玉米胚芽餅中植酸鈉的制取及純化工藝研究

李 健，谷艷玲，黎晨晨

(哈爾濱商業大學食品工程學院省高校食品科學與工程重點實驗室，黑龍江哈爾濱150076)

玉米胚芽餅中植酸鈉的制取及純化工藝研究

李 健，谷艷玲，黎晨晨

(哈爾濱商業大學食品工程學院省高校食品科學與工程重點實驗室，黑龍江哈爾濱150076)

以脫脂玉米胚芽餅為原料，通過稀植酸浸提、離子交換樹脂吸附、解吸、濃縮、精制等過程得到植酸鈉。實驗結果表明，植酸提取的最佳工藝參數為pH 2.2、提取溫度45℃、提取時間1.5h、料液比1∶8、植酸提取得率為74.73%。離子交換樹脂吸附解吸的最佳工藝參數為上樣液濃度2mg/mL，上樣液流速1mL/min，操作溫度45℃，pH約為2，洗脫液NaOH濃度0.6mol/L。

玉米胚芽餅，植酸鈉，制取，純化

植酸的提取方法主要分為化學合成法、微生物發酵法、溶劑萃取法。化學合成法成本太高，微生物發酵法技術不成熟，目前溶劑萃取法為生產植酸的主要方法。植酸的純化方法主要分為傳統的沉淀法和新興的離子交換法，沉淀法周期長、產率低、質量較差，離子交換法可克服傳統方法的缺點。本研究為制備高純度植酸鈉，首先采用溶劑萃取法，但未采用常規酸，如鹽酸、硫酸、硝酸、醋酸等，由于其不僅引入了其他雜質還帶來了環境污染［1］，所以轉而采用稀植酸直接浸提(“自萃取”)。其次采用離子交換法純化，據報道，D315離子交換樹脂對植酸有較好的吸附效果［4］，并且對色素的交換率非常低［7］，有利于在實際生產中各種植物中植酸的提取純化，因此采用D315陰離子交換樹脂進行純化實驗研究。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

玉米胚芽餅 青崗龍鳳玉米淀粉廠，低溫粉碎，過60目篩，水分8.09%、蛋白質15.29%、脂肪含量7.2%、灰分0.97%;鹽酸、氫氧化鈉、三氯化鐵、磺基水楊酸、鉬酸銨、偏釩酸銨、磷酸二氫鉀 均為分析純;D315陰離子交換樹脂、732陽離子交換樹脂(天津)、植酸鈉(C6H18O24P6·xNa+· yH2O)、植酸溶液 上海阿拉丁公司。

SHZ－A水浴恒溫振蕩器、101－1－S型電熱恒溫鼓風干燥箱、PC－1000數顯式電熱恒溫水浴鍋 上海躍進醫療器械廠;DL－5－B型離心機 上海逸龍科技有限公司;721型分光光度計 上海光譜儀器有限公司;R－205型旋轉蒸發儀 上海申勝生物技術有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 制備的工藝流程 脫脂玉米胚芽餅→稀植酸→水浴振蕩→離心→上清液→D315型陰離子交換樹脂吸附植酸→熱水預洗→NaOH溶液洗脫→植酸鈉溶液→Na+732陽離子交換樹脂脫鹽→濃縮→結晶→植酸鈉

1.2.2 提取工藝參數的選擇［4－5］精確稱取1g脫脂玉米胚芽餅置于50mL具塞三角瓶中，分別按不同pH、料液比，在不同溫度下振蕩提取一定時間，取上清液3000r/min離心5min后定容到一定體積，測上清液中植酸的含量。在單因素實驗的基礎上進行正交實驗，確定最佳提取工藝參數。

1.2.3 純化參數的選擇 脫脂玉米胚芽餅采用稀植酸浸提兩次，合并濾液，離心得上清液。將預處理后的D315陰離子交換樹脂轉為Cl－型，進行靜態吸附實驗優化樹脂吸附參數，在此基礎上進行動態吸附洗脫實驗。靜態吸附實驗用錐形瓶在恒溫水浴振蕩器上進行，達到平衡后測定吸附后上清液中植酸含量。動態吸附洗脫實驗在離子交換柱中進行，將一定濃度的植酸粗提液以一定流速流過樹脂，以45℃溫水洗柱，以一定濃度的NaOH溶液進行洗脫，得到植酸鈉溶液［6］。將該植酸鈉溶液一定流速流經Na+732陽離子交換樹脂洗脫Ca2+、Mg2+等陽離子，活性炭脫色，濃縮、結晶。

