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东北大硕士学位论文 摘要 超临界二氧化碳精制大豆卵磷脂 摘要 本研究在对大豆卵磷脂分析方法和提取精制方法进行综述的前提下， 研究了用超临界二氧化碳提纯精制大豆卵磷脂的技术。 经实验研究，确定了大豆卵磷脂的质量评价方法，包括水分的测定、 油脂的测定、酸值的测定、过氧化值的测定、碘值的测定以及大豆油和大 豆磷脂萃取率的确定。并通过实验考察了测定总磷脂含量的方法，选用丙 酮不溶物法进行总磷脂含量的粗略估计。并对钼蓝比色法和络合光度法进 行研究比较，最终确定采用络合光度法进行大豆卵磷脂总磷量的定量分 析。此方法快速、简便，分析时间短，结果准确，适合作为大豆卵磷脂的 常规分析方法。 此外还研究了大豆卵磷脂的精制方法：采用超临界二氧化碳流体萃取 技术，分两步进行。第一步直接从大豆粗磷脂中萃取大豆油，第二步采用 乙醇作携带剂进一步萃取大豆磷脂。实验中考察了在物料中加入不同支撑 物、二氧化碳流量、携带剂种类与浓度对萃取大豆磷脂效果的影响。接下 来设计进行了超临界二氧化碳萃取大豆油和超临界二氧化碳萃取大豆磷 脂的正交实验，得到了最优化的萃取条件： 第一步提取大豆油的最佳工艺条件为：二氧化碳流量4 0 k g h ；萃取 压力2 5 m p a ，萃取温度5 0 ；分离釜i 压力7 5 m p a ，温度6 0 ；分离釜 i i 压力5 m p a ，温度3 5 ：萃取时间为1 2 0 m i n 。在此条件下，大豆油的萃 取率为1 8 9 4 。 第二步提取大豆磷脂的最佳工艺条件为：二氧化碳流量4 0 k g h ，7 0 乙醇做夹带剂；萃取压力3 8 m p a ，萃取温度5 0 ；分离釜j 压力7 。5 m p a ， 温度6 0 ；分离釜i i 压力5m p a ，温度3 5 ；萃取时间为1 2 0 m i n 。在此条 件下，大豆磷脂的萃取率为2 8 3 。所得磷脂a i = 9 6 6 5 ，p = 3 4 6 8 ，符 合精制磷脂的要求。 关键词：大豆卵磷脂，大豆油，超临界二氧化碳，携带剂 - - i i 东北大硕士学位论文 a b s t r a c t p u r i f i c a t i o no fs o y b e a np h o s p h i l i p i db y s u p e r c r i t i c a lc a r b o nd i o x i d e a b s 仃a c t i n t h i st e x t , w es t u d i e dt h ed e t e r m i n a t i o nt e c h n o l o g ya n dt h es e p a r a t i o n ， p u r i f i c a t i o no f h i g hp u r i t ys o y b e a np h o s p h a t i d y l c h o l i n e t h em e t h o do fa s s e s s i n gs o y b e a nl e c i t h i np r o d u c t s c h a r a c t e r i s t i c sw a so b t a i n e di n t h er e s e a r c h i n c l u d i n gw a t e ra m o u n t 、o i la n a o u n t 、t h ee x t r a c t i o nr a t i oo f s o y b e a no i l 、 t h ee x t r a c t i o nr a t i oo fs o y b e a np h o s p h a f i d y l c h o l i n e a s i m p l er a p i da n da c c u r a t e q u a n t i t a t i v em e t h o dw a se s t a b l i s h e df o rt h ed e t e r m i n a t i o no fl e c i t h i ni n t h i sr e s e a r c h ， t h er e s u l t ss h o w e dg o o dr e a p p e a r a n c ea n ds t a b i l i t y t h ea v e r a g er e c o v e r yw a s1 0 0 4 ，r s d = 0 6 2 i tc o u l db ec o n c l u d e dt h a tt h i sm e t h o di so fc o n v e n i e n c e ，a c c u r a c y t oo p e r a t i n ga n dg o o dr e a p p e a r a n c e t h et e c h n i q u eo fp u r i f y i n gp h o s p h a f i d y l c h o l i n ef r o ms o y b c a nl e c i t h i n 、i t l i s u p e r c r i t i c a lc a r b o nd i o x i d e ( s c c 0 2 ) w a si n v e s t i g a t e di nt h i sa r t i c l et o o s c c 0 2i s v e r ye f f e c t i v ei nr e m o v i n go i l s 丘o mav a r i e t yo fs e e dm a t r i c e s 。