（化学工程专业论文）磷脂酶Alt1gt催化水解大豆浓缩磷脂的研究.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 磷脂是构成细胞膜的主要成分之一，是重要的生命基础物质。磷脂又是一种天然两 性表面活性剂。由于其表面活性和生理活性，磷脂广泛应用于食品、医药、化妆品、农 业等领域。随着油脂科学、病理学、药理学、营养学等科学的发展，磷脂的改性受到越 来越多的关注，其中又以反应条件温和，副产物少，酶作用部位准确的酶法改性磷脂最 具意义和发展潜力。 本文以大豆浓缩磷脂为原料，以磷脂酶a 。为酶试剂对大豆浓缩磷脂进行水解改性研 究。对磷脂酶a 。水解大豆浓缩磷脂的反应体系进行了选择。研究发现，均质转速的不同， 水解效果差别显著；非静置反应条件下比静置反应条件下，磷脂水解效果显著提高；有 机溶剂存在条件下，反应速率较快，水解产物酸值比水相反应条件下略高，水相反应条 件下同样可以达到较好的水解效果，流程简化且产物安全性好；随着钙离子浓度的增加， 酸值逐渐减小，磷脂酶a 。没有表现出对钙离子浓度的依赖性。确定了磷脂酶a ，催化水解 大豆浓缩磷脂的反应体系为：均质转速1 0 0 0 r m i n ，不添加钙离子的非静置水相反应体 系。 通过单因素实验，研究了加酶量，底物比( v w ) ，反应温度，反应时间对磷脂水 解的影响。确定了加酶量4 0 0 6 0 0 p l ，底物比1 0 - - 一1 4 ，反应温度3 5 4 5 ，反应时间 9 1 1 h 的范围内，水解效果较好，产物酸值较高。 在单因素实验基础上，基于响应面分析法，以酸值为磷脂水解的响应指标，采用 b o x - b e h n k e n 中心组合实验设计，建立的二次回归方程为：a v = 1 2 7 1 + 1 9 7 5 x 。- b 2 0 7 5 x ： + 0 8 0 8 3 3 4 x 。+ 1 3 7 5 x 一1 0 9 1 6 7 x 。2 4 7 9 1 6 6 x 2 2 5 2 6 6 6 7 x 3 2 2 0 4 1 6 6 池24 - 0 4 4 9 9 8 9 x 。x 。+ 0 6 9 9 9 9 8 x 。x 3 一o 12 5 x 。) ( 4 + 0 2 9 9 9 9 8 x 。x 3 一o 8 2 4 9 9 9 x 。墨- - 0 2 7 5 0 0 3 x 3 ) 【4 。 分析结果显示底物比和反应温度对酸值的影响最为显著，因素影响显著性顺序：底物比 反应温度 反应时间 加酶量。研究了任意两因素的交互作用对磷脂水解的影响。实验 范围内得到最佳的工艺条件是：加酶量5 9 0 p i ，底物比1 2 4 ，反应温度4 0 4 ，反应时 间1 0 3 h ，此时预测值为1 2 8 9m g k o h g ，该条件下验证实验得到的酸值为1 2 8 5 m g k o h g ，与预测值拟合较好，该回归方程为磷脂酶a 。水解大豆浓缩磷脂提供了一个合 适的模型。 关键词：磷脂；磷脂酶a 。；水解；酸值；响应面 磷脂酶al 催化水解大豆浓缩磷脂的研究 p h o s p h o l i p a s ea l c a t a l y z e dh y d r o l y s i so fs o y b e a np h o s p h o l i p i d s a b s t r a c t p h o s p h o l i p i d sa r ei n t e g r a lc o m p o n e n t so fb i o m e m b r a n e s i n t e n s i v es t u d i e sh a v es h o w n t h a tf u n c t i o n so fp h o s p h o l i p i d sa r em u l t i f o l d ，u b i q u i t o u sa n df u n d a m e n t a lf o rl i f e b e i n g n a t u r a ls u r f a c t a n t so fa m p h i p h i l i cm o l e c u l e sa n dp h y s i o l o g i c a lf u n c t i o n s ，c o m m e r c i a l p h o s p h o l i p i d sa r ew i d e l yu s e di nf o o d s ，p h a r m a c e u t i c a l ，c o s m e t i c ，a g r i c u l t u r ea n do t h e r i n d u s t r i a l f i e l d s r a p i dp r o g r e s s i n l i p i db i o c h e m i s t r y ，p a t h o l o g y ，p h a r m a c o l o g y a n d n u t r i o l o g yh a sb r o u g h tm o r ea n dm