1.3 分析方法

1.3.1 植酸含量的測定 植酸鈉標準品中植酸根含量的標定及原料中植酸含量的測定－磷釩鉬黃比色法［2］，回歸方程為:y=1.0896x－0.0055，R2=0.9992，標定結果為 1.8889g植酸鈉中植酸根凈含量為1.0466g，植酸根凈含量為55.41%。原料中植酸凈含量為22.5519mg/g。

提取液中植酸含量的測定－三氯化鐵比色法［3］，回歸方程為:y=－0.7073x+0.9072，R2=0.9998。

植酸提取得率(%)=提取液中植酸含量/原料中植酸含量×100%

1.3.2 植酸鈉純度的測定 由于植酸鈉中含有不定的鈉離子和包埋水合離子，因此純度用植酸根凈含量來表示，采用磷釩鉬黃比色法［2］。植酸鈉中植酸根凈含量(%)=植酸根含量/植酸鈉結晶質量×100%。

2 結果與分析

2.1 植酸提取單因素和正交實驗結果分析

2.1.1 料液比對植酸得率的影響 由圖1可知，料液比的改變對植酸的得率影響較小，因此在考察以下其它因素時，料液比直接采用提取效果最佳的料液比為1∶8。

圖1 料液比對植酸得率的影響

2.1.2 pH對植酸得率的影響 由圖2可知，溶液pH為2.2時植酸的得率最大，溶液酸度過大，溶性的成分如酸性多糖、蛋白質等可能被溶出又重新與植酸結合成螯合態，所以酸濃度過高反而使得得率降低。而酸度過小，又不能把植酸更好地分離出來。故選擇pH2.2的植酸溶液為最佳提取pH。

2.1.3 溫度對植酸得率的影響 由圖3可知，當溫度由35℃上升到45℃時，植酸得率逐漸提高，達到45℃時提取效果最佳。溫度升高，分子動能增加，使植酸得率上升;但當溫度再升高時，可能因為原料中蛋白質等有機物的溶出后與植酸結合生成沉淀使提取率下降。故選擇45℃為最佳提取溫度。

圖2 pH對植酸得率的影響

圖3 溫度對植酸得率的影響

2.1.4 提取時間對植酸得率的影響 由圖4可知，植酸的得率隨著提取時間的延長有上升的趨勢，0.5～1.5h時有明顯的上升趨勢，提取時間為1.5h提取效果最佳，但是1.5h后隨著時間的延長非但沒有提高得率，反而使有機物等雜質溶出，并使過濾困難。故選擇1.5h為最佳提取時間。

圖4 提取時間對植酸得率的影響

2.1.5 植酸提取正交實驗 正交設計結果見表1，方差分析見表2。

由表1可知，植酸自萃取的最佳工藝參數為pH2.2，提取溫度45℃，提取時間1.5h，料液比1∶8。各種因素對提取效果影響的主次順序依次為:提取溫度＞pH＞提取時間。通過方差分析檢驗可知，pH和提取溫度對植酸提取影響極顯著，提取時間對植酸得率的影響顯著。

2.1.6 驗證實驗 按正交實驗確定的最佳提取條件進行驗證實驗，得率為74.73%。比正交實驗中的較優組得率高。因此正交實驗得出的優水平是可靠的。

2.2 吸附平衡時間、pH、溫度分別對D315陰離子交換樹脂靜態吸附效果的影響

分別考察吸附平衡時間、溫度、pH對吸附效果的影響。結果如下:如圖5，當吸附時間到120min時達到吸附平衡。如圖6所示，當在冰箱中4℃放置時，對植酸也有一定的吸附作用，隨著溫度的升高植酸的吸附量逐漸增加，45～50℃時達到最大吸附，溫度過高時吸附的同時也存在著解吸。因此最終確定45℃吸附效果最好。如圖7所示，當植酸提取液的pH為2時樹脂對植酸的吸附量達到最大值，隨著pH的增大吸附量逐漸下降，當pH大于6時明顯看到有沉淀生成，溶液中發生植酸復鹽沉淀。在此基礎上進行動態吸附實驗，上樣液用植酸將pH調到2，溫度為45℃。

表1 正交實驗表

表2 方差分析結果

圖5 吸附平衡時間

2.3 泄露點和飽和點的測定

離子交換樹脂有一定的交換容量，上樣液中植酸濃度太大，流速過快都會導致泄露點低;上樣液濃度太小，流速過慢，在實際中不經濟且周期太長。樹脂使用量與濃度、流速有一定的交互作用，可通過增加樹脂使用量增加上樣液濃度、增加流速。本實驗采用8g樹脂，所以采用2mg/mL植酸提取液進行吸附實驗。

由于Cl－對植酸的吸附有干擾作用［7］，所以進行鹽酸浸提液和植酸浸提液動態吸附測定泄露點和飽和點對比。2mg/mL的植酸提取液以1mL/min通過8g樹脂柱，10mL管收集，檢測各管植酸的含量。繪制實驗結果如圖8所示。

