（环境科学专业论文）植酸水解及其产物的分离研究.pdf

四j i l 师范大学硕十学位论文 的测磷分光光度法与其它几种( 测铁，硝酸盐滴定和硝酸盐间接滴定) 测定植 酸含量的方法进行了比较与分析。研究结果表明：四种方法中，改进后的测磷 分光度法的精密度最高，适合于无标准植酸的微量测定；测铁分光光法显色法， 适用于有标准植酸的微量测定；硝酸钍盐滴定法，适用于高含量植酸的快速测 定；硝酸钍盐间接滴定法，适用于高含量植酸的粗略测定。 关键词：植酸测定三磷酸肌醇植酸的水解植酸水解产物的分离 植酸铵衍生物 r e s e a r c ho n p h y t i ca c i dh y d r o l y s i sa n dt h ep r o d u c t s o fs e p a r a t i o n m a j o r e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e p o s t g r a d u a t e ：f uy u 一撕n g t u t o r ：p r o f z h a os h i l i n a b s t r a c t ：r a wm a t e r i a lo f p r o d u c t i o no f p h y t i ca c i di sa b u n d a n c e ，o fl o wc o s t a n dr e p r o d u c i b l e i nr e c e n ty e a r s ，t h er e s e a r c h i n ga r e ao f p h y t i ca c i dh a se x p a n d e d m o r e e x c e p tf o rb e i n gu s e dd i r e c t l y , i tc a nb eu t i l i z e dt oc o n v e r ti n t oh y d r o l y s i s p r o d u c t so rd e r i v a t i v e s i nw h i c h ，h y d r o l y s i sp r o d u c t so fp h y t i ca c i dp o s s e s su n i q u e p h y s i o l o g i c a lf u n c t i o n s ，a n dt h e ya r ei m p o r t a n ti nm e d i c a ls c i e n c e h o w e v e r , t h e p r e p a r a t i o no fh y d r o l y s i sp r o d u c t so fp h y t i ca c i di sr a t h e rd i f f i c u l ta tp r e s e n t t h e p r i c eo fc o m m o d i t yf o r mo fh y d r o l y s i sp r o d u c t so fp h y t i ca c i d i s v e r yh i g l l c o m m e r c i a l l y , w h i c hl i m i t s t h ea p p l i c a t i o no ft h e ms e v e r e l y b e c a u s eo fi t s v e r s a t i l ec h a r a c t e r i s t i c s ，t h ec o n t e n to fp h y t i ca c i dh a st ob em e a s u r e df r e q u e n t l yi n m a n u f a c t u r e sa n ds t u d i e s a tp r e s e n t ，t h e r ea r ev a r i o u sm e t h o d sf o ri t sm e a s u r i n g a n dh a v ed i f f e r e n tw a y s ， s i n c ee v e r ym e t h o dh a si t so w na d v a l l t a g e sa n d d i s a d v a n t a g e s ，t h er e s u l t sm a yb ei n c o n s i s t e n tw i t he a c ho t h e r , e v e nv e r yd i f f e r e n t w h e nt e s t i n gt h es a m es a m p l e ，s oi tw i l lb ev e r yd i f f i c u l tf o ru st oc h o o s et h e p r o p e rm e a n sr a p i d l ya n da c c u r a t e l yt od e t e r m i n ep h y t i ca c i d 。 