o r ea t t e n t i o nt op h o s p h o l i p i d sm o d i f i c a t i o n i ti sb e l i e v e d t h a te n z y m a t i cm o d i f i c a t i o no fp h o s p h o l i p i d sw i l lb eap o t e n t i a la n dp r o m i s i n gc h o i c e b e c a u s eo fi t su n i q u ea d v a n t a g e ss u c ha sm o r es p e c i f i cr e a c t i o n , m i l d e rr e a c t i o nc o n d i t i o n ， l e s sb y p r o d u c t sa n dl e s se n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n p r e p a r a t i o no fl y s o p h o s p h o l i p i d sb yp h o s p h o l i p a s ea 1 c a t a l y z e dh y d r o l y s i so fs o y b e a n p h o s p h o l i p i d sw a si n v e s t i g a t e d r e a c t i o ns y s t e mw a si n v e s t i g a t e di n c l u d i n gh o m o g e n i z i n g r a t e s t i l l n e s so rn o n s t i l l n e s s ，a q u e o u sp h a s eo rn h e x a n ea n dc a pc o n c e n t r a t i o n i tw a s f o u n dt h a ta c i dv a l u ew a sr e m a r k a b l yd i f f e r e n tw i t hd i f f e r e n th o m o g e n i z i n gr a t e ；a c i dv a l u e i n c r e a s e do b v i o u s l yi nn o n s t i l l n e s ss y s t e mc o m p a r ew i t hs t i l l n e s ss y s t e m ；r e a c t i o nr a t ew a s f a s t e ra n da c i dv a l u ew a sal i t t l eh i g h e ri nn - h e x a n e ，b u ts i m p l et e c h n i c sa n ds a f ep r o d u c tw a s o b t a i n e dw i t has a t i s f y i n ga c i dv a l u ei na q u e o u sp h a s e ；p h o s p h o l i p a s ea 1w a si n d e p e n d e n to f c a 2 + 、i t hh i g h e rc a 2 + c o n c e n t r a t i o nr e s u l t e di nl o w e ra c i dv a l u e r e a c t i o ns y s t e mw a sc h o s e a sh o m o g e n i z i n gr a t el0 0 0 p r m n o n s t i l l n e s sa n da q u e o u sp h a s ew i t h o mc a p e f f e c t so fe n z y m ed o s a g e ，s u b s t r a t er a t i o ( w a t e r p h o s p h o l i p i d s ，m v g ) ，r e a c t i o n t e m p e r a t u r ea n dr e a c t i o nt i m eo na c i dv a l u ew e r ei n v e s t i g a t e di ns i n g l ef a c t o re x p e r i m e n t s a t i s f y i n ga c i dv a l u ew a so b t a i n e du n d e re n z y m ed o s a g e4 0 0 - 6 0 0 k t l ，s u b s t r a t er a t i o 10 - 14 ， r e a c t i o nt e m p e r a t u r e3 5 4 0 c ，r e a c t i o nt i m e9 - 1 l h 。 