 c 和 搅拌条件下反应，产品碘值通常为1 5 一- , 2 09 1 2 l o o g 。 ( 5 ) 磺化 在醛、酮或酸存在下，用二氧化硫使磷脂磺化，醛、酮等亦参加反应，产物在水中 能形成透明的溶液，具有抗酸碱的沉淀作用【4 9 】。以大豆磷脂为原料，采用s 0 3 气相膜式 8 硕士论文大豆改性磷脂的合成工艺及性能研究 磺化技术，经酯化、磺化、中和、脱色、调整等一系列工艺制备出磺化改性磷脂，其h l b 值达1 4 - 1 6 ，在水中极易溶解或分散成乳状液，具有良好的乳化力和渗透性能。s 0 3 结 合量提高，乳化能力增强，渗透性和乳液稳定性均有所增加。用于皮革加脂剂的复配组 分，其分子结构中所含有的众多活性基团，如磺酸基、磷酸基、季铵基、氨基、羧基、 羟基等，对于乳液粒子在皮革内的渗透和吸收起着重要的影响作用。据介绍，其处理后 的皮革柔软度和丰满度好，手感滋润。 ( 6 ) 水解 在强酸和碱存在条件下，脂肪酸被羟基所取代，亲水性增强，分子的反应活性提高， 可为其它改性方法准备条件。但水解反应条件难以控制，若水解时间过长，易导致生成 脂肪酸、甘油磷脂和肌醇磷酸或它们的盐、氨基酸和糖类混合物，甚至于进一步水解成 甘油、磷酸和肌醇。正因酸碱水解条件难以控制，水解产物的颜色很深，现已基本被淘 汰【5 0 1 。 此外还有乙氧基化【5 l 】、羟化乙氧基化【5 2 1 、卤代、硫酸化、酯交换等磷脂改性方法以 及这些方法的不同组合。 1 3 3 酶改性 磷脂的酶法改性具有反应条件温和，反应进行完全，副产物少，酶制剂作用部位准 确，酶源广泛等优点【5 3 5 5 】。近年来，酶改性成为学者研究的热点，生物工程中重要分支 一酶工程得到迅猛发展，为磷脂酶法改性提供了必需的酶制剂。 1 4 大豆磷脂及改性磷脂的应用领域 大豆磷脂除具有生理活性外，还具有乳化、速溶、润湿、分散、抗氧化、增溶等特 性，被广泛应用于食品、医药、化妆品、纺织、制革、饲料等领域【4 】。 1 4 1 在化妆品中的应用 大豆磷脂具有较强的表面活性和胶体性质。同时，它又是所有生物细胞的重要成分 之一，在机体细胞代谢和细胞膜渗透性调解方面起着重要作用。因此，大豆磷脂对人体 皮肤有着良好的保湿性和渗透性，具有抗氧化、抗静电、乳化、分散、湿润、渗透、保 湿、调理、软化、润肤、稳定剂型和柔发等多种功能【5 6 】。长期使用含大豆磷脂的化妆品， 可改善皮肤营养，减少皮肤褶皱，增加皮肤光泽，使皮肤细嫩，并能消除皮肤色素，减 少和祛除老年斑，延缓皮肤衰老。还可以作头发润滑剂，使头发光润、柔软，还促进毛 发生长和减少白剔5 7 】。氢化等改性的磷脂有调整皮肤氢离子浓度，提高化妆品的分散性， 减轻皮肤刺激，促进皮肤的吸收，保持皮肤湿润的作用，能促进皮肤代谢，防止黑斑， 对色素及面疮也有较好的疗效。胡兴中【5 8 】等研制的w s l - 改性磷脂加到洗发香波和护发 素中，具有很好的保湿、渗透作用，能增进皮肤的柔软性和弹性，对头发有软化和防脂 9 l 绪论硕士论文 溢作用。大豆磷脂是一种十分理想的天然优质化妆品原料，可广泛用于生产护肤、洁肤 膏霜、洁面剂、洗肤剂、防晒剂等护肤产品，以及洗发、染发、烫发、头发修饰、调理 剂及护发素等发用化妆品。同时还应用于口红、睫毛油、粉饼等美容品以及浴用产品等。 