t h i sa r t i c l ef o c u s e do nt h ef a c t o r si n f l u e n c i n gt h eh y d r o l y s i sp r o c e s sa n d s p e c i e so fh y d r o l y s i sp r o d u c t s ，s u c ha st e m p e r a t u r e ，t i m e ，c o n c e n t r a t i o na n da c i d i t y , a n dt h em e t h o d so fh o wt os e p a r a t eh y d r o l y s i sp r o d u c t s t h ei n v e s t i g a t i o ns h o w e d t h a tt h eo p t i m a lc o n d i t i o n so fh y d r o l y s i s r e q u i r e dat e m p e r a t u r eo f13 0 o c ， c o n c e n t r a t i o no f10 a n ds o l i ds u p e r a c i da st h ec a t a l y s t u n d e rt h e s ec o n d i t i o n s ， w h e nt h eh y d r o l y s i sp r o d u c t sw e r em a i n l yi p 5a n dp h o s p h o r i ca c i d ，t h er e a c t i o n t i m ew a sa b o u t2h ：w h e nt h e h y d r o l y s i sp r o d u c t s w e r e m a i n l y i n o s i t o l p e n t a p h o s p h a t ea n dp h o s p h o r i ca c i d ，t h er e a c t i o nt i m ew a sa b o u t5h ；w h e nt h e 1 1 1 h y d r o l y s i sp r o d u c t sw e r em a i n l yi n o s i t o l t r i p h o s p h a t ea n dp h o s p h o r i ca c i d ，t h e r e a c t i o nt i m ew a sa b o u t8h ；、a ? h c l lt h eh y d r o l y s i sp r o d u c t sw e r em a i n l yi n o s i t o l b i p h o s p h a t ea n dp h o s p h o r i ca c i d ，t h e r e a c t i o nt i m ew a sa b o u t1 1h ；溉e i lt h e h y d r o l y s i sp r o d u c t sw e r em a i n l yi n o s i t o l p h o s p h a t ea n dp h o s p h o r i c a c i d , t h e r e a c t i o nt i m ew a sa b o u t14h t h eh y d r o l y s i sp r o d u c t sw e r es e p a r a t e d a l l dp u n n e d b vt h em e t h o d so fa n h y d r o u se t h a n o l ，i n o r g a n i cp r e c i p i t a t i o n a n ds y n t h e s l so f i n o s i t o lp o l y p h o s p h a t ea m i n i u ms a l t ，w h i c hw a sn o tt h es a m ea sr e p o r t e d l h e 彻n o v a lr a t eo fi n o r g a n i cp h o s p h o rb yt h em e t h o do fa n h y d r o u se t h a n o l 1 sa b o u t 8 0 b yt h eo t h e rt w om e t h o d s ，t h e yw e r e b o t hm o r et h a n9 2 i nt h i sa r t i c l e as p e c t r o p h o t o m e t r y f o rm e a s u r i n gt h ep h o s p h o r u s w a s i m p r o v e d a n dw a sa p p l i e dt od e t e r m i n gp h y t i ca c i