d e v o i do fa n y a p p r e c i a b l eo fp h o s p h o l i p i d sc o n t e n t ( p l ) s i n c en e a tc 0 2 w i l ln o te f f e c t i v e l yd i s s o l v e p lm o i e t i e s , t h ec h o i c eo fas u i t a b l ec o s o l v e n tt oe n h a n c et h e i rs o l u b i l i t ym u s tb e m a d e t h eo b j e c t i v es h o u l db ea c h i e v a b l ec o n s i d e r i n g 也a tt h es o l u b i l i t yd a t af o rp l s h o wt h a tp li se a s yt od i s s o l v e s i n c es c - c 0 2e x t r a c t i o na l l o w sd i f f e r e n tk i n d so f p r o d u c t st ob eo b t a i n e db yc h a n g i n gt h eo p e r a t i n gp a r a m e t e r s ( p r e s s u r e 、t e m p e r a t u r ea n d t i m e ) ，t h ei n f l u a n e eo f t h e s ep r o c e s s i n gp a r a m e t e r so nt h ee x t r a c t i o nw a ss t u d i e d t h eo b j e c t i v e so ft h i sr e s e a r c hw e r e ：( 1 ) af e wm a i nf a c t e r st h a ta f f e c t e d t h e e x t r a c t i n gr a t e ，s u c ha sa d d e du n d e r p o p 、c 0 2f l o wr a t e 、c a t e g o r ya n dc o n c e n t r a t i o no f c o s o l v e n t ，w e r ed e t e r m i n e db yt h ee x p e r i m a n t so f s i n g l e f a c t o r ( 2 ) e m p h a s i sw a sp u t t i n go nc o n d i t i o n sf o re x t r a c t i o n ，c h o o s i n gs u i t a b l em e t h o d a n dm a k i n gs u r et h ep a r a m e t e r sb yc h a n g i n gt h ep r e s s u r e 、t h et e m p e r a t u r ea n dt h et i m e o fs c - c 0 2o rs c - c 0 2 e t h a n o lm i x t u r e t h er e s u l ts h o w e dt h a tt h eb e s tt e c h n o l o g ya r et h a tc 0 2f l o wr a t ei s4 0k g h ， 一i i i 东北大硕士学位论文 a b s t r a c t a l c o h o lc o n c e n t r a t i o ni s7 0 w i t ht h eo r t h o g o n a ld e s i g nt e s t , w eo p t i m i z e dt h e e x t r a c t i o nc o n d i t i o n so f p r e s s u r e ，t e m p e r a t u r ea n de x t r a c t i n gt i m e f i n a l l y , t h em a i n f a c t o r sf r o mi m p o r t a n tt ol e s si na f f e c t i n gt h ee x t r a c t i n gr a t eh a v