圖6 溫度對吸附的影響

圖7 pH對吸附效果的影響

圖8 動態吸附對比

由圖8可知，采用植酸浸提液可避免起始的Cl－離子干擾作用，利于植酸的純化。動態吸附結果表明，D315離子交換樹脂對稀植酸浸提液吸附效果較鹽酸浸提液的吸附效果好，無前期泄露，且飽和點高。

2.4 洗脫液濃度對洗脫效果的影響

選取3g飽和吸附植酸的樹脂分別在0.2、0.4、0.6、0.8、1mol/L NaOH溶液中浸泡過夜，取5mL浸泡液測定植酸含量，如圖9所示。結果表明，當NaOH濃度為0.6mol/L時的洗脫效果最好。

2.5 732脫陽離子、脫色、濃縮及純度測定

植酸鈉稀溶液采用1%～2%的活性炭脫色，以1.0mL/min速度通過Na+型732型陽離子交換樹脂，除去Ca2+、Mg2+離子。45℃真空濃縮，結晶。

純度測定:結晶后稱量一定重量定溶，測定溶液中植酸凈含量57.5%。

3 結論

采用正交實驗設計法研究提取條件對植酸提取得率的影響，最佳提取工藝參數為pH2.2、提取溫度45℃、提取時間1.5h、料液比1∶8，在此條件下進行提取植酸得率為74.73%。采用離子吸附洗脫法從脫脂玉米胚芽餅中提取植酸。結果表明，D315離子交換樹脂對植酸有較好的吸附作用，最佳純化工藝參數為上樣液濃度2mg/mL、上樣液流速1mL/min、pH約2、操作溫度45℃、洗脫液濃度0.6mol/L。在最佳提取及純化參數條件下，制取得到植酸鈉中植酸凈含量為57.5%，比本研究所采用的植酸鈉標準品中植酸凈含量55.41%高。

由此可見，采用植酸自萃取法不使用有機酸類萃取劑，避免引入大量陰離子雜質;同時縮短純化工藝流程和生產周期。本實驗結果表明，采用D315離子交換樹脂對稀植酸浸提液純化效果比對鹽酸浸提液的純化效果好，無前期泄露現象，且飽和點高。同時，提取純化制取植酸鈉的同時，可采用H+型732型陽離子交換樹脂對洗脫液純化除鈉離子制備植酸溶液，之后再次投入到植酸的提取工藝中，可達到循環使用、提高純度、節省成本的目的。所以采用自萃取法對玉米胚芽餅中植酸鈉的制取及純化效果更好，為得到高純度的植酸鈉提供理論依據。

［1］肖傳豪，李清霞.離子交換法提取植酸的原理分析［J］.化工時刊，2010，24(6):35－37.

［2］任傳英.高純度植酸的制備及其抗氧化活性研究［D］.黑龍江八一農墾大學，2007:18－19.

［3］GB－T 5009.153－2003植物性食品中植酸的測定［S］.北京:中國標準出版社，2003.

［4］陳建峰.同步提取、分離及純化菜籽餅粕中的多酚和植酸［D］.華中農業大學，2008:37－42.

［5］章炳誼.菜籽餅粕中植酸的提取及其抗氧化活性的研究［D］.合肥工業大學，2007.

［6］張丙華，張暉，王立，等.利用弱堿性陰離子交換樹脂從脫脂米糠中制取植酸的研究［J］.食品與飼料加工，2010(4): 30－32.

［7］郭偉強，王志剛.油菜籽餅粕中植酸的提取及結構鑒定研究［D］.浙江大學，2005.

Extraction and purification of phytic acid dodecasodium from defatted corn germ cake

LI Jian，GU Yan－ling，LI Chen－chen
(Key Laboratory of Food Science and Engineering，College of Food Engineering，Harbin University of Commerce，Harbin 150076，China)

The phytic acid dodecasodium was extracted with self－extraction，anion exchange adsorption，elution，refinement and concentration from defatted corn germ cake.The results indicated that the optimal process conditions of extraction:temperature 45℃，extraction time 1.5h，ratio of liquid to raw material 8∶1 and pH about 2.2，the observed value of phytic acid yield was 74.73%.The yield was the optimal process conditions of anionexchange:absorption solventconcentration2mg/mL，adsorption solventflow rate1.0mL/min，operation temperature 45℃ and pH about 2，NaOH elution solvent concentration 0.6mol/L.

defatted corn germ cake;phytic acid dodecasodium;preparation;purification

TS210.1

B

1002－0306(2011)12－0365－04

2011－06－08

李健(1956－)，男，教授，學士，研究方向:食品化學。