da n dc o m p a r e d w i t ho t h e rt h r e e m e t h o d s ：t h er e s u l t s i n d i c a t e dt h a ta m o n gt h e f o u rm e t h o d s ，t h ei m p r o v e d s p e c t r o p h o t o m e t r yf o rm e a s u r i n gt h ep h o s p h o r r i sw a sh i g h e s t 1 1 1p r e c i s l o n ，、础1 c n w a ss u i t e df o rd e t e r m i n i n gt h em i c r oa m o u n to fp h y t i c a c i dw i t hn os t a n d a r d s ； w h i c hw a sf o l l o w e db yt h es p e c t r o p h o t o m e t r i cc o l o r i m e t e rf o rd e t e r m i n i n gf e t o r t h em i c r oa m o u n to fp h 舛ca c i dw i t hs t a n d a r d s ；b e s i d e si tw a s t i t r a t i o no ft h o r i u m n i t r a t e f o rt h er a p i dm e a s u r e m e n tf o rt h eh i g hc o n t e n to fp h y t i ca c i d ；a tl a s tw a s i n d i r e c tt i t r a t i o no ft h o r i u mn i t r a t e ，f o rd e t e r m i n i n g t h eh i g hc o n t e n to fp h y t i ca c i d r o u g h l y k e y w o r d s ：t h eh y d r o l y s i sp r o c e s so f p h y t i ca c i d 3p h 。s p h 。r i ca c i d i n o s i t 0 1 m e a s u r ep h y t i ca c i ds e p a r a t eh y d r o l y s i sp r o d u c t s d e v i v a t i v e so f a m m o n i u mp b y t i ca c i d 四川师范大学学位论文独创性及 使用授权声明 本人声明：所呈交学位论文，是本人在导师壑壁签耋蕉指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任 何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 本人承诺：已提交的学位论文电子版与论文纸本的内容一致。如因不符而 引起的学术声誉上的损失由本人自负。 本人同意所撰写学位论文的使用授权遵照学校的管理规定： 学校作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者须授权所在大学拥 有学位论文的部分使用权，即：1 ) 己获学位的研究生必须按学校规定提交印 刷版和电子版学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库供 检索；2 ) 为教学、科研和学术交流目的，学校可以将公开的学位论文或解密 后的学位论文作为资料在图书馆、资料室等场所或在有关网络上供阅读、浏览。 本人授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文 全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：讨鸟蕾 签字目期：矽p 年歹月z ，3e t 导师躲枣 签字日期：西( 年，月 1 前言 人类社会的发展是一个不断利用各种资源，创造物质财富和精神财富的过 程。在各种资源中，源于自然环境的资源，直提供着社会发展所需的物质和 能量；随着人类社会的发展、科技的进步，人类不断地使用自然资源，由于某 些自然资源数量有限，以致使其逐渐减少甚至枯竭，或因没有替代用品，产生 了资源的危机；此外，在自然资源被利用的过程中，一些残余废弃物重新回流 自然，或干扰了自然资源，对自然环境或自然资源产生强烈的破坏作用。因而， 人类社会与经济的发展受到资源和环境容量的限制越来越突出，为满足人类社 会与经济发展的不断需要，面对资源与环境容量的限制，人们提出了可持续发 展的战略，而可持续发展的物质基础是资源的可持续。当经济发展所依赖的资 源尤其是不可再生资源枯竭时，必须及时找到替代资源，尤其是用可再牛资源 替代不可再生资源。从长远看，非再生资源终究要枯竭，物质生产所依赖的资 源、能源终究要向可再生资源转换。