eb e e nf o u n d e d t h eo 埘m a lc o n d i t i o n sf o re x t r a c t i o nw i t hs u p e r e r i t i c a lc a r b o nd i o x i d ew a sa s f o l l o w i n g ：f i r s t ，s o y b e a no i lw a se x t r a c t e db ys c c 0 2 ，e x t r a c t i o nt e m p e r a t u r ea n d e x t r a c t i o np r e s s u r ew e r e5 0 ca n d 2 5 m p a , r e s p e c t i v e l y s e p e m t i o ni6 0 a n d p r e s s u r e7 5 m p a s e p e r a t i o ni it e m p e r a t u r e3 5 a n dp r e s s u r e5 m p a e x t r a c t i o nt i m e w a s1 2 0 r a i n u n d e rt h i sc o n d i t i o n ，e x t r a c t i o nr a t i or e a c h e s18 9 4 1 1 1 es e c o n d ， p h o s p h a t i d y l c h o l i n ew a so b t a i n e db y 7 0 s c c 0 2 e t h a n o lm i x t u r e e x t r a c t i o n t e m p e r a t u r ea n dp r e s s u r ew e r e5 0 。ca n d3 8 m p a , r e s p e c t i v e l y a n ds e p e r a t i o ni t e m p e r a t u r e6 0 4 c p r e s s u r e7 5 m p a s e p e r a t i o ni it e m p e r a t u r e3 5 a n dp r e s s u r e 5 呼a e x t r a c t i o nt i m ew a s1 2 0 m i n u n d e rt h i sc o n d i t i o n e x t r a c t i o nr a t i or e a c h e s2 8 3 t h i si d n do fp r o d u c t sw i t h a i = 9 6 6 5 ，p = 3 4 6 8 h a v eg o o dt h e r m a ls t a b i l i t y ，t h e i rc h a r a c t e r sa c c o r d s 谢m p u r i f i e dp h o s p h a t i d y l c h o l i n e s s t a n d a r d s k e y w o r d s ：s o y b e a r lp h o s p h o l i p i d s ，s o y b e a ro i l ，s u p e r c r i t i c a lc a r b o nd i o x i d e ， c o - s o l v e n t 一一 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示 谢意。 学位论文作者签名：搽厕 日期：j o n l jo 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。) 学位论文作者签名：舶 导师签名： 签字日期：，2 u o 上。签字日期： 司缈 p 6 、tp ，) 东北大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 本章在对大豆卵磷脂的结构、性质、来源及功能用途进行简介的基础上，对 大豆卵磷脂的分析方法和精制方法进行了综述。 1 1 卵磷脂( 1 e c i t h i n ) 简介 卵磷脂是一种天然的表面活性剂，化学名称为磷脂酰胆碱( p h o s p h a t i d y l c h l i n e 简称p c ) 。是由甘油、胆碱、磷酸、饱和及不饱和脂肪酸组成的一种含磷脂类物质 q 最早发现卵磷脂是从蛋黄中分离出来，故而得名。卵磷脂广泛存在于动植物体 内，具有重要的生理功能和独特的乳化性能，在食品、保健品、医药等行业中具有 重要的用途。 1 1 1 卵磷脂来源 磷脂广泛存在于动植物的组织中，是细胞膜、神经组织的主要成分。研究发 现，一般原料中磷脂含量较低，大都不能作为提取卵磷脂的原料，只有大豆、蛋 黄和鱼卵中的含量比较丰富。 目前，国内生产的卵磷脂产品一般是从大豆油、菜籽油等植物油的水化油脚或 动物脑和蛋黄中提取得到的，是多种磷脂成分的混合物。蛋黄中卵磷脂含量比大 豆高，但大豆磷脂具有不含胆固醇的独特性能，以不饱和脂肪酸为主，如油酸、 亚油酸、亚麻酸等，约占脂肪酸含量的6 0 左右。