p h o s p h o l i p a s ea l c a t a l y z e dh y d r o l y s i so fs o y b e a np h o s p h o l i p i d sw a so p t i m i z e du s i n g r e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g y 、析mr e s p o n s eo f a c i dv a l u eb a s e do ns i n g l ef a c t o re x p e r i m e n t at h r e e 1 e v e lf o u r - f a c t o rb o x b e h n k e nd e s i g nw a sa d o p t e d t h es e c o n d - o r d e rr e g r e s s i o n m o d e lw a s ：a v = 1 2 7 1 + 1 9 7 5 x 1 + 2 0 7 5 x 2 + 0 8 0 8 3 3 4 x 3 + 1 3 7 5 x 4 1 0 9 1 6 7 x 1 二一 4 7 9 16 6 x 2 2 5 2 6 6 6 7 x 3 z 一2 0 416 6 x 4 z + 0 4 4 9 9 8 9 x l x 2 + 0 6 9 9 9 9 8 x l x 3 0 12 5 x i x 4 + 0 2 9 9 9 9 8 x 2 x 3 0 8 2 4 9 9 9 x 2 x 4 - - 0 2 7 5 0 0 3 x 3 x 4 s u b s t r a t er a t i oa n dr e a c t i o nt e m p e r a t u r e w e r et h em o s tr e m a r k a b l ef a c t o r s h y d r o l y s i sw a si n f l u e n c e db yt h e s ef a c t o r si nt h ef o l l o w i n g o r d e r ：s u b s t r a t er a t i o r e a c t i o nt e m p e r a t u r e r e a c t i o nt i m e e n z y m ed o s a g e t h ei n t e r a c t i o no f 大连理工大学硕士学位论文 e v e r yt w of a c t o r so na c i dv a l u ew a sa l s oi n v e s t i g a t e d o p t i m a lc o n d i t i o n sw e r er e c o m m e n d e d a se n z y m ed o s a g e5 9 0 a l ，s u b s t r a t er a t i o12 4 ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r e4 0 4 ，a n dr e a c t i o nt i m e lo 3 h a tt h e s ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s ，t h ee s t i m a t e da c i dv a l u eo fp r o d u c tw a s12 8 9 m g k o h g a c i dv a l u eo f12 8 5m g k o h gw a so b t a i n e du n d e rt h e s ec o n d i t i o n si nv a l i d a t i o n e x p e r i m e n tw h i c hp r o v e dt h a tt h em o d e lf i t t e dp h o s p h o l i p a s ea 1 - c a t a l y z e dh y d r o l y s i so f s o y b e a np h o s p h o l i p i d sw e l l k e yw o r d s ：p h o s p h o l i p i d s ；p h o s p h o l i p a s ea i ；h y d r o l y s i s ；a c i dv a l u e ；r s m 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名一日期： 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位 论文版权使用规定 ，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送 交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理 工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也 可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者虢易伤作者签名：型l 导师签名：二主蕴边差l 。 