植酸

营养与食品卫生学第十一节制作小组：主要内容一、植酸？二、植酸的结构与分类四、植酸在食品工业中的应用五、植酸的产品质量检测三、植酸的生物学作用一、植酸(phyticacid)•概念：又名环六醇六磷酸酯即肌醇六磷酸酯（inositolhexaphosphate,IP6），化学名称是环己六醇1,2,3,4,5,6一六磷酸二氢，是一种广泛存在于植物中、含有六分子磷酸的肌醇酯，具有螯合、抗氧化、调节免疫、抗肿瘤等多种生物学作用。•分子式：C6H18O24P6。•状态：为淡黄色或淡褐色粘稠液体，呈强酸性，易溶于水、含水乙醇、丙酮，难溶于无水乙醇、甲醇；不溶于无水醚类、苯、已烷、氯苯等。其分子中有12个酸性氢原子，可分三步电离。•分子构象：光谱分析其分子构象为六碳环，具有不对称结构。二、植酸的结构与分类•植酸主要分布于种籽胚层和谷皮中，在谷类和豆类中含量可达1%-6%。植酸进入消化道后即被水解为终产物肌醇和无机磷酸，当水解不完全时其产物则包括五、四、三、二和单磷酸肌醇的系列混合物（IP1~5）。肌醇在肠道细胞内被磷酸酸化形成低磷酸化形成IP1~5。哺乳动物细胞内几乎均含有肌醇六磷酸及其低磷酸化形式，其中绝大部分分布于胞浆中，参与调节细胞重要功能。三、植酸的生物学作用植酸的生物学作用螯合作用调节免疫功能抗肿瘤作用抗氧化作用螯合作用•植酸具有较强的螯合作用。当植酸完全解离时带有较强的负电性，可与二价、三价阳离子，如Ca2+、Mg2+、Fe3+、Zn2+、Cu2+等结合形成不溶性螯合物，因此植酸能与食物中的多种矿物质离子螯合形成不溶性盐，抑制小肠对矿物质的吸收，导致生物利用率降低，故植酸通常被视为抗营养因子。抗氧化作用•植酸的抗氧化作用主要基于其对Fe3+、Cu2+等过渡态金属离子的螯合作用。植酸通过对铁、铜等离子的螯合作用阻止Fenton反应，抑制活性氧的形成，从而保护细胞免受氧化损伤。Fenton反应•1894年，化学家Fenton首次发现有机物在(H202)与Fe组成的混合溶液中能被迅速氧化，并把这种体系称为标准Fenton试剂，可以将当时很多已知的有机化合物如羧酸、醇、酯类氧化为无机态，氧化效果十分明显。Fenton试剂是由H202和Fe混合得到的一种强氧化剂，特别适用于某些难治理的或对生物有毒性的工业废水的处理。由于具有反应迅速、温度和压力等反应条件缓和且无二次污染等优点，近30年来，其在工业废水处理中的应用越来越受到国内外的广泛重视。•因其发音，又被称之为“粪桶试剂”（非专业用语）。Fenton试剂降解有机物的机理：•(1)Fe2++OH-→Fe3++OH-+OH.•(2)OH.+Fe2+→Fe3++OH-•(3)Fe3++H202→Fe2++HO2.+H+•(4)Fe3++HO2.→Fe2++O2+H+•(5)Fe2++OH.→Fe3++OH-调节免疫功能•植酸能增加T、B淋巴细胞和NK细胞的活性，从而增强机体的免疫功能。实验表明，植酸可增强小鼠胸腺指数、脾指数和脾细胞抗体生成能力和NK细胞活性。抗肿瘤作用•动物实验和体外实验显示植酸（及其低磷酸化状态）具有广谱抗瘤作用。植酸抗癌有多种机制:①基于其抗氧化作用,能有效阻止轻基自由基产生以及与细胞增殖有关的阳离子结合形成复合物,从而能阻止癌细胞的增殖。②可预防DNA的氧化损伤,植酸通过对金属离子的鳌合而降低H2O2中活性氧的生成,进而抑制H2O2与Cu2+对DNA特定序列GG与GGG的损害,起到防癌作用。③植酸可通过调控细胞的信号传导来抑制细胞的增殖与分化,还可导致细胞从恶性分化向正常的表型逆转。④植酸干预细胞周期的机制,植酸通过调整CDKI一CDK一cyclin这一复合体,抑制CDK一cyclin中激酶的活性,导致Rb蛋白的低磷酸化,进而使转录因子E2E4的非活化状态结合型增加,使S期相关基因的转录受到抑制,从而使细胞停滞于G期,促进了细胞凋亡的发生。⑤植酸能够促进抑癌基因P53表达,并通过多种途径来抑制血管形成,从而阻断血液对瘤体的营养输送,使瘤体缩小。补充：植酸的制备方法微生物发酵法1971年，William发现粗糙链孢霉肌醇缺陷型,突变株能产生植酸及其异构物，该法的关键问题是通过对土壤微生物作精心筛选,寻找适当产生菌，也可用诱变剂处理，选得肌醇缺陷型菌株来生产植酸；还可用肌醇产生菌突变定向生物合成植酸。当今基因克隆技术已很成熟，可把体中有关植酸生物合成的基因克隆到合适的微生物中制备植酸生产工程菌，从而实现微生物发酵生产。