因而易于氧化，也易于阻止胆 固醇在血管中的沉积。且大豆原料丰富价廉，所以，目前食用及药用卵磷脂的生 产原料均为大豆翻。 1 1 2 卵磷脂组成与结构 c h 。o c r 曰 l r 1 c o _ 午ho g h ，o p o x 占h 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 式中，x 表示不同的化台物基团。r 、r 1 分别表示碳数1 4 1 8 的饱和或不饱 和脂肪酸，如油酸、亚油酸、驻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 3 j 。当x 为不同集团时，构成不同类 型的磷脂：当x 为胆碱基团一c h 2 c h e n ( c h 3 ) 3 时构成磷脂酰胆碱，俗名卵磷脂， 英文名p h o s p h a t i d y l c h l i n e ，简称p c ；当x 为正醇胺基团- - c h 2 c h 2 n 2 时构成磷 脂酰乙醇胺，俗名脑磷脂，英文名p h o s p h o t i d y l e t h a n o l a m i n ，简称p e ；当x 为肌 醇基团c 6 h ( o h ) 5 时构成磷脂酰肌醇，俗名肌醉磷脂，英文名p h o s p h a t i d y l i n o s i t o l ， 简称p i ；当x 为丝氨酸基团一c h 2 c h ( n h 2 ) c o o h 时构成磷脂酰丝氨酸，俗名 丝氨酸磷脂，英文名p h o s p h a t i d y l s e r i n e ，简称p s 。 生物体中的磷脂或工业用磷脂都是多种磷脂的混合物，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 1 所示。 表1 1 大豆磷脂的组成 t a b l e l 1t h ec o m p o n e n t so f s o y b e a np h o s p h o l i p i d s 丝坌盒量( 墅】塑坌 笪量( 塑 磷脂酰胆碱 2 3 甘油酯 2 3 磷脂酰乙醇胺 磷脂酰肌醇 磷脂酰丝氨酸 神经鞘磷脂 神经酰胺 酯糖类 2 0 1 4 2 5 8 7 8 1 3 1 6 脂肪酸 大豆类固醇 维生素 糖 水 其它 0 1 o 1 0 2 0 卜一o 2 1 1 3 卵磷脂物化性质 纯净的磷脂在室温下是一种白色的固体物质，但往往由于制取、储存条件、 储存方法等不同呈浅色或棕色，并呈可塑性、流动性。磷脂易溶解于有机溶剂( 如 乙醚、苯、氯仿) ，部分溶解于乙醇，而极度难溶解于丙酮和乙酸甲酯，不溶于水， 而易溶于矿物油类及脂肪酸中。当与水混合时，磷脂由于发生水合作用而形成胶 束n 磷脂在空气阳光中不稳定，易氧化酸败而使颜色变深。但在油脂介质中比较 稳定，所以磷脂浓缩于油脂中有利于保存。磷脂在1 0 0 以上即逐渐分解，因此抗 热性较差。 一2 一 犯 m 东北大学硕士学住论文 第一章绪论 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，磷酸和腥碱等基团为亲水基，因此磷脂为表面活性物质。由 于这种两性表面活性剂特征，磷脂被广泛用作乳化剂、稀释剂等。磷脂的h l b 值 通常为9 1 0 。磷脂中各组分含量的多少对其乳化性能有一定影响。如p c 含量高， 有利于形成o w 型乳化体系。而p i 含量高有利于形成w o 型乳化体系i s 。 1 1 4 卵磷脂保存 由于含有不饱和的脂肪酸链和亲水基，磷脂在空气、阳光下易吸湿和氧化， 因此易保存于低温、干燥、无氧的环境下。商品精细磷脂或浓缩磷脂浓缩在油脂 中，磷脂可很好的稳定存在。尤其当磷脂中含有适量的维生素e 时，储存稳定性 更佳。维生索e 具有抗氧化作用，可提供氢自由基给过氧化物自由基使其失活， 从而中止脂肪酸过氧化链反应。经过分离提纯的磷脂一般经过了去油、通过适当 的方法富集某一种或几种磷脂以达到特定的应用目的和较宽的应用范围，随着磷 脂纯度提高，对储存条件的要求也愈加严格。适量维生素e 可明显抑制磷脂脂质 体的氧化，含量越高，抑制作用越强1 6 。同时，维生素c 也可以作为自由基清除 剂，但在过渡金属离子存在下，又可诱发脂质过氧化反应。维生素c 的存在对维 生素e 的抗氧化作用具有明显的协同作用。 1 1 5 卵磷脂生理功能 卵磷脂作为人体正常新陈代谢和健康生存必不可少的物质，对人体的细胞活 化、生存及脏器功能的维持、肌肉关节的活化及脂肪的代谢等都起到非常重要的 作用。 在卵磷脂分子结构中含有亲水的磷酸脂基团和亲油的脂肪酸基团。因此，它 可以使脂类物质与水结合在一起，起到乳化剂的作用。例如：可将血管中的甘油三 酯、胆固醇等溶解到血液中，起到利于脂肪吸收，减少在血管内的存留和降低血 液中脂肪含量的作用。卵磷脂富含不饱和脂肪酸，可以阻断小肠对胆固醇的吸收， 促进胆固醇的排泄。另外，卵磷脂也是高密度脂蛋白的主要成分，高密度脂蛋白 在胆固醇的运送、分解、排泄过程中起着“清洁工”的作用，它的升高可以预防动脉 粥样硬化【刀。 1 , 1 5 1 健脑作用 大脑中神经细胞之间的信息传递依靠乙酰胆碱进行。