噬篁年月上日 大连理工大学硕士学位论文 引言 在人们追崇天然、回归自然的今天，天然磷脂的价值越来越受到关注。磷脂是构成 细胞膜的主要成分之一，在细胞膜上同时还是众多信息分子前体的贮备形式，在身体机 能的调控中有重要的作用。早在1 8 8 4 年，磷脂就被称为“所有原生质植物和动物的活 性中心 。美国食品及营养委员会推荐磷脂为人体每天应补充的营养素。磷脂最重要 的特性是具有两亲的分子结构，它是一种两性表面活性剂，具有乳化、润湿、分散等功 能，磷脂来源于动植物体，无刺激、无毒副作用、安全性能高、易生物降解、配伍性能 好，是未来表面活性剂的发展方向。磷脂自身的特点使得它在食品、医药、化妆品、涂 料、造纸、皮革。农业等领域应用广泛。随着生物学、油脂科学、临床医学、药理学、 营养健康学等学科的发展，人们对磷脂的结构、性能、功效和生理生化作用的认识逐步 深化，其良好的表面活性和特殊生理活性引起人们越来越多的关注，特别是改性磷脂成 为国内外研究的热点。 磷脂的改性方法概括起来有三种：物理改性，化学改性，酶改性。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。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，如乙酰化、羟基化、酰羟化、氢化、 磺化等。化学改性可以提高磷脂的表面活性，但破坏了磷脂的天然结构，安全性不好， 不符合有些国家的食品法标准，故应用受限。酶法改性是磷脂在磷脂酶的作用下发生水 解、酯化、酰基转移、酯交换等反应，从而得到新的磷脂种类即改性磷脂。用于磷脂改 性的酶有专一性较宽的酯酶和磷酸酯酶，但最有意义的是专一性较强的磷脂酶，包括磷 脂酶a 。、磷脂酶a 。、磷脂酶c 、磷脂酶d 等。其中水解改性是磷脂酶催化水解磷脂失去 一分子脂肪酸，得到溶血磷脂。酶改性具有反应物不需纯化、反应条件温和、速度快、 进行完全、副产物少、酶制剂作用部位准确、来源方便等特点。国外学者h a r a 、h a a s 、 v i k b j e r g 等，国内的王兴国、谷克仁、裘爱泳等都对磷脂的改性进行了研究，并取得了 显著的成果。 磷脂酶催化水解磷脂是一个界面反应，磷脂分散在水中，形成双层胶束，胶束与水的 界面就是酶反应的点，反应界面的大小直接影响到反应速度和水解程度。磷脂酶作用体 系可以分为有机相反应体系和水相反应体系两类。有机溶剂的存在改善了反应体系的粘 度和分散性，加速反应进行。水相反应则不添加有机溶剂，产物安全性好，节约成本且 简化了工艺流程。根据反应器的不同和实际需要又分为静置和非静置反应体系。钙离子 磷脂酶a l 催化水解大豆浓缩磷脂的研究 常常作为磷脂酶不可缺少的辅助因子参与到酶法改性之中，国内外的研究显示钙离子的 添加量对磷脂酶a 2 的活性影响显著。由于酶源所限，对磷脂酶a 。应用于酶法改性的研究 较少，随着现代生物学、酶学、微生物学等学科的发展，逐步实现了磷脂酶a t 的商品化。 磷脂酶a 。在对磷脂改性制备溶血磷脂和结构化磷脂方面定将有着广阔的应用前景。 溶血磷脂是磷脂酶水解磷脂得到的产物，其特殊的生理活性在临床医学、病理学、 药理学、营养健康学等方面有着巨大的应用价值，受到人们越来越多的关注。本文采用 磷脂酶a 。在水相非静置的体系下，不添加钙离子，水解大豆浓缩磷脂制备溶血磷脂，以 产物酸值来考察磷脂水解的程度。利用m o d d e6 0 ( u m e t r i c sa b ，u m e a ，s w e d e n ) 实验设 计与分析软件，采用b o x - b e h n k e n 中心组合设计和响应面分析法可以迅速、可靠、简 易地进行优化实验的安排和数据分析，分析了影响水解程度的因素并建立了解释磷脂酶 a 。水解大豆浓缩磷脂酸值变化的模型，确定最佳的实验操作条件，在磷脂酶a ，催化水解 大豆浓缩磷脂优化中取得了良好的效果，让我们能深入、透彻地分析各因素对水解过程 的影响，为进一步研究酶法改性磷脂和工业化生产实践提供了数据支持，期望对磷脂改 性领域未来的发展有所帮助。 大连理工大学硕士学位论文 1文献综述 1 1磷脂简介 磷脂( p h o s p h o l i p i d s ) 最早由u a u q u e l i n 于1 8 1 2 年从人脑中发现，又由g o b l e y 于1 8 4 4 年从蛋黄中分离出来，并于1 8 5 0 年按希腊文l e k i t h o s ( 蛋黄) 命名为l e c i t h i n ( 卵磷脂) 。 有关磷脂的研究，于2 0 世纪3 0 年代始于德国，2 0 世纪6 0 年代以来在发达国家已 实现工业化，广泛应用于食品、医药、化妆品和工业助剂领域。