植酸的生物活性及應用

(陜西理工大學化學與環境科學學院，陜西漢中，723000)

植酸又名環己六醇磷酸酯，俗稱菲丁，其分子量：660.04、分子式：C6H18O24P6。植酸主要用于食品添加劑、醫藥原料、金屬保護劑及阻燃原料，在工業上可用于涂料、防銹、顯景、洗凈、稀土金屬分析、防爆和防靜電等試劑。周圍環境pH值的變化和金屬離子的多少會使植酸變成植酸鹽或自由態等許多不同形式存在，具有良好的抗氧化性和螯合作用，可以制作成水果、蔬菜、肉類、食用油等制品的抗氧化劑。

1 植酸的生物活性

植酸的存在形式受pH值、共存金屬離子及蛋白質的種類等諸多因素影響，尤其在食品與生理系統中存在形式比較復雜。在動物消化道的pH值環境下，植酸分子可以與許多二價及以上金屬離子反應形成穩定的復合物，植酸與金屬離子結合的數量、穩定性和環境的pH值密切相關。而蛋白質表面的帶電氨基酸集團可以與植酸發生靜電結合，當體系pH值低于蛋白質的等電點時，蛋白質與植酸之間將產生強烈的靜電作用，這會對蛋白質的穩定性產生影響，而且植酸酶會被植酸與金屬離子的結合物抑制。植酸與大多數蛋白質可以在酸性環境下結合，這會改變蛋白質表面的靜電性，進一步影響蛋白質的穩定性及其功能[1]。而這些影響都會降低金屬離子與磷的生物利用率。

飼料及食品中也存在植酸，會改變某些組分的溶解度，提高生物對它們的利用率，因為它可以直接或間接的與蛋白質、淀粉、礦物質等結合。而且在一般條件下，植酸的磷酸基團可以與帶正電荷的離子及蛋白質形成穩定的螯合物，以此影響生物體對蛋白質和礦物質的吸收和消化[2]。

2 植酸的各種性能

2.1 植酸與金屬的作用

植酸作為多齒金屬螯合劑，金屬可以和其上的六個磷酸基螯合，能與諸多金屬離子發生配合反應，還能與諸多金屬外層原子反應生成膜，從而抑制金屬被腐蝕。而生成的膜上有較多的磷酸基團和羥基，無毒且能與金屬表面的有機涂層反應，從而提高它們之間的吸附力[3]。植酸上的磷酸根還受介質環境、離子強度影響，在與堿金屬、堿土金屬之間進行復雜的相互作用下，還能與金屬離子形成復雜的復合物鹽。

植酸的結構、作用機理與硅烷相似，可以用來增強鋼鐵表面涂層的耐蝕性、附著力，能夠改善環境污染的現狀。戎家玥等[4]用植酸處理金屬，在處理后的鋼鐵表層形成有機植酸轉化膜，起到與金屬的有機涂層性質相類似的作用，還能與有機涂層化學反應，增強它們之間的粘接力；同時膜層致密、完整，空洞小且極少，可以有效阻止金屬基體形成微電區以及被氧氣腐蝕，提高基體的耐蝕性。而馬全揚[5]用植酸處理鎂合金表面，研究在不同工藝條件下植酸與Mg2+反應，形成不同的表面形貌、成分和表面積，對鎂合金表面性能的影響，為后續制備高性能玻璃纖維增強鎂合金合板做了鋪墊。崔世亮等[6]用植酸制備環保型防銹劑，發現植酸可以在金屬表層自發組裝并且緩慢釋放它的性能，形成整齊光滑的植酸轉化膜，其晶粒極其緊密的排列呈現出稻粒狀，其主要由金屬的氧化物、螯合物和植酸組成，可以有效阻止金屬被腐蝕。而邵雄等[7]用植酸改性了環氧樹脂，研究發現植酸改性環氧樹脂很好地表現出了植酸的緩蝕性、屏蔽作用，而用植酸改性環氧樹脂制備的水性環氧-丙烯酸酯乳液的耐腐蝕性能有著顯著提高，對水性環氧防腐涂料的發展有很大的啟發。秦蓬波等[8]制備阻蝕型聚硫密封膠，用不同的植酸含量對聚硫密封膠組合，并考察了其活性期、力學性能、粘接性能以及其阻蝕等性能，發現植酸分子中的P=O基團可以和過渡金屬形成穩定的配合，防止了金屬被進一步氧化，當植酸摻量相對較高時，聚硫密封劑的活性期越長、阻蝕效果就越好。雷黎等[9]探索pH值會怎么影響水滑石/植酸復合膜的構成、性能及微觀下的形貌變化，植酸的后處理可以改善膜層裂紋；發現環境的pH值在7左右時，水滑石/植酸復合膜最致密、耐腐蝕的性能最強。

植酸與金屬絡合反應的產物，能很好地保護金屬，而植酸的羥基、磷酸基等可以與有機涂層反應增加有機涂層與金屬表面吸附力，在許多國家已經利用植酸鹽進行了對金屬表面涂裝的處理，形成的植酸轉化膜效果顯著。而用植酸處理涂裝形成植酸轉化膜的處理工藝還能進一步優化，其處理藥劑配方還可以進一步的完善。

2.2 植酸的抗營養價值

植酸是天然的抗營養因子，有較強的抗氧化性，能除去對人體有害的金屬離子、抑制某些細菌的生長，可以用于食品的抗氧化劑、保鮮劑、防腐劑、增味劑和變色防止劑。而在化妝品中添加使用時，還可以改善使用者的皮膚顏色、促進其皮膚血液循環，還能應用于潤膚霜、洗發水、染發劑、牙膏、牙科用粘固粉等。

植酸阻