人体进入老年状态后， 血液中的胆碱含量明显减少，补充足量的卵磷脂对神经衰弱、用脑疲劳、记忆力 3 一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 下降和老年性痴呆等症状的防治有明显作用。 1 1 5 2 对肝脏作用 胆碱对脂肪的代谢有着重要作用。卵磷脂中含有胆碱较多，食用磷脂不但可 以防止脂肪肝，而且还能促进肝细胞再生。卵磷脂可降低血清胆固醇含量，有助 于肝功能的恢复，可阻止肝硬化。经常食用卵磷脂，不但能防止胆结石的形成， 而且能使已形成的胆结石部分溶解f s 】。 1 1 5 3 抗机体衰老作用 卵磷脂是构成细胞不可缺少的成分之一，经常食用卵磷脂能有效地增加细胞 的功能，提高细胞的代谢能力，增强细胞消除过氧化脂质的能力，及时供给机体 所需能量1 9 】。 l j 5 4 防治糖尿病作用 糖尿病患者血糖控制后，血脂仍持续较高水平，应及时将血脂降下来，降血 脂的方法除考虑药物治疗应选择卵磷脂为佳。它的降脂原理明确，效果可靠，没 有副作用，并且还能改善细胞的功能，提高细胞的代谢能力，供给机体所需的能 量【川。 1 1 6 卵磷脂应用 卵磷脂特有的疏水一亲水性，使其不仅具有乳化作用，还具有生化功能，在 食品、医药及化妆品等行业得到广泛应用。 1 1 6 1 食品工业 卵磷脂是唯一的天然食品乳化剂，其乳化作用可使不相混溶物料变成高度稳 定的乳浊状态，可提高分散性、保水性。主要用于人造奶油、冰淇淋、糖果等的 乳化，并可改善食品的加工性能、风味和外观形状。卵磷脂还具有抗氧化、催长 及包埋等作用“”。卵磷脂可作为乳化剂、润湿剂。主要用于蛋糕、点心、饼干、 - 孚, $ j j 品等食品，提高食品软绵性、酥松性等。 1 1 6 2 医药工业 卵磷脂是人体细胞膜的主要成份，在人体内各种器官、组织的细胞中，都有 卵磷脂的存在，人体卵磷脂的含量约占体重的百分之一。由于卵磷脂是改善和保 护生命的必需营养物质，在医药工业中用途广泛，能够调节血脂、改善记忆延缓 直 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 衰老，且具有防止脂肪肝、肝硬化的功能，对急慢性肝炎、运动障碍症、狂躁性 精神病、老年怪痴呆症等具有良好的疗效f 1 2 7 。 1 1 6 3 饲料工业 卵磷脂作为饲料添加剂，能促进畜禽肠胃吸收和代谢，同时还可补充畜禽对 磷元素的需求。卵磷脂用于提高饲料能量，添加5 卵磷脂，相当于提高2 8 的能 量。 1 1 6 4 化妆品工业 卵磷脂是一种天然、无毒的化妆品原料，可保护皮肤不受刺激，活化皮肤呼 吸，保持皮肤湿润，无皮肤过敏现象。可作为乳化剂、润肤剂、分散剂，及头发 润滑荆【1 3 】。 1 1 6 5 涂料工业 在涂料和油漆中，主要利用卵磷脂的表面活性作用，缩短加热时间，防止颜 料沉淀，增加光亮度，避免分层，增大覆盖率和流平性、分散性、湿润性。 1 1 6 6 农业 卵磷脂能被果皮吸收，增强果实抗病能力。卵磷脂的亲水基可保持果实皮湿 润，防止病菌侵害，延长水果保鲜期。也具有防治农作物病虫害作用。 1 1 6 7 其他 作为一种天然的两性表面活性剂，可用做抗氧化剂、乳化剂、分散剂、浸渗 剂、湿润剂及黏度调整剂等。在造纸、橡胶、皮革、涂料、胶卷、磁带、石油开 采及农药等众多行业中应用f 圳。 1 1 7 大豆磷脂产品分类 磷脂可分为天然磷脂与改性磷脂两大类，天然磷脂主要是指浓缩磷脂；改性 磷脂包括增加非反应物改性、化学酶法改性也包括丙酮、乙醇精制【1 5 】。 ( 1 ) 浓缩磷脂：由植物脱胶、干燥水化胶、并经过初步加工而得到的物质。根 据其性状的不同分为塑性磷脂与流质磷脂。 ( 2 ) 混合磷脂：是向磷脂内添加非反应性物质而得到的产品。磷脂与某些添加 物之间存在协同效应，这使磷脂在加入特定添加物后性质和功能都发生了改变。 ( 3 ) 改性磷脂：磷脂可通过羟化、氢化、酰化及酶水解进行化学改性，化学改 5 一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 性可以改善磷脂的耐热性、乳化性及在溶液体系中的分散性。 ( 4 ) 分提、脱油磷脂：用丙酮可以将浓缩磷膳中9 6 9 9 的油和游离脂肪酸除 去得到脱油磷脂，然后用乙醇对脱油磷脂进行提取。 根据不同的分类方法，卵磷脂系列产品又可分为0 6 1 ： ( 1 ) 粗磷脂：从大豆毛油分离的磷脂水合物，经脱水、除杂的产物。 ( 2 ) 精磷脂：粗磷脂经分离出无机物与机械杂质，达到食用级标准。 ( 3 ) 精细磷脂：精磷脂经精细分离达到医药级标准。 ( 4 ) 高纯磷脂：将精细磷脂的非磷脂有机物分离，得到磷脂含量9 6 以上的产物。 ( 5 ) 高p c 值磷脂：p c 含量3 0 、5 0 、7 0 、9 0 ( 6 ) 单磷脂：分离纯的p c 、p e 、p i 等。 ( 7 ) 改性磷脂：既保有磷脂共性，又具有某一特性的磷脂合成产物。 由于高纯卵磷脂产品纯度毫、无异味乳化性强、易漆于水，在食品工业中可 较大量的添加使用，还可做成保健品、医药品等。在国际市场上，高纯卵磷脂产 品价格比粗卵磷脂高十几倍甚至几十倍。目前能够生产高纯卵磷脂的国家只有日 本、美国、德国，但产量有限远远满足不了整个世界对卵磷脂的需求f 1 7 】。 