随着生物学、油脂科学、 临床医学、药理学、营养健康学等学科的发展，人们对磷脂的结构、性能、功效和生理、 生化作用的认识逐步深化，使大豆磷脂作为营养保健食品流行于国外口1 。 2 0 世纪9 0 年代以来，磷脂的研究在生命科学和脑科学领域已经取得了显著的成效。 磷脂以其对人体的全面生理功能风靡全球，掀起了国际磷脂保健新潮流。磷脂作为日常 营养补助品已经深得人心，并有着“血管的清道夫”、“细胞的保护神 等美誉n 1 。美 国称大豆磷脂是近五十年来开发的最重要的营养补品。在日本磷脂被称为“脑黄金 。 联合国粮农组织和世界卫生组织把磷脂列为“重要的营养补助品和“九大长寿食品之 一”。1 9 9 7 年5 月在美国s e a t t l e 举行的磷脂国际会议上，美国食品及营养委员会推 荐磷脂为人体每天应补充的营养素口1 。 1 1 1 磷脂的结构组成 磷脂是含磷酸根的单脂衍生物，属天然元素有机化合物。按其分子结构组成可分为 神经醇磷脂和甘油醇磷脂两大类h 1 。在植物的种子、动物血液和脏器、蛋黄及细菌中与 油脂并存，是构成细胞基本结构的必需物质。对于维持细胞的通透性和细胞内氧的传递 起重要作用，也是生命的基础物质之一口1 。 甘油醇磷脂是脂肪酸、甘油和磷酸等化合物的衍生物，甘油醇磷脂也叫磷脂酰甘油 酯。按其分子中的磷基团处于丙三醇的卜和2 一位可分为a 一和b 一磷脂。自然界中存在 的磷脂为l q 一型，( 式r 2 c o 基处在甘油碳链的左边为l 型) ，其通式如图1 1 所示。 式中r 、r 2 为碳数1 4 - 一1 8 的饱和脂肪酸或不饱和脂肪酸，如油酸、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。表1 1 口1 为大豆磷脂脂肪酸组成。根据结构式中x 的不同，磷脂又分为多种，其中 常见的磷脂见表1 2 。从甘油醇磷脂结构可看出，磷酸可位于丙三醇卜和2 一位，并分别 称为q 一和b 一磷脂，同时磷脂构型也有l 型和d 型之分，但研究发现自然界存在磷脂大 多为l q 一磷脂，即r 2 c o 基处于甘油链左边为l 型。生物体中的磷脂或工业用磷脂都是 磷脂酶a l 催化水解大豆浓缩磷脂的研究 多种磷脂的混和物，主要组分为：磷脂酰胆碱( p c ) 、磷脂酰乙醇胺( p e ) 、磷脂酰肌醇( p i ) 等，此外还含有鞘磷脂、甘油三酯、游离脂肪酸和糖类化合物等。 o i l r 2 c o 图1 1 甘油醇磷脂化学结构式 f 远1 1c h e m i c a ls t r u c t u r eo fg l y c e r o p h o s p h o l i p i d 溶血磷脂是磷脂水解失去一个脂肪酰基得到的产物1 。结构式如图1 2 所示。与天 然磷脂相比，溶血磷脂保留了两亲的分子结构，减少了非极性基团和易氧化的不饱和双 键结构，从而大大提高了其亲水性和稳定性，使其在高温、低p h 、高离子浓度环境下都 具有优良的乳化性和稳定性，同时溶血磷脂还具有渗透、溶血和药物亲和等特性，在医 药、食品、精细化工等方面具有重要的应用价值口1 。溶血磷脂具有广谱的抗菌性能。真 菌类，特别是耐热的子囊真菌容易引起食品腐败，这类问题可以在杀菌前加入微量溶血 磷脂而得到明显改善。更多的食品中应用含溶血磷脂的添加剂作为食品的表面抗菌涂层， 以延长食品的货架期。用含6 - 2 5 碱金属盐、碱土金属盐和无机铵盐，0 0 1 一3 0 0 溶血 磷脂制成抗菌化合物储藏性能稳定，可用于提高食品、卫生用品和化妆品的储藏性能旧1 。 现在，商品磷脂主要来源于大豆，它含有o 3 o 6 的磷脂，大豆磷脂中各组分 含量随地区的差异而有所不同口1 。 h o 一 图1 2 溶血磷脂化学结构式 f i g 1 2c h e m i c a ls t r u c t u r eo fl y s o p h o s p h o l i p i d 一。_ t 。一一 一 一 一 。一洲 。- 一 一 一 一 大连理工大学硕士学位论文 表1 1 大豆磷脂脂肪酸组成 t a b l e 1 1t h ec o m p o s i n go fs o y b e a np h o s p h o l i p i d sf a t t ya c i d 表1 2 常见磷脂x 基团及名称 t a b l e 1 2t h ed i f f e r e n tx g r o u po fp h o s p h o l i p i d s 1 1 2 磷脂的性质 ( 1 ) 磷脂的物理化学性质 纯净的磷脂是无色无味，在常温下为白色的固体物质，在低温下可结晶。往往依加 工制取方法、储存条件等不同呈乳白、浅黄和棕色。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 c 以上即氧化，直至分解，2 8 0 时生成黑色沉淀嘲。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。 。磷脂酶a l 催化水解大豆浓缩磷脂的研究 磷脂不易溶于水，但易吸水，吸水膨胀为胶体。磷脂可溶于脂肪烃、芳香烃、卤化 烃类有机溶剂，如乙醚、苯、三氯甲烷、石油醚等。