1 4 2 在医药中的应用 随着人类和动物的许多疾病在化学疗法中取得无可争辩的成功，医药和制药界再次 出现转向增加内源物，即趋向自然物倾向。在医药品中，磷脂系为天然物正日益受到特 别重视，它可作为治疗多种疾病的活性成分，又可作为含有各种药物制剂的调理剂和乳 化剂，还可利用磷脂可形成脂质体的性质，运用在药剂的传递或输送系统中。 改性磷脂脂质体作为一种新兴的药物载体，在医药上备受青睐。在制药领域，为生 成一些水活性或微水溶性的亚微细颗粒，可使用含溶血磷脂类物质的一种或多种表面改 良剂或表面活性剂。改性磷脂经物理化学的深加工后，使其成为由脂质双分子层组成的 单层或复层微小泡囊。这种脂质体适宜体内降解，无毒性，无免疫源性。对磷脂脂质体 的作用机制研究的大量数据表明，它作为一种药物载体可提高药物治疗指数，降低药物 毒性，减少药物副作用以及减少药物计量等功效。所以磷脂脂质体在生物技术、生物医 学、免疫调节、遗传工程等领域的应用具有不可替代的作用。 此外，磷脂还具有滋润皮肤，增加伤口愈合，增强骨骼机能及抗出血作用【5 9 1 。 1 4 3 在食品中的应用 大豆磷脂与谷物、淀粉和蛋白质相结合可大大改良食品的物理品质和内外在质量指 标、增强食品的营养效价，提高食品的可食质量。作为乳化剂，大豆磷脂以多种形式存 在于食品乳化液中，通常与其他乳化剂、稳定剂相结合而起到乳化作用。另外大豆磷脂 的抗油脂氧化作用目前己在油脂生产中得以应用。大豆磷脂也可作为食用香料的微胶囊 壁材，可以与脂质体柔和而稳定地形成微胶囊。磷脂还用以改进粉末产品在液体中的润 湿度和分散度的加工工艺，通称为速溶化。作为速溶剂，磷脂能帮助调低润湿和分散速 度太快的粉末在液体中的水合作用，如豆奶粉等。由于这些亲水性粉末在添加到水中时 会迅速的润湿，形成外湿内干，在混合时容易出现结块。为使粉末得到适度的溶化，可 添) j n h l b 值较小、亲水性较好的卵磷脂，如含少量三甘油脂的大豆磷脂，以降低粉末的 润湿速度，使其在混合时不会结块。p c 含量较高的卵磷脂也可用以改进疏水粉末的润湿 度和分散度。如具有类脂表面的全脂奶粉，采用极性较高，h l b 值大，亲水性较好的磷 脂，可消除脂肪与水之间的互相排斥性，使产品得以迅速地润湿和分散于液体中。大豆 磷脂在食品中的作用可归纳为表1 4 所示【2 5 , 6 0 】。 1 0 硕士论文 大豆改性磷脂的合成工艺及性能研究 1 4 4 在饲料中的应用 大豆磷脂及改性磷脂加于动物饲料中可起湿润、分散和乳化作用。同时它又是营养 成分，作为饲料添加剂使用，可提供胆胺、有机磷、肌醇等，补充畜禽对微量元素的需 要。它可提高配合饲料的能量，必需氨基酸需和脂溶性v e 的含量。从营养角度来看改性 磷脂促进家禽肠胃的吸收和代谢，是动物生长、发育的促进剂，增加家禽的产卵率及加 快家畜的生长速度，也是获得磷元素的主要途径之一。 磷脂是动物脑、神经组织、骨髓、心、肝、卵和脾中不可缺少的组成部分，是生物 膜的重要组分，对幼龄动物的生长发育非常重要，添加磷脂能促进淡水鱼和肉猪的脑、 神经组织、内脏、骨髓的发育健全，为增产节料奠定良好的基础。添加磷脂可节约蛋氨 酸的消耗，提高饲料质量。磷脂有助于脂肪的消化、吸收和防脂肪肝的产生。