1 2 卵磷脂分析方法综述 磷脂由于是含有磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇等多种成分的混合 物，其分析检测技术与方法比较复杂和繁琐1 8 】。而准确快速鉴定磷脂含量是精制 磷脂研究与生产的前提和保障，本文就磷脂的定性、定量分析检测技术进行综述。 1 2 1 卵磷脂质量评价 卵磷脂的质量检测方法也是研究的热点之一，如何评价磷脂的优劣在国内尚 无统标准，本文选取对卵磷脂质量指标影响较大的水分含量、油脂含量、酸值、 过氧化值、碘值几项进行实验，并确定大豆油和大豆磷脂萃取率的计算方法。 1 2 2 卵磷脂中总磷脂量分析测定 油脂工业的副产品浓缩磷脂是一种磷脂和油的混合物，浓缩磷腊经丙酮脱油 可制得粉末磷脂。商品化的磷脂经常要测定其中的磷脂含量，惯用的方法是丙酮 不溶物法( a i ) 。磷脂的总磷含量是反应磷脂纯度的另一个指标。对于不同的磷脂产 品，相应的标准也作出了规定，一般浓缩磷脂磷含量在2 0 左右，粉末磷脂磷含 量约为3 。实验中常用的两种测磷含量的方法为钼蓝比色法与络合光度法。 一6 一 东北大举硕士学位论文 第一章绪论 1 2 。2 1 丙酮不溶物法 丙酮不溶物法的实验原理是利用油脂溶于丙酮，而磷脂不溶于丙酮的性质。 先用丙酮萃取样品，脱油磷脂干燥称重后计算即可得总磷脂的含量，该法适用于 磷脂总量的测定。其优点是所用仪器均为玻璃仪器，价格低廉，操作简单，但其 测定值并非磷脂真实测定值“9 1 。 1 2 2 2 钼蓝比色法 铝蓝比色法实验原理，首先将样品灼烧后酸化灰分，使磷在酸性条件下与钼 酸铵结合生成磷钢酸铵。此化合物经对苯二酚、亚硫酸钠还原成蓝色化合物钼蓝。 用分光光度计在波长6 6 0 h m 处测钼蓝的吸光值，以定量分析磷含量f 2 0 】。由于所用 检测仪器价格低，所以磷脂检测中常用此法检测磷脂总量，但容易受测定物中无 机磷的影响，而使测定值误差较大。 1 2 2 3 络合光度法 络合光度法实验原理，将试样中有机物破坏，使磷游离出来，在酸性溶液中， 用钒钼酸铵处理，生成黄色( n h 4 _ ) 3 p o r n f l 4 v 0 3 1 6 m 0 0 3 。用分光光度计在波长4 2 0 r t m 下进行比色测定 2 ”。 1 3 卵磷脂精制方法进展 我国卵磷脂资源丰富，但加工技术落后，只能生产粗制品。降低了卵磷脂的 使用率和价值，造成了资源的极大浪费。近年来制备高纯卵磷脂的方法主要有溶 剂萃取法、柱层析法、生物膜法和超临界二氧化碳萃取法( s f e ) 四种1 2 2 】。 1 3 1 溶剂萃取法 溶剂萃取法利用各磷脂组分在某些溶剂中溶解度的不同，将卵磷脂与其它各 组分进行分离，所用溶剂一般为c l - 1 4 的低碳醇、正己烷、石油醚、乙醚、乙酸乙 酯等。溶剂法生产能力大，周期短，便于连续操作，实现自动化，在生产磷脂领 域中占一席之地。但由于溶剂残留，处理时间长，工艺复杂和使用过多的碱性试 剂，应逐渐被淘汰掉脚l 。 1 3 2 柱层析法 柱层析法根据大豆磷脂中各个组分和吸附剂结合能力的差异来达到洗脱分离 1 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 提纯目的。常用的吸附剂为硅胶、氧化铝、硅藻土等，洗脱液常选用氯仿：低碳 醇等几种溶剂的混合物f 2 封。柱层析法虽然可以得到含量9 0 左右的p c ，但是处 理量十分有限，而且要用到许多有一定毒性的有机溶剂。溶剂蒸发消耗大量能源， 且造成溶剂残留。 i 3 3 生物膜法 物质通过膜的传递不同而得到分离，选择具有一定孔径的半透膜，将粗磷脂 用溶剂溶解，该溶液加压通过半透膜。由于各磷脂组分的相对分子质量不同，它 们通过半透膜的难易程度不同，可将卵磷脂从混合物中分离出来口副。此法尚不成 熟，渗透量和膜的寿命仍然制约着膜工艺的工业化。 l _ 3 4 超临界二氧化碳萃取法 超临界流体萃取是近年兴起的一种新型分离技术。它用超临界流体取代常用 的液体溶媒，利用超临界流体对不同的物质具有不同的溶解能力达到分离目的。 超临界流体( s u p e r c r i d c a lf l u i d ，s c f ) 是指处于临界温度( t c ) 与临界压力( p c ) 以上的 流体。在临界状态下，流体兼有气液两相的双重特点。既具有与气体相当的高扩 散系数和低的黏度，也具有与液体相近的密度和对物体良好的溶解能力口6 1 。在临 界点附近，温度和压力的微小变化往往会导致溶质的溶解度发生几个数量级的变 化。 常用的超临界流体有：c 0 2 、n i - 1 3 、乙烯、丙烯、水等。由于c 0 2 的l 临界压力 为7 3 8 m p a ，临界温度为3 l ，可在近室温下进行，对萃取热敏性物质特别有利。 而且c 0 2 化学性质稳定，无毒、无臭、无腐蚀性，容易得到较纯的产品，因此是 最常用的超临界流体【2 ”。 在临界状态，c 0 2 的溶解能力完全依赖于温度和压力，并有接近液体的密度， 接近气体的黏度和扩散速率等特性，即此时的c 0 2 具有很大的溶解能力，很高的 传质速率和快速达到平衡的能力。当超临界流体的压力增加，液体的密度增大， 分子间距离减少，它们之间的相互作用加强。