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提纯的理论基础。磷脂均不溶或难溶于丙酮， 故称丙酮不溶物。 磷脂分子中，存在磷酸根与氨基醇亲水基团和碳氢键疏水基团，能使水油两个不相 溶的液相形成稳定的胶体，它使磷脂在两相形成一个界面层，由于该界面层的存在而降 低了油水两相之间的界面张力。另外，磷脂存在于油脂中具有明显的亲水胶体性，当它 与适量的水相混合时，磷脂即从油脂中分离出，特别是在p h 值大于8 时呈微碱性的热 水中更易吸水膨胀，直至生成胶体溶液。磷脂的这种吸水膨胀产生乳化胶体的特性，是 它从毛油中制取和广泛应用的基础。 磷脂在接触空气或在光照条件下，极不稳定，易氧化酸败而变质1 们。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。由于磷脂分子结构中存在着酯键，磷脂与酸、碱、酶作用可发生水解，得到 各自不同的水解产物。如卵磷脂水解得到脂肪酸磷脂甘油和胆碱，磷脂甘油在生物体内 通过磷酸脂酶水解，释放出胆碱，产生磷脂酸。用醋酸酐或乙酸乙脂等酰化剂可使脑磷 脂中的胺基酰化，酰化后可使乳液稳定性增强。以含羟基的化合物为羟化剂，可使脑磷 脂中的羟基化。在酸、酮或醛存在的条件下，用二氧化硫使磷脂磺化，产物具有抗酸碱 的沉淀作用。在酸、镍、过氧化氢等催化剂的作用下，磷脂中不饱和脂肪酸可与双氧水 等发生加成反应，使磷脂饱和。此外，大豆磷脂还可与c d 、p t 、h g 的氯化物及c a 2 + 、m 9 2 + 等金属离子发生反应，生成相应的络合产物眩1 。 磷脂的化学性质主要有凝聚作用、皂化反应、水解反应、氢化作用、硫化作用及氧 化反应、络合作用、两电性等u 。 ( 2 ) 磷脂的表面活性 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，具有乳化、 润湿、分散、抗氧、增溶、黏着等功能，同时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n 引。磷脂来源于动植物体，无刺激、无毒副 作用、安全性能高、易生物降解、配伍性能好，是未来表面活性剂的发展方向。 磷脂作为一种两性分子具有亲油性和亲水性，可以大大降低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。其在油水体系中添加量为水油混合液的 o 0 5 0 1 时，即具有明显的乳化作用。磷脂中各组分含量的多少对其乳化性质有 大连理工大学硕士学位论文 一定影响，如p c 含量高，有利于形成o w 型乳化体系，而p i 含量高则有利于形成w o 型乳化液u 1 。 ( 3 ) 磷脂的生理活性 磷脂是构成细胞膜的主要成分之一，在细胞膜上同时还是众多信息分子前体的贮备 形式，在身体机能的调控中有重要的作用 1 , 1 3 o 这些信息分子有些还是许多疾病形成过 程中的重要化学介质。因此，早在1 8 8 4 年，磷脂就被称为“所有原生质植物和动物的 活性中心 。已经知道几乎所有的细胞中都有磷脂存在，它起着构成生物结构及具有功 能作用。在生物体内，磷脂在酶的作用下进行有选择性的水解，不同的酶可以水解不同 的酯键，从而得到不同的产物，供给生物体不同的需要h 3 。 磷脂有明显的促进巨噬细胞吞噬功能、乳化分解油脂作用，防止血液中血脂和胆固 醇含量过高，可增进血液循环，改善血清脂质，清除过氧化物，使血液中胆固醇及中性 脂肪含量降低，从而降低血液粘度。磷脂可以增强纤毛运动、肌肉运动，加速表面愈合， 增强胰岛素功能、骨细胞功能及神经细胞功能。磷脂中还含有维生素k ，可加速血液凝 固，可调节和增进血小板底发育，增加血小板的数量。神经醇磷脂能有效地降低皮肤水 分丢失，提高皮肤角质层地水分含量，维持皮肤正常地渗透屏障n 1 屯1 5 3 。 细胞膜上的磷脂主要是甘油磷脂，其它还存在少量鞘磷脂。其中磷脂酰胆碱在高等 生物的生物膜及动物组织中含量最丰富，磷脂酰乙醇胺是含量第二的磷脂，p i 的含量虽 然最小，但它是细胞的信息分子。人体内保持有足够量的磷脂，是正常生理代谢和健康 的必要保证。细胞是组成人体的基本单元，而对细胞的功能有着重要作用的细胞膜其骨 架就是由磷脂构成的。磷脂使细胞具有流动性，对维持细胞功能具有重要意义。 磷脂是花生四烯酸供应源。花生四烯酸属于- 6 系列必需脂肪酸，与维护细胞膜生 物学功能密切相关，同时也是内因性细胞调节因子之前体，具有降低血清胆固醇、保护 肝脏、抑止癌细胞等功能。大豆磷脂含有一定量d h a 等不饱和脂肪酸，因此可为肝病患 者、婴幼儿等提供所需的花生四烯酸“明。 磷脂通过对神经系统、心血管系统、免疫系统和贮存与运输脂类器官等产生治疗和 保护作用，使其在人体的健康和疾病防止方面具有重要作用。 1 1 3 磷脂的应用 磷脂作为乳化剂，具有脱膜、分散、润湿、消泡、稀释等作用，已在食品、医药、 化妆品、农业等行业得到广泛的应用。 磷脂酶a l 催化水解大豆浓缩磷脂的研究 ( 1 ) 磷脂在食品中的应用n 3 1 l 墙1 由于磷脂具有乳化、润湿、分散、速溶、防溅、胶体性、抗氧化性、及生理特性， 使它广泛应用于巧克力与糖果产品、人造奶油、焙烤食品等食品行业。