因此，原材料来源于天然、广泛易得，无 毒具有可再生性的产品必能适应人类社会可持发展的需要，而植酸正是这样一 种经济价值极高的精细化工产品。 1 1 植酸的性质 植酸( p h y t i ca c i d ) 学名肌醇六磷酸脂n 1 ，又称肌醇六磷酸( i n c o s i t o l h e x c p h o s p h o r i ca c i d ) ，植酸的相对分子量约为6 6 0 0 4 ，分子式为c 。h 。p 。0 剀瞳1 。，是一种无色或淡黄色稠状液体，能与水、( 9 5 ) 乙醇和甘油混溶，微溶于 无水乙醇和甲醇，几乎不溶于无水乙醚、苯和氯仿，呈强酸性，密度因含量不 同而有差别1 。其结构式如图1 1 所示。 图1 1 植酸的结构式 f i g u r e l 一1s t r u c t u r a if o r m u i ao fp h y t i ca c i d 四川师范大学硕士学位论文 从结构图l 一1 可以看出，植酸分子中具有1 2 个氢离子，植酸中的1 2 个氢 离子可分三步进行电离，所以植酸在不同的p h 值下可以得到不同的酸式盐， 其电离难易程度与成盐时p h 值如下表1 - 1 陆1 。 表1 1 植酸电离常数与成盐p h 值 ! 呈! ! 宝! ：! ! 班i 曼兰! i 垒i 2 翌i 三璺生2 翌竺2 呈! 望呈堡璺巳垒! 璺! ! p 望翌旦墨! 暨 序号电离常数p k解离氢离子数个完全成盐时p h 值 植酸分子含有1 2 个羟基和6 个磷酸基，是一种少见的金属多齿螯合剂。 植酸与金属络合时，易在金属表面形成一层致密的单分子保护膜，能有效阻止 0 。进入金属表面防止金属腐蚀1 。植酸水溶液在加热时能发生水解，所以植 酸应保存在低温阴凉处。植酸的毒性极低，小白鼠( 口服) 致死剂量l d 鲫为 4 9 3 2 m g k g ，介于乳酸和山梨酸之间，而食盐的半数致死剂量l d 。为4 0 0 0 m g k g ， 因此植酸比食盐作食品添j j n 尧j 更安全r 。植酸是天然物质，在日本不受食 品添加物公定书和食品添加物基准的限制。 1 2 植酸的制备 米糠、麦麸和玉米浸渍水等均可作为植酸生产的主要原料，因此生产植酸 的原料不仅来源丰富、价格低廉，而且具有可再生性。 我国是农业大国，盛产水稻、小麦和玉米，我国每年产稻谷约为1 8 亿吨， 产出的副产物米糠约为1 0 0 0 万吨，约占稻谷质量的5 7 ；我国每年产麦麸 2 0 0 0 多万吨。国内大部分地区将米糠和麦麸作为饲料喂养畜禽，其具有的资 源效益未得到充分发挥。酿酒、淀粉生产等行业在玉米发酵过程中产生大量的 副产物玉米浸渍水，例如生产1 吨淀粉约产生1 吨玉米浸渍水，其中含有1 左右的植酸，如果不加以处理直接排入水体中，会给环境带来极大的危害，也会 造成资源的浪费。 近十多年来，我国在以米糠、麦麸和玉米浸渍水等为主要原料提取植酸方 面作了大量工作，并取得了一些成果。我国不仪能生产出5 0 7 0 规格的达 标的液体植酸。淮南天力生物工程开发有限公司和荆州市大地生物工程有限公 司联合研制出无载体固体植酸；固体植酸具有和液体植酸完全相同的化学特性 和应用范围，除此之外，还具有纯度高、运输、储存、使用方便、保质期长 等特点。特别适用于食品、医药、电子以及精密分析等高端应用领域；固体植 酸在使用时，可按需要量直接添加于所处理的物料中并混合均匀；也可按需要 的浓度，用去离子水或蒸馏水溶解成液体植酸使用。 综上所述，我国不仅有丰富的生产植酸的原材料，而且植酸生产工艺成熟， 为植酸业的发展提供了保障。 1 3 植酸水解及其产物的分离研究现状 植酸具有独特的生理功能和化学性质，己广泛应用于食品、医药、日用化 工、金属加工、纺织业、燃料业、水果保鲜和环保等行业。近年来，随着人们 环保意识和追求绿色天然产品的理念不断增强，研发领域不断拓宽，植酸除直 接利用外，现已转化为开发其水解产物及其衍生物的利用。植酸由于含有6 个磷酸二氢酯基团，这6 个磷酸二氢酯基团不是同时水解，而是分步独立水解。 磷酸二氢酯基团水解个数不同，水解生成多元磷酸肌醇也不同。当有一个磷酸 二氢酯基团水解时生成的产物主要是五磷酸肌醇和磷酸，依次类推，即植酸水 解能生成五磷酸肌醇、四磷酸肌醇、三磷酸肌醇、二磷酸肌醇、一磷酸肌醇和 肌醇。五磷酸肌醇、四磷酸肌醇、三磷酸肌醇、二磷酸肌醇、一磷酸肌醇和肌 醇除了可以通过植酸或植酸盐为底物水解来制备外；还可以通过化学合成法来 制备。但由于化学合成法存在合成条件苛刻、合成步骤较多，分离纯化困难， 成本高等缺点，限制了此种方法的发展。目前，大多采用以植酸或植酸盐为底 物通过水解来制备。 1 3 。1 植酸水解方法研究现状 植酸的水解方法主要有酶法和非酶法两种。 ( 1 ) 酶法 能够用于水解植酸的酶通常称作植酸酶，现已发现了多种植酸酶。不同的 3 四川师范大学硕上学位论文 植酸酶有不同的催化特性和分子特征。根据植酸酶催化水解植酸时，水解第一 个磷酸二氢酯基团中p - o 键的位置可将植酸酶分为6 一植酸酶、4 一植酸酶和3 一植酸酶等。国内外研究得最多使用最普遍的是6 一植酸酶和3 一植酸酶9 。 6 一植酸酶首先是从植酸的第六位碳上的磷酸二氢酯中p - o 键的基团开始催化 水解，然后逐个水解0 。