溶剂分子与溶质分子间的作用发生 在气固界面或液相界面或液相内部，使溶质分子克服原有分子的相互作用而进入 超临界相内，从而达到萃取的目的。 超临界流程主要包括萃取和分离两部分。在萃取釜中，原料与超临界c 0 2 流 体相接触，其中的某些组分被溶解而进入溶剂即超l 临界c 0 2 中，与其它组分分离 【2 8 。此流体随后进入分离釜中，通过改变压力和温度，使超i | 每界流体的密度降低， 一8 一 东北大学硕士学位论丈 第一章绪论 无氧及比较温和的条件，对不稳定物质的萃取而言是十分理想的环境。磷脂分子 中含有大量不饱和脂肪酸，它们与磷脂的生物学功能有密切关系。在有氧及高温 条件下不饱和脂肪酸易氧化。从而损伤磷脂生物学功能。采用超临界二氧化碳技 术，可减少磷脂在萃取过程中的氧化破坏，进而保证磷脂的质量【2 9 1 。萃取中使用 的医用乙醇经减压蒸馏，冷冻于燥即可除去。本法萃取的磷脂中，未捡出残留乙 醇。因此，经超临界二氧化碳技术萃取的磷脂是一种十分安全的产品。 但用单一超临界流体( 如c 0 2 ) 萃取粗磷脂，只有去除油脂作用，所得卵磷 脂含量不是很高。可选用己烷、丙烷等低级碳氢化合物作萃取剂或在c 0 2 中加入 携带剂( 如低级醇、丙酮、水、低级烷烃等) 以提高对磷脂的分离效果【3 。j 。 1 4 目标与意义 1 4 ，1 目标 本科题为国家“大豆行动计划”项目的一部分，项目的研究技术路线： ( 1 ) 粗磷脂中油脂与磷脂的分离：萃取压力、萃取温度、萃取时间等条件的控 制是影响分离的因素。通过正交实验，确定最适宜的分离条件，是实现油脂分离 的关键点。 ( 2 ) 从脱油磷脂中提取高纯磷脂：选择赋形物支撑膏状脱油磷脂，增加其疏松 度，提高萃取剂的渗透能力；选择极性适宜的携带剂和适宜比例，以增加萃取剂 的渗透能力或改变磷脂的存在形态：确定最佳的萃取条件，提高萃取得率，达到 最佳的提纯效果。同时建立大豆总磷脂的测定方法。 ( 3 1 利用柱层析方法纯化卵磷脂：层析技术中，对洗脱液种类、比例及吸附剂 类型等进行筛选和条件优化，以达到最佳分离和纯化效果，并除去溶剂残留。同 时建立大豆卵磷脂中各组分p c 、p e 、p i 等的高效液相色谱检测方法。 本项目实验设计路线如下图1 1 ： 一9 一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 图1 1 实验设计图 f i g 3 1t h ed e s i g nc h a r o f e x p c h m e n t 本课题所做研究主要为该项日前期工作，确定超临界萃取脱油工艺，超临界 提取磷脂工艺，以及磷脂含量的测定工作。由于磷脂为强极性物质，单纯采用超 临界二氧化碳流体，可将粗磷脂中的油脂浸出，但不能将磷脂浸出。通过向超临 界二氧化碳流体中加入适宜携带剂，同时添加赋形物等措施，实现从脱油磷脂中 直接萃取高纯磷脂，将是本课题的主要攻关点。 在单纯依靠超临界萃取不能满足纯度要求时，考虑引入层析技术，以确保项 目总体技术目标的实现。 1 4 2 意义 1 4 2 1 对本行业、本地区促进作用 我国有丰富的卵磷脂资源和广阔的市场潜力。我国1 9 9 7 年大豆产量1 4 5 0 0 k t ， 仅次于美国和巴西，居世界第三位。但由于技术落后，只能生产粗制品，降低了 磷脂的使用率和价值，造成了资源的极大浪费。作为农产品的深加工，磷脂的生 产是当前国家重点支持的技术开发领域之一。社会的日趋老龄化，促进了磷脂在 保健品和医药品方面的应用发展。因此，本项目提纯精制出的高质量、高纯度的 一1 0 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 磷脂产品，对满足我国营养保健品和医药行业的需要，对开发利用磷脂及其深加 工制品具有十分重要的意义。 我国东北地区是大豆的主要产区，素有“大豆的故乡”之美誉，具有丰富的原料 来源。而且，东北地区也是我国医药行业发展较为活跃的区域。大豆磷脂提取和 纯化技术的应用和发展，对实现大豆及其制品的深加工，提高其经济附加值起到 重要作用。大豆等粮食作物深加工产业的发展，必将拉动医药、食品、化妆品、 饲料、化工等相关产业的发展，这对促进东北老工业基地的振兴和产业结构调整， 将会起积极地促进和带动作用f 3 l 】。 1 4 2 2 经济、社会、环境效益分析 ( 1 ) 经济效益：在国际市场上，大豆油脚售价仅为2 0 0 元吨，浓缩磷脂售价为 5 0 0 0 元吨，而p c ( f o 磷脂) 含量为7 0 的精制磷脂售价高达3 9 万元吨，而且供不 应求。由此本项目完成后期经济效益相当明显【3 2 1 。 ( 2 ) 社会效益：本项目的完成必将对推动高纯磷脂的国产化，抗衡国外转基因 大豆产品，拉动我国大豆产业、农产品深加工和相关行业发展，对振兴东北老工 业基地和国民经济的快速发展起到很好的促进作用。 ( 3 ) 环境效益： ( a ) 本项目采用的超临界萃取中所用的二氧化碳为循环使用，大大降低了生产 成本，也减少了对环境的污染。 ( b ) 在提取纯化磷脂的过程中，使用无毒害的二氧化碳和乙醇，克服了溶剂法 等需要使用大量有机溶剂的缺点。 ( c ) 本项目从粗磷脂中提取的大豆油得到充分回收和利用，降低了生产成本的 同时，也减少了排放。 ( d ) 所得产品中没有溶剂残留，健康安全。 1 5 产业现状和发展趋势 大豆磷脂制品正在作为乳化剂、分散剂、黏度调和剂、润湿剂、防治喷溅剂、 膨松剂、抗氧化剂、谷物品质改良剂及强化食品的营养剂等广泛应用于食品、医 药、石油化工、轻纺、橡胶、油漆涂料、农药、植物保护制品、饲料及化妆品等 行业之中。 随着健康食品、疗效食品和天然食品的兴起，卵磷脂的消费量不断增加。不 仅在本国大量生产磷脂，还进口部分磷脂产品以满足需要。在美国，磷脂作为重 要的保健食品原料，总销售量仅次于复合维生素e 而名列第三位。目前世界卵磷 一1 1 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 脂消费量约8 0 1 0 0 k d a , 其中美国2 0 k d a , 西欧3 0 k d a , e l 本8 0 的大豆卵磷脂用于食 品年消费量5 l ( t 左右。磷脂的生产在欧溯。美国、日本等国家已普遍受到重视， 目前开发大豆磷脂系列产品主要有浓缩大豆磷脂、粉状大豆磷脂、磷脂冲剂、咀 嚼片和磷脂软胶囊等。此外，各国相继开发了酶解磷脂、酵素磷脂等中间产品和 注射用磷脂脂肪营养液，人造白血浆，人造皮膜，人造透析膜积复合营养袋等新 材料、新产品。使大豆磷脂产品系列化、精细化、专用化和高档化，磷脂的应用 领域和范围不断扩大1 3 3 j 。 国外磷脂的生产工艺和技术装备己日趋成熟，其中广泛采用连续真空浓缩和 超临界c 0 2 萃取工艺。而在国内大豆磷脂提取技术仍停留在间歇式生产水平，其 远低于国际先进水平。国内高纯磷脂的生产，目前还未能形成工业化规模，现有 水平一般采用溶剂法进行富集，如丙酮乙醇法；用超临界技术提取高纯蛋黄磷脂 已有产品，但主要限于药用。因此工业化生产高纯大豆磷脂是一个亟待解决的课 题。 我国对磷脂的研究和生产起步较晚。近二十年来，我国一些大专院校和科研 单位对大豆磷脂的生产开发作了大量的研究工作，但对其进行提纯考核精制的研 究较少。目前，国内大豆磷脂系列产品的生产厂家有i o 余家，如托京南苑植物油 厂、上海油脂一厂、黑龙江安达油脂厂、南宁食品添加剂厂、齐齐哈尔兴华大豆 磷脂经济技术开发公司、四川英格尔生物工程有限责任公司等。这些生产厂家由 于技术落后，多数只能从事粗磷脂产品( 般磷脂含量型o 的开发和利用，生 产高纯度、高质量大豆磷脂的厂家很少。磷脂深加工力度不够，主要为粗制品。 生产产品总体上存在产品纯度低、品质较差、生产规模小、资源利用率低等问题【3 4 】。 目前，我国市场上的卵磷脂产品8 0 以上为浓缩磷脂。而浓缩磷脂是精炼食 用大豆油时得至的一种粘稠的含油很高的毛磷脂，油脂占3 0 4 0 ；磷脂占6 0 7 0 。 由于其乳化性能不好、异味大，应用受到很大限制，只能以低廉的价格出口到美、 欧、日等国家，造成了资源的极大浪费。 另一方面，医药、保健品、化妆品行业需要大量的离纯度卵磷脂，尤其是制 药业对高纯磷脂分级产品的需求量日益增大。而高纯卵磷脂的生产在国内还是空 白，国外也只有日本、美国、德国的少数公司能够生产，产量有限，而且价格很 高。目前国内批量生产的食品级大豆磷脂，由予质量原因，只能用于儿童酥糖、 蛋糕等中低档食品。我国发展食品级、医药级高纯磷脂刚刚兴起。据有关方面统 计，我国高纯磷脂年用量约l 万吨左右，目前主要花高价从国外进口，造成了我 国外汇的大量流失| ：3 5 】。 一1 2 一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 随着我国各行业对高纯卵磷脂的需求日益增加，我国2 0 1 0 年发展规划中已将 开发高纯卵磷脂产品定为重要任务。因此，卵磷脂的分离与分析越来越受到众多 研究人员的关注。 一1 3 东北大学硕士学位论文 第二章大豆卵磷脂分析方法确定 第二章大豆卵磷脂分析方法确定 2 1 实验仪器与试剂 2 1 1 实验仪器 ( 1 ) u n i e ou v - 2 0 2 c 型紫外可见分光光度计，上海精密仪器厂 ( 2 ) 电子分析天平f a 2 1 0 4 ，上海天平仪器厂 ( 3 ) 电热恒温水浴锅，江苏医疗器械厂 ( 4 ) 电热恒温干燥箱，上海精密实验设备公司 ( 5 ) 干燥器，南京实验仪器厂 ( 6 ) 索氏抽提器，铝皿盒，抽提套筒、滤纸及脱脂棉，锥形瓶，移液管，滴定 管，玻璃过滤坩埚，玻棒，小烧杯，抽滤瓶，抽气泵，碘量瓶，容量瓶， 消化管 2 1 2 实验试剂 ( 1 ) 石油醚( 分析纯) ，沈阳市新华试剂厂 ( 2 ) 氢氧化钠标准溶液( 分析纯) ，沈阳市新华试剂厂 ( 3 ) 乙醇( 分析纯) ，沈阳市新华试剂厂 h ) 碘化钾( 化学纯) ，沈阳市五四化学试剂厂 ( 5 ) 硫代硫酸钠( 化学纯) ，沈阳市新西试剂厂 ( 6 ) 三氯甲烷( 化学纯) ，沈阳市新华试剂厂 ( 7 ) 冰醋酸( 化学纯) ，沈阳市新华试剂厂 ( 8 ) 碘( 分析纯) ，沈阳市新华试剂厂 ( 9 ) 氯仿( 化学纯) ，沈阳市新华试剂厂 ( 1 0 ) 盐酸( 化学纯) ，沈阳市新华试剂厂 ( 1 1 ) 硫酸( 化学纯) ，沈阳市新西试剂厂 ( 1 2 ) 硝酸( 化学纯) ，沈阳市新西试剂厂 ( 1 3 ) 醋酸汞( 分析纯) ，沈阳宏伟化学试剂