磷脂的多功能性 和天然性使它称为理想的食品添加剂。磷脂添加于食品中不仅起乳化、润湿、脱模等作 用，而且还能与淀粉和蛋白质结合，改善食品的纹理结构，并在食品中起营养剂的作用。 既提高了食品的质量，改善了食品的口感，延长了货价保鲜期，还增加了食品的营养成 分。 表1 3 磷脂在食品行业中的应用 t a b l e 1 3a p p l i c a t i o n so fp h o s p h o l i p i d si ne d i b l ei n d u s t r y 应用领域功能应用领域功能 人造奶油中防溅剂和乳化剂 窒竺童塞李胶层、玩姜呈雾矗凳差墓i 霁 赏动物食品 芜荔“。“一”9 “” 巧克力、糖果 曩型蔷薯蚤降低发粘 乳制品 羹嘉翥孟霎翥剂、防 速溶食品乳化剂和润湿剂 烘焙食品 袭靠剂润湿剂和脱 天然乳酪和人造乳酪乳化剂和脱模剂 作为乳化剂，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。酶法改性得到的溶血磷脂不仅乳化性好，且增强了乳化剂的耐酸 ( p h 值为5 9 时都能保持良好的乳化性) 、耐热( p h 值为5 - - - - 7 时，8 0 保持4 小时 乳化稳定性不受影响) 、耐盐( p h 值为5 7 时，加入0 1 的n a c l 其乳化稳定性不变) 性能。所以它可以用到其他磷脂产品不能应用的产品上。由于改性磷脂比天然磷脂具有 更好的亲水能力，改性磷脂常用作o w 型乳浊液( 如奶、色拉调味汁、蛋黄酱、冰激凌) 的乳化剂。例如在冰激凌生产中，改性磷脂能够控制冷冻时脂肪乳浊液的不稳定性，使 脂肪小球体紧密的结合在一起，使产品具有稳定的质地结构、体积和干稀度。磷脂还用 大连理工大学硕士学位论文 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，可添加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 润湿和分散与液体中。大豆磷脂在食品中的作用可归纳为表1 3 所示。 ( 2 ) 磷脂在医疗保健上的应用 磷脂用于医疗保健，是近年来迅速发展的领域。国际磷脂学会主席、药物学专家伊 斯雷尔哈宁曾指出：“食用磷脂可以改善老年人的记忆力和老化的脑细胞活力，特别 是正在发育生长的儿童效果更佳n 1 。磷脂特别是卵磷脂作为人体保健品和药用品的研究， 越来越受到营养学、药物学、医学专家的重视。日本有人称磷脂是基于现代医学、药学、 营养学知识产生出来的，是人体内生化反应过程中最能发挥有效作用的物质。 磷脂为人体提供必需脂肪酸及胆碱来源：大豆磷脂的脂肪酸组成中不饱和脂肪酸占 8 0 以上，其中人体必需脂肪酸亚油酸和亚麻酸占6 0 左右，而膳食脂肪主要仅是提供 脂肪酸来源n9 制。人体从磷脂中消化吸收多不饱和脂肪酸的速度大于从甘油三酯中吸收 的速度，而且结合在磷脂中的多不饱和脂肪酸氧化稳定性好心u 。 磷脂能够调节代谢、增强体能。磷脂能有效地增强细胞功能，提高细胞的代谢能力， 增强细胞消除过氧化脂质的能力，及时供给人体所需能量。这就是人体食用磷脂后会明 显感觉到精力充沛、身体轻松、不易疲劳的主要原因。 磷脂可以健脑、补脑、增强智商、提高记忆力。在神经系统中，构成中枢神经系统 神经传递质的胆碱类化合物是乙酰胆碱，各种神经细胞之间的信息传递是由它来实现 的。乙酰胆碱可由卵磷脂中胆碱成分在体内有关酶的作用下而得到。卵磷脂可提高大脑 中乙酰胆碱的浓度，乙酰胆碱起着兴奋大脑神经细胞的作用。所以，当大脑中乙酰胆碱 含量增加时，大脑神经之间的传递加快，记忆力功能得以增强，大脑活力也明显增高。 大剂量的卵磷脂可改善老年人的记忆力和老化的脑细胞的活力，特别是对正在生长发育 的儿童效果更佳n 9 2 | 。磷脂对血清脂质可以起到调节作用，调节血清脂质水平意味着能 降低胆固醇水平，保护肝脏，也能改善记忆力，加强免疫力，及抗脂肪肝的活力嘲。 磷脂可以作为药物的活性成分用于治疗高胆固醇、动脉硬化等疾病。磷脂具有良好 的乳化特性，能阻止胆固醇在血管内壁的沉积并清除部分沉积物，同时改善脂肪的吸收 和利用，可降低血液粘度，促进血液循环，改善血液供氧循环，延长细胞生存时间并增 磷脂酶a l 催化水解大豆浓缩磷脂的研究 强造血功能。磷脂在血浆中起着乳化作用，使动脉内胆固醇易于排出至血浆，并从血浆 进入肝脏后排出体外。磷脂给遍及脑细胞各个角落的毛细血管运输新鲜氧气和营养使血 液流动能够畅通，从而改善脂肪的吸收和利用，减少脂肪在血管内存留时间。由于磷脂 的乳化作用，可以降低血液表面张力，降低血液粘度，延长白血球生存时间，促进造血 代谢。根据美国临床营养学杂志报道，冠心病患者服用磷脂，1 6 个星期后，胆固醇 明显下降。所以磷脂在防治脑、心血管疾病上有重要作用n 一。 磷脂可以保护肝脏、防治胆结石。医学研究表面，胆固醇与卵磷脂比例失调是导致 肝炎和肝硬化的主要原因。二者比例一旦失调，新陈代谢变慢，继而细胞老化，脂肪变 性，导致疾病。随着年龄的增长体内卵磷脂的含量会减少，胆固醇含量会逐渐增多。所 以适当的补充磷脂可以防治肝病并且促进肝细胞再生。