3 一植酸酶首先是从植酸的第三位碳上的磷酸二氢酯 中p 一0 键的基团开始催化水解，然后逐个水解n n2 j 。近年来又发现了一种从 植酸的碳上的第五个磷酸二氢酯的基团中p - o 键开始催化水解植酸的酶，但此 种酶将植酸水解到三磷酸肌醇，就不能进一步水解成肌醇。 植酸酶的来源有三条途径：植物、动物和微生物。但主要来源于植物和微 生物。目前，具有开发意义的是利用微生物生产植酸酶，利用微生物生产的植 酸酶一般是3 一植酸酶3 | 。6 一植酸酶一般来源于植物的种子。 植酸在水解时加入植酸酶可以加快水解速率、缩短植酸水解时间。文献报 道最多是利用植酸酶水解植酸制备三磷酸肌醇研究；其次，是制备四磷酸肌醇 的研究。也有利用植酸酶水解植酸制各肌醇的研究。但由于植酸酶昂贵，植酸 酶在使用时必须要m g 斗参与催化过程，利用植酸酶水解植酸制备多元磷酸肌醇 成本较高和水解产物的分离较困难，收率低，且需要选择合适的酶种类和提供 一定的酶解条件等缺点。 ( 2 ) 非酶法 植酸水解的非酶法文献报道主要有微波和加温加压两种方法。加温加压法 主要见于利用植酸或植酸盐制备肌醇。加温加压能促进植酸的水解，但对设备 的要求很高。近年来，有文献报道利用微波辐射可以缩短植酸水解反应的时间。 微波辐射相比酶法不需要昂贵的植酸酶，能缩短植酸的水解时间，但此种方法 收率低、处于实验室阶段。 1 3 2 植酸水解产物的分离研究现状 由于，植酸或植酸盐水解生成的主要产物极性相差不大，这给植酸水解产 物的分离带来了困难。目前，水解产物的分离纯化一般采用内装7 1 7 型强碱型 阴离子树脂，树脂用前用1 m 的n a c i 转化为氯型，洗脱时先用0 0 5 m 的n a c l 洗 至用钼锑抗试剂检测无无机磷出现为止，然后用0 0 5 一0 7 m 的n a c l 2 0 0 0 m l 进 4 行线性梯度洗脱，洗脱液流速为l o o m l h r ，用数控计滴自动部分收集器控制每 6 分钟收集一管，每管l o m l ，然后从每管中取0 2 m l 液体于消化管中，并加 0 5 m l 浓度为5 m 的硫酸混和，置l m c 2 8 0 1 a 型远红外消煮炉中消化至溶液清亮 为止，然后用测磷分光光度法检测无机磷含量，根据7 0 0 n m 处吸光度的变化， 将同一峰值之物收集在一起，加c a c l 。溶液，产生沉淀，过滤，用7 3 2 型强酸型阳 离子树脂脱去钙离子，冷却干燥。 1 4 植酸水解产物的生理功能及用途 ( 1 ) 肌醇 肌醇为白细胞增生药，有赋活细胞刺激代谢的作用，用于各种急慢性肝脏 疾患( 肝硬化、肝炎、肝肿大、血吸虫性肝改变、脂肪肝) ，心脏疾患、高血脂、 白细胞或血小板减少症、中心性视网膜炎：可解除锑剂引起的肝脏、心脏等副 反应14 j 。 肌醇能够协同植酸抑制癌细胞生长，大鼠实验表明，通过口服肌醇，能有 效地防治大鼠结肠癌，肺癌，前胃癌，肝癌。肌醇能提高糖尿病患者的神经的 传导性n 5 6 7 j 。肌醇能够促进健康毛发的生长，防止脱发，预防湿疹。肌醇 有镇静作用，能够改良各类精神病患者的状况。肌醇可制造药物的中间体，可 用来合成许多药物，如烟酸肌醇酷、脉通等。肌醇属于维生素b 族物质，是一 种营养药剂，能促进各种菌种的培养和酵母的生长n8 。肌醇是制造综合维生 素的原料，具有促进细胞生长和防止老化的医疗作用，是一种优良的保键品n 9 | 。 在化工领域，肌醇被用来做高级化妆品。肌醇还可作生化试剂，也可用于有机 合成等。 在食品工业中，肌醇可作为食品强化添加剂，可用于制高级饮料和高档奶 粉；在饲料工业中，因为肌醇能促使细胞生长，所以用作动物生长促进剂，在 饲料中加入少量，能有效提高饲效；另外，在水产养殖业中，在对虾等产值较 高的水产品养殖中也有应用瞳0 1 。 ( 2 ) 三磷酸肌醇的研究 三磷酸肌醇共有九种异构体，不同的异构体用途不同。近年的研究表明以 1 ，2 ，6 一i p 3 、1 ，2 ，3 - i p 3 和1 ，3 ，4 - i p 3 等这几种异构体为主的三磷酸肌 5 阴川师范大学硕士学位论文 醇( 简称为i p 3 ) 具有广泛的生理功能。i p 3 比植酸螯合钙镁离子的能力要弱得 多，但螯合过度金属离子的能力却比植酸强，故它不会造成体内的钙损失心门 引：它能消除镉、铝等在体内的副作用以及消除体内的自由基，维持细胞的 稳定性和正常的生理功能，还可用于饮料和保健食品3 3 ：它具有抗血小板凝 聚的功能：它对不同类型的炎症具有消炎作用心4 1 ：它对糖尿病也有良好的疗 效乜5 剐：它作为一种新的神经肽y ( n p y ) 拮抗剂与其他药物一起使用对心血 管、肾和大脑系统疾病具有良好的疗效阳7 28 。很多药物在给人类带来福音的 同时也会产生副作用，轻者使患者不适，重则造成难以治愈的后果。用i n s p 3 可以预防、减轻或消除一些药物的副作用引。p p 5 6 可以抑制前列腺肥大组织 的增长聆叩d 。i n s p 3 可用于防治人或者其它动物脂蛋白异常。至少一种i n s p 3 异构体可用于对肾病的防治。i n s p 3 可以阻止或减轻不同类型细胞的细胞膜损 伤，尤其是血小板和内皮细胞膜、巨噬细胞、白细胞。i n s p 3 还可以增加细胞 稳定性、减少细胞变形从而改善细胞的功能。 