目前，针 对不同动物的营养需要和饲料加工的便利性，国内外已研究开发出多种饲料磷脂产品， 有些产品已形成系列化，如水产专用型、仔猪专用型1 9 。傅景海等6 1 1 通过饲料中添加羟 化改性磷脂，提高了鸡的产蛋率，加快了鱼和猪增重，该饲料具有抗氧化、抗粘结、保 存期长、适口性好的特点。 1 4 5 在纺织工业中的应用 在纺织工业中磷脂可用纺织油乳液中的软化剂、铺展剂和渗透剂。它也用于洗涤、 脱胶、丝光处理、染色、漂白和整理等工序用料的配方中，还用作印染浆料中颜料和沉 淀色料的分散剂。 1 4 6 在其它领域的应用 磷脂在橡胶工业上可直接用作橡胶的软化剂，还可生产黑油膏，作橡胶添加剂。卵 磷脂可以作为水果保鲜剂和防虫药剂。在涂料和油漆工业中，主要是利用磷脂的表面活 l 绪论 硕士论文 性作用，有缩短加热时间，防颜料沉淀，增加光亮度，避免分层，增大遮盖力和流平性， 起到颜料分散剂、润湿剂、防流挂剂和触变剂的作用。在皮革工业中主要是应用于皮革 加脂剂，其与皮纤维具有结合性，使皮革柔软、丰满，甚至具有防水性，及用于鞣制、 鞣前工序，可促进铬与油脂的均匀分布，使皮革更柔软【6 2 】。胡传荣等【6 3 】对磷脂进行了羟 基化、酯化、亚硫酸化三步改性后，它与水混合能形成稳定乳状液，促使磷脂均匀深入 革和皮板内，而且其上的活性基团能与皮革胶原纤维结合，从而获得良好的加脂效果惮】。 例如含1 5 碱性热水、植物油或磺化油和少量杀菌剂的乳状液用作加脂剂。含磷脂的皮 革涂层可用于高级皮革。在汽油、燃料油、润滑油、切削油等石油产品中，磷脂可用作 抗氧剂、分散剂、防锈剂。也用于精密机床和仪器防锈油中。在汽油中能改进清净性和 防止形成水晶。在燃料油中还能作为抗静电剂。它的主要优点是能乳化产品在加工、运 输和储存过程中进入的少量水，还有它的两性特性，使它有缓冲作用，可以降低腐蚀。 新发展的一种用途是它能从废水中除去烃类和从海水中通过生物降解而除去石油。 大豆磷脂具有良好的乳化作用，抗氧化作用、分散作用和脱模作用，使其在许多工 业中被广泛利用。如纺织漂白、皮革、染色、油漆、油墨、涂料、造纸、农药、橡胶、 磁带、彩色胶卷、石油开采、荧光屏制作等，可在其中起分散剂作用。另外目前还开发 出了大豆磷脂在乳化炸药中的应用1 6 引。 1 5 国内外研究现状 1 5 1 国外研究现状 磷脂的研究始于2 0 世纪3 0 年代的德国，其研究发展极为迅猛，主要集中在大豆和 蛋黄两种物质上。因生产加工成本等因素，大豆磷脂的发展更为迅速，而蛋黄磷脂的发 展则较缓。国内外市售的卵磷脂以大豆磷脂为主，其市场占有率为9 0 以上 2 1 ，而蛋黄 磷脂主要用于医药制品和化妆品，也少量以复配型的产品用于食用软胶囊生产。2 0 世纪 6 0 年代后磷脂生产实现工业化，并广泛应用在食品、医药、化妆品和工业助剂领域。随 着对磷脂研究和应用的深入发展，科学界、实业界对磷脂的结构、性能、功效和生理、 生化作用的认识在逐步深化。由于磷脂实用价值的拓展，开展了磷脂的精细分离技术、 精细有机合成技术以及化工系统工程的研究，使高纯磷脂、精细磷脂得以开发和应用。 2 0 世纪7 0 年代末至8 0 年代初是世界上对磷脂研究最为活跃的时期。1 9 8 0 年在意 大利罗马召开了第一届国际大豆磷脂专题研讨会，其后每隔一年召开一次。特别是在 1 9 8 9 年在美国芝加哥召开