2 0 世纪7 0 年代，美国和日本采 用卵磷脂来治疗肝炎，有些病人食用不到两个月病情就明显好转，肝细胞活化和再生能 力增强，同时食欲和消化力也有明显改善n 2 5 1 。 磷脂可以润肤美容、延缓衰老。在美国，磷脂被视为“食用化妆品”这是由于磷脂 可以改善皮肤营养，促进皮肤细胞再生，减少皱纹；促进汗分泌，消除皮肤色散沉淀； 可以保护皮肤水分并分解体内多余脂肪。细胞膜是由磷脂、胆固醇和蛋白质组成，承担 着代谢过程中供应细胞维持生命所必需的物质和排泄废物的功能。科学研究表明，老化 细胞中胆固醇比年轻时细胞膜中的含量高的多。胆固醇比例高的后果就是膜的硬化，硬 化的膜会减慢对维持生命活动非常重要的物质交换，结果导致细胞乃至整个机体的老 化。调整细胞中磷脂和胆固醇的比例，增加细胞膜中脂肪酸的不饱和度，改善细胞膜的 硬化，延缓细胞的老化口4 播1 。 磷脂酰丝氨酸与老年化大脑：利用老年动物对磷脂酰丝氨酸( p s ) 的药理作用进行 评价，发现用磷脂酰丝氨酸进行慢性治疗时，对隔膜胆碱能的神经元有加强营养作用， 有改善认识功能及防止丧失树胶状脊柱性能作用。因此对于大脑老化病症，利用磷脂酰 丝氨酸治疗，可收到良好效果啪1 。 利用磷脂的脂质体特征及作用部位的靶向性而把磷脂作为药物载体特别是抗癌药 物和缓释药物的载体，降低药物的毒副作用，提高药效，这是今年来人们非常重视的研 究方向之一5 盯删。 a i d s ( 获得性免疫缺陷综合症) 是由h i v - i ( 人类免疫缺陷病毒1 ) 所引起的种 免疫和中枢神经系统退还性疾病，迄今未找到有效的治疗方法。磷脂作为作用于膜上的 抗病毒剂，其抗h i v 活性的准确的作用机制还不清楚，根据报道可能通过使细胞流体化 大连理工大学硕士学位论文 来实现。早期的机理研究表明，磷脂类化合物是抑止h i v - i 复制的后一阶段，即干扰传 染病毒的装配和繁殖，诱导有缺陷的病毒生成啪1 。 艾滋病毒h i v - i 的体外研究发现，溶血磷脂可影响病毒蛋白与宿主细胞的结合，从而 抑制病毒的感染。溶血磷脂的抑制作用随着其脂肪酸链的增长而增加，1 2 碳以下的酶解 磷脂没有抑制作用，而且细胞膜上原有的酶解磷脂也没有抑制作用。溶血磷脂和人体超 氧化物歧化酶结合，形成的物质和h i v 反向转移酶抑制剂、h i v 蛋白酶抑制剂以及多糖硫 酸盐之间存在着互为协同的抗h i v 病毒作用阳1 。 溶血磷脂衍生物溶血磷脂酸( l p a ) 是一类生长因子的磷脂类信号分子，通过g 蛋白偶 联受体引起多种生物学效应，其中最主要的作用是诱导各类细胞增生。近年研究发 现，l p a 在卵巢癌患者的腹水及血浆中显著增高，有可能成为卵巢癌早期诊断的有效标志 物。体外研究表明，l p a 能促进卵巢癌细胞增殖，在癌细胞的浸润和转移过程中起重要作 用。调节l p a 的代谢，阻断l p a 受体，干扰l p a 信号传递途径，均可成为新的抗卵巢癌药 物的治疗靶点啪1 。溶血磷脂酸在脑血管病的发生中起着重要作用。主要表现为以下两个 方面：一个是诊断学方面，由于溶血磷脂酸的释放特点，它有可能作为一个分子标记物， 标示血小板等细胞的活化，预警血栓形成的危险性：另一个是病理机制方面，溶血磷脂 酸具有致动脉硬化和血栓形成的作用。它可能被应用在治疗和预防上，即利用它的受体! 拮抗：或促进a 剂进行相应的干预口。溶血磷脂的衍生物加烷基溶血磷脂已发展成为一 类新兴的抗肿瘤药物，它能诱导不同肿瘤细胞系中的a p o p t o t i c 细胞死亡、从而防治肿 瘤刚。 此外，磷脂还具有补血、利于呼吸系统、增加伤口愈合、增强骨骼机、及抗出血等 功能3 羽。 ( 3 ) 磷脂在其它行业的应用口1 磷脂还应用于鱼类饲料，水果、花卉的保鲜剂，农作物的杀菌剂，蚊子的防涂剂， 油墨乳化剂，石油产品，此外，在化妆品、涂料、油漆、塑料、玻璃钢、橡胶、造纸、 金属加工、以及录音磁带等行业，磷脂也得到了广泛应用。磷脂多个领域的应用列于表 1 4 中。 磷脂酶a l 催化水解大豆浓缩磷脂的研究 表1 4 磷脂在非食品领域的应用 t a b l e 1 4a p p l i c a t i o n so fp h o s p h o l i p i d si nn o n - e d i b l ei n d u s t r y 应用功能作用 粘合剂 吸附剂 动物饲料 催化剂 陶瓷与玻璃 化妆品与肥皂 洗涤剂 污染控制 染料 炸药 肥料 皮革 墨水 磁带 沥青产品 金属加工 油漆与涂料 医药 纸 杀虫剂 石油与燃料制品 橡胶等聚合物 印刷和照相材料 脱模剂 纺织 废水处理 分散剂、混合助剂、塑化剂 粘合助剂、偶合剂、絮凝剂 抗氧化剂、生物降解添加剂、分散剂、乳化剂、营养补充或维生素助 剂、润湿剂、脱模剂 催化剂、乳化剂、改性剂、润湿剂 分散剂、混合助剂、脱模剂 抗氧化剂、分散剂、乳化剂、润湿剂、调节剂、软化剂、脂质体包囊 剂、增湿剂、营养补充、渗透剂、稳定剂 防腐蚀、乳化剂或表面活性剂 吸附助剂、去污剂 分散剂、偶合剂 去污剂、乳化剂、稳定剂 去污剂、调节剂、分散剂 调节剂、软化剂、乳化剂、润滑剂、渗透剂 增色剂、分散剂、乳化剂、研磨剂、稳定剂、润湿剂、悬浮剂 抗氧化剂、分散剂、乳化剂、润湿剂 防腐蚀剂、分散剂、乳化剂、塑化剂、脱模剂、强化