1 ，4 ，5 一i p 3 是生物体内的第二信使，对细胞内的信息传递起非常重要的 作用嘲3 引。 i n s ( 1 ，2 ，3 ) p 3 是细胞内的抗氧化剂，因它能与铁离子络合从而抑制 经基自由基的形成。但它并不妨碍铁离子在细胞内不同位置之间的运输。 i n s ( 1 ，2 ，3 ) p 3 亦能降低铁离子催化的酯质过氧化_ 州。体外试验表明，其 抑制铁离子催化的羟基自由基的效果与植酸接近5 | 。 肌醇( 1 ，2 ，6 ) 三磷酸( d 2 m y 0 2 i n o s i t 0 11 ，2 ，6 一t r i p h o s p h a t e 常常简 称为p p 5 6 ) 。p p 5 6 对急性和慢性两类完全不同的炎症具有明显的消炎作用， 对多种疾病具有预防、减轻和治疗效果。p p 5 6 是目前开发的非肽类n p y 受体 拮抗剂中最有前途的一个，它可以通过抑制c a “+ 内流和细胞内肌磷酸肌醇的形 成，中断n p y 受体的信息传递，从而起到抑制n p y 的作用，目前已发现p p 5 6 对 突触后膜y 1 和y 2 受体均有作用，并且这种作用具有高度的特异性，它对其它 神经肽的信息传导则无影响m 1 。p p 5 6 可以使高血压病人运动时血压上升的幅 度明显减小，初步证实了n p y 受体拮抗剂的降血压作用。p p 5 6 能够降低烧伤皮 肤中的水肿和局部性贫血7 i 。p p 5 6 具有良好的止痛作用m 1 。p p 5 6 可用于制 药来治疗逆转录病毒所致的疾病，包括对艾滋病病毒所导致的感染凹9 。p p 5 6 6 可用于预防、减轻哺乳动物器官移植时所产生的疾病如器官移植前的保存，以 及移植后的器官排斥h 0 。p p 5 6 的钙盐能有效治疗吸烟所导致的血小板聚集。 p p 5 6 用于预防、减轻和治疗骨科病，如：骨中重金属积累、骨质疏松、软骨病、 佝偻病、佩吉特氏病样的变形性骨膜炎和骨炎等“妇“? 4 3 j “引。、 ( 3 ) 五磷酸肌醇和四磷酸肌醇 i n s ( 1 ，3 ，4 ，5 ) p 4 协同i n s ( 1 ，4 ，5 ) p 3 起移动胞内储存的钙离子 作用，此外i n s ( 3 ，4 ，5 ，6 ) p 4 通过上皮细胞抑制氯离子的分泌。i s a a c k s 明等在考察鸟类红细胞代谢反应时对鸟类红细胞中的有机磷酸化合物作了细 致的研究。发现在鸵鸟红细胞中以四磷酸肌醇形式存在的有机磷，占总有机磷 量的3 5 ，五磷酸肌醇的含量大约为四磷酸肌醇的一半。这样，四磷酸肌醇、五 磷酸肌醇、与其他有机磷酸化合物，如a t p 、2 ，3 - d p g 和i p 6 等同在红细胞中调 节血红蛋白的氧亲和力 4 6 o 所有这些化合物都会引起血红蛋白的氧解离曲线 右移，相应地降低其氧亲和力，但这些化合物降低的效果有差异。在同条件下， 它们对血红蛋白氧亲和力降低能力从小到大依次为： a t p 2 3 一d p g i p 4 i p 5 i p 6 。 i p 4 可以通过填补血红蛋白两个b 亚基间空穴起着调节血红蛋白的作用， 通过氧化开环的四磷酸肌醇来修饰人血红蛋白，效果显著 4 7 3 。此外，四磷酸肌 醇对心血管细胞有保护作用，能防止血管硬化，减缓细胞的衰老。 1 5 测量植酸含量的方法发展现状 植酸有着广泛的用途和较高的经济价值，世界各国都在加大研究和开发力 度。美、吕等国已把植酸作为重要的开发产品，生产和用量每年都在增加，国 外关于植酸应用和研究开发每年都有大量的专利报道出现。随着植酸的不断开 发和应用，国内外许多分析工作者运用了多种手段对植酸的检测做了大量的研 究工作，积累了不少经验。目前有关植酸含量的检测方法主要有硝酸钍盐滴定 法、植酸铁法、测磷分光光度法、碘量法、高效液相色谱法( h p l c ) 、近红外反 射光谱法( n i r s ) 、间接原子吸收法等。 7 四川师范大学硕士学位论文 1 5 1 硝酸钍盐滴定法 硝酸钍盐滴定法又分为硝酸钍盐直接滴定法和硝酸钍盐间接接滴定法。硝 酸钍盐直接滴定法是在p h 值为1 6 - 一，3 5 的酸性介质中，硝酸钍盐中的钍离子 与植酸能形成摩尔比为2 ：1 的络合物。当用硝酸钍滴定时，指示剂二甲酚橙( x 0 ) 与过量的钍离子结合生成粉红色的络合物指示终点8 们由硝酸钍溶液的浓 度及消耗的体积计算植酸含量。 硝酸钍盐间接接滴定法口们门是在植酸中加入过量的硝酸钍，过滤分离出 植酸钍沉淀后取滤液，用e d t a 标准溶液滴定滤液中多余的钍离子至溶液由粉 红色变成亮黄色并在3 0 s 内不能转成粉红色即为终点。根据钍离子与植酸以 2 ：1 的比例络合关系及所用硝酸钍的量，经换算得植酸的含量。 1 5 2 植酸铁法 植酸铁法包括测铁分光光度分步显色法、测铁分光光度脱色法和植酸铁消 解法。 测铁分光光度分步显色法是在一定条件下，让植酸先同过量铁( i ) 发生反 应生成植酸铁沉淀，然后离心分离沉淀，再用磺基水杨酸显色法来测上层清液 中剩余f e ( i i i ) m 1 嘲1 阳3 ，通过建立吸光度浓度曲线以求得植酸的含量。 流程如图1 2 。 