这种方法是未来植酸生产的趋势。•溶液萃取法用稀强酸溶液浸泡含植酸钙的原料(如米糠、麸皮、玉米等)使植酸钙溶解于浸渍液中，再经过离子交换、脱色、浓缩而制得。这是目前广泛应用的制备植酸的方法，其生产工艺流程主要有以下三种：沉淀法、离子交换法和与纳米技术相结合的方法。植酸的提取具体操作方法将实验室制备的植酸钙用蒸馏水洗去可溶性杂质,用10%左右的稀植酸溶液作溶剂溶解植酸钙、搅拌2h,经分离得到稀植酸溶液,经再生好的氢型001×7阳离子交换树脂处理,以除去其它阳离子,得到稀植酸溶液,此液体呈棕褐色浆状半透明。在参考了大量文献和实践后,在稀植酸中加入液体量2%的活性炭,并加热到45°C,同时搅拌,10min左右,经处理后得到无色透明澄清的溶液,经旋转蒸发器浓缩,在一定温度和压力下,制备出商品植酸。四、植酸在食品工业中的应用•抗氧化剂•保鲜剂•护色稳定剂•酒类降固剂抗氧化剂油脂和油脂含量较高的食品放置一段时间后，由于油脂的氧化作用而酸败变质，使其商品价值大为下降，而在其中加人少量植酸即可抑制其氧化和水解酸败。如在大豆油中添加0．01％～0．2％的植酸，可使大豆油的抗氧化能力提高4倍；在花生油中加人少量的植酸，不仅可使其抗氧化能力提高40倍，而且还可抑制具有强致癌作用的黄曲霉素的生成。机制：植酸的抗氧化特性在于它能与金属离子发生极强的螯合作用，即植酸与许多可促进氧化作用的金属离子螯合而失去活性，同时释放出氢，破坏自氧化过程中产生的过氧化物，使之不能继续形成醛、酮等产物，而产生良好的抗氧化性。保鲜剂植酸作为食品保鲜剂，能有效地提高食品贮存功能和改善食品质量，使其色、香、味保持较长时间而营养不变。在贝类罐头中添加0．1％～0．5％植酸，鱼类中添加0．3％植酸，能有效地防止黑变及高温变色。在牛肉保鲜剂中加人0．2％植酸可有效延长其保质期。用植酸处理鲜果和蔬菜，其保质期明显延长，如草莓经植酸处理后，其Vc降解显著减缓。机制：植酸作为果蔬保鲜剂，安全无毒，使用方便，其可能作用机理：一是利用其抗氧化作用防止果蔬氧化变质；二是螯合果蔬表层的金属离子使其推动催化特性；三是封闭蔬菜、水果等食品表皮的气孔，抑制呼吸作用，减少水分散失和营养的消耗，同时抑制和抵制真菌的繁殖与侵入。护色稳定剂酶性褐变和非酶性褐变是果蔬加工和储藏过程中两大难题。植酸作为添加剂能有效减缓或阻止这些反应的发生。如植酸和植酸钠对苹果汁防止褐变和菠菜汁加工过程的护色都有较好的作用。将少量的植酸加入到面包、色拉等食品中，可以增强食品中天然色素和合成色素的稳定性。酒类降固剂在酿酒过程中，易带入一些金属离子(尤其是铁离子)，同时其本身还含有一定的可溶性蛋白质、多酚类物质，在储存中这些固形物就会析出，从而影响酒类的口味和品质。添加适量植酸可有效地除去金属离子和固形物。植酸净化稀糖蜜酒类及饮料用水时，可将其中的铁质去除99．5％以上。以含植酸为主要成分的快速止渴饮料适合于激烈训练的运动员和高温作业的工人饮用，具有快速止渴、复活神经机能和保护脑、肝、眼等作用。机制：植酸的结构中含有六分子磷酸，完全解离时负电性很强，可与二价、三价阳离子(如Ca2+、Mg2+、zn2+、Fe3+等)结合形成不溶螯合物；碱性磷酸基团能与蛋白质中质子化的氨基酸结合，形成不溶复合物，从而能有效地去除酒类中的固形物。四、产品质量检测•对植酸进行了如下测定:植酸含量的测定(以C6H18O24P6计)(硝酸钍滴定法)、植酸中钙的测定(比浊法)、无机磷的测定(钼蓝比色法)、氯化物的测定(比浊法)、硫酸盐的测定(比浊法)、砷的测定(砷斑法)、重金属的测定(比浊法)。本研究工艺生产的植酸与化学工业部植酸(食品添加剂)标准--HG2684-95性能比较,见表1。•表1植酸含量比较表•项目标准本实验结果•含量(以C6H18O24P6计)≥50%≥85%•无机磷(以P计)≤0.02%≤0.02%•氯化物(以Cl计)≤0.02%≤0.02%•硫酸盐(以SO42-计)≤0.02%≤0.02%•钙盐(以Ca2+计)≤0.02%≤0.02%•砷(以As计)≤0.0003%未检出•重金属(以Pb计)≤0.003%未检出外观淡黄色或浅褐色粘稠液体浅黄色粘稠液体•实验证明植酸具有天然、无毒的特点，相对合成添加剂而言更为安全可靠，而且具有很多生理活性和保健功能，随着对其研究的深入，植酸会日益展示出其多功能性。