固 室温3 0 s5 m i n 图1 2 测铁分光光度分步显色法流程 f i g u r e l - 2t h ec o l o r a t i o np r o c e s so fs p e c t r o p h o t o m e t r i cd e t e r m i n a t i o no fi r o n 测铁分光光度脱色法是先让一定量的铁( i i i ) 与磺基水杨酸反应显色，然后 利用植酸铁的稳定性远大于磺基水杨酸铁这一特性，使后者解络，转化为稳定 的植酸铁沉淀，上清液的颜色褪色的程度与植酸的含量成正比聆5 3 。其植酸 含量根据试剂空白与样品吸收值间的差别求出。 冈 1 一 剂 图1 1 测铁分光光度脱色法流程 f i g u r e l - 3t h ed e c o l o r a t i o np r o c e s so fs p e c t r o p h o t o m e t r i cd e t e r m i n a t i o no fi r o n 植酸铁消解法是让植酸先同过量的铁( i i i ) 发生反应生成植酸铁沉淀，然后 离心分离植酸铁沉淀，反复洗涤植酸铁沉淀，将洗涤后的植酸铁加入浓硫酸置 电热板上进行消解，待消化瓶中有色烟雾消失后，再加入适量的h 2 0 ：，继续加 热5 。当消化瓶中溶液透亮时，加入适量蒸馏水煮沸2 0 m i n 。然后冷却，定 容，并用测磷分光光度法测磷，再换算得植酸含量。实验流程如图1 4 。 图1 _ 4 植酸铁消解法 f i g u r e 1 - 4t h ed i g e s t i o nm e t h o do fp h y t i ca c i di r o n 涤数次 1 5 3 测磷分光光度法 测磷分光光度法是先将植酸中的有机磷经消解转化成无机磷，无机磷与钼 酸铵作用，生成淡蓝色的磷钼酸铵，遇抗坏血酸等还原剂，产生蓝色化合物一 钼蓝，故该方法又称钼蓝比色法，利用这种蓝色做比色测定，可以测出样品中 无机磷的含量，由此经换算，即可以得出样品中植酸的含量。 9 四川师范大学硕上学位论文 1 5 4 碘量法 碘量法是先将含有植酸的样品与过量的硫酸铜反应生成植酸铜沉淀，离心 过滤，取滤液与碘化钾混合放置暗处，滤液中过量的硫酸铜与碘化钾反应析出 游离碘旧5 9 】。在暗处反应完全后加入淀粉作指示剂，用硫代硫酸钠标准溶液 滴定，滴定蓝色消失3 0s 内不褪色即为滴定终点。根据耗用硫代硫酸钠的摩 尔数，计算出实际耗用的硫酸铜溶液的摩尔数，然后经换算得植酸含量。 1 5 5 高效液相色谱法 高效液相色谱( h p l c ) 测定植酸是先将植酸样品溶液通过0 4 5um 醋酸纤 维膜过滤，用1 0ul 微量注射器吸取一定量滤液，直接注入高效液相色谱仪测 定m 1 1 6 2 3 咖。于2 5 4n m 波长处测出植酸色谱峰的面积，由植酸标准曲 线查出植酸含量。 1 。5 6 近红外反射光谱法 近红外反射光谱法在样品具有相当厚度的情况下，用近红外光照射，样品 的透射光可忽略不计，入射光主要被样品或反射被样品吸收，样品在近红外区 不同波长处便会产生相应的光密度值，其大小与样品中植酸磷含量相关，应用 相应定标软件，便可测定样品的植酸磷含量，经换算得植酸的含量汹3 。 1 5 7 间接原子吸收法 间接原子吸收法测定样品中植酸的含量是先将样品中的植酸与f e 3 + 完全反 应生成植酸铁，离心过滤，用原子吸收法测滤液中剩余f e 3 + 的量，以j j n a 铁的 量减去滤液中的含铁量即为植酸沉淀铁的量，再结合植酸与铁离子的定量络合 比，经换算得植酸的含量1 1 5 8 其它方法 除了上述方法，植酸含量的检测方法还有3 1 p 一核磁共振( n m r ) 法、毛细管等 速电泳法删3 、高效离子色谱法( h p i c ) 啪3 、高效薄层色谱法( h p t l c ) 等。 1 0 1 5 9 测定植酸含量主要存在的问题 目前有关植酸的检测方法较多，但国家尚无统一的标准。对于各种检测方 法的优缺点和适用条件等缺乏比较与评价，这给在实际生产和科研过程中结合 所处的环境和资源如何快速、准确地选择恰当检测方法带来困难口1 3 7 2 1 。 1 。6 课题研究 1 6 1 课题研究目的及意义 综上所述，制备植酸的工艺成熟。原材料来源于天然、广泛易得、具有可 再生性的特点。再加上植酸独特的生理功能和化学性质，己广泛应用于食品、 医药、日用化工、金属加工、纺织业、燃料业、水果保鲜和环保等行业。近年 来，随着人们环保意识和追求绿色天然产品的理念不断增强，研发领域不断拓 宽，植酸除直接利用外，现己转化为开发其水解产物及其衍生物的利用。植酸 的水解产物具有独特的生理功能，在医学上有重要的用途。然而，目前植酸水 解产物的制备相当困难，市面上以商品形式供应的植酸水解产物价格极其昂 贵，这给植酸水解产物的利用前景造成了很大的限制。因而对植酸水解及其产 物的分离进行系统研究，类似的研究工作还未见报道，为以植酸原材料水解制 备各种磷酸肌醇提供理论和技术参考。 在植酸的生产和研究过程中，经常需要检测植酸的含量。植酸既无特定吸 收波长，又无特征反应，这给植酸的检测分析带来了较大的闲难硌j 。随着植酸 的不断开发和应用，国内外许多分析工作者运用了多种手段对植酸的检测做了 大量的研究工作，积累了不少经验。目前，测定植酸的方法有多种，但不同国 家和地区尚无统一检测植酸含量的方法。在生产研究过程中，结合实际的生产 和研究需要，选择恰当的测量方法，是一个重要的环节。由于植酸的分析方法 很多，且各种检测方法都有自己的优缺点，测定误差也各不相同，在测定同一样 品时结果有可能不一致，甚至相差很大，而有些方法本身测定结果的重现性就 不好，这给在生产和科研过程中如快速、准确的选择合适检测植酸含量的方法 带来困难。因此，对测量植酸含量的主要几种方法的比较与分析，对实际生产 和科研中选择合适的测量方法具有参考和指导意义。 四川师范大学硕士学位论文 1 6 2 课题研究的主要内容 ( 1 ) 测量植酸含量的几种方法的比较与评价。 ( 2 ) 环境条件对植酸水解产物和水解磷率的影响。 ( 3 ) 植酸水解产物的分离方法。 1 2 2 测定植酸含量的几种方法的比较与评价 目前有关植酸含量的测量方法较多，但未对其进行一个明确的归类，在此 根据分析所需含量高低的多少可分为常量分析法、微量分析法和痕量分析法。 常量分析法主要有：硝酸钍盐滴定法、硝酸钍盐间接滴定法和硫酸铜碘量法等； 微量分析法主要测植酸铁法、测磷分光光度法等；痕量分析- 丰要有高效液相色 谱法、毛细管等速电泳法、3 1 p 一核磁共振等。 植酸的常、微量测定常常是将样品中的植酸经预处理转化为无机磷p o 。3 或利用植酸中的磷酸基团与金属离子络合来测定。本章对测磷分光光度法对样 品的处理进行了改进。将改进后的测磷分光光度法与测铁分光光度显色法、硝 酸钍盐滴定法和硝酸钍盐间接滴定法四种常见测量方法的优缺点进行了比较 与评价，为生产和科研过程中选择合适的测量方法提供参考和指导。 2 1 化学试剂与仪器 植酸( g r ) ，淮南天力生物工程开发有限公司 1 3 明川1 师范大学硕十学位论文 硫酸( a r ) ，成都科龙化工试剂厂 高氯酸( a r ) ，成都科龙化工试剂厂 硝酸( a r ) ，成都科龙化工试剂厂 盐酸( a r ) ，成都科龙化工试剂厂 氢氧化钠( a r ) ，成都科龙化工试剂厂 二甲酚橙( a r ) ，成都科龙化工试剂厂 硝酸钍( a r ) ，成都科龙化工试剂厂 磷酸二氢钾( a r ) ，成都科龙化工试剂厂 钼酸铵( a r ) ，成都科龙化工试剂厂 抗坏血酸( a r ) ，成都科龙化工试剂厂 三氯化铁( a r ) ，成都科龙化工试剂厂 磺基水杨酸( a r ) ，成都科龙化工试剂厂 乙二胺四乙酸二钠盐( a r ) ，成都科龙化工试剂厂 d f 一1 0 1 b 集热式恒温磁力搅拌器 m p 2 2 一l 电子天平：感量0 0 0 0 1 9 可见光分光光度计离心机 2 2 实验方法 2 2 1 测磷分光度法 ( 1 ) 样品的预处理方法改进 取2 0 0 m l l 0 3 的植酸，按照文献将样品预处理消解条件：加入1 0 0m 1 硫酸，加热至完全灰化，冷却后再加过氧化氢至无色透明，继续加热1 5 m i n 。 用此方法处理的样品所得值重复性和准确度都较差。为此，根据消解的原理对 预处理条件改进，通过测量不同硝酸和高氯酸用量比例下对相同样品消解后的 吸光度测量。确定了如下预处理条件：取2 0 0 m l l 0 3 的植酸放入2 5 0m l 锥 形瓶中，加入2 5m l 蒸馏水，加入1 0 0 m l 硝酸，加入几粒沸石，在电热板上 加热浓缩至1 0 m l 。冷却后加入2 0 0 m l 硝酸，加热浓缩至1 0 m l 。放冷后再加入 1 0 0 m l 的高氯酸，加热至冒白烟时，可在锥形瓶上加小漏斗或调节电热板温 度，使消解液在锥形瓶内壁保持回流状态，直至剩下3 - - - 4 m l ，用润湿的滤纸 1 4 放到锥形瓶口上方检验高氯酸是否跑完，若滤纸变色，则表示消解液中还有高 氯酸，放冷加入l o m l 蒸馏水继续消解，直至剩下3 4 m l 检测到高氯酸跑完为 此。若滤纸不变色，消解完成。把消解好的溶液放冷，加入1 0 m l 的水，加1 2 滴酚酞，滴加i o n a o h 溶液至刚呈微红，再滴加l m o l l 硫酸溶液使微红刚 好褪去，充分混匀，移至1 0 0 m l 容量瓶中，稀释至标线。 ( 2 ) 磷标准曲线的绘制与样品的测量 按国标法绘制磷标准曲线，所测得的实验数据见表2 一l 。 表2 1 标准曲线数据 t a bie2 - 1t h ed a t ao fs t a n d a r dc u r v e 以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标绘制磷标准曲线，如图2 1 。 c m g l m l 图2 - 1 磷标准曲线 f i g u r e 2 - it h es t a n d a r dc u r v eo fp h o s p h o r u s 分别取2 o o m l1 0 3 的植酸溶液放入已编好号的锥形瓶中，按改进后的 方法对其进行预处理，将预处理好的样品用测磷分光光度法按标准曲线的步骤 进行显色和测量其吸光度，同时以蒸馏水做6 个空白样并按标准曲线的步骤进 四川师范大学硕士学位论文 行显色和测量空白样的吸光度。所测吸光度数据记录见表2 2 ；空白样所测 数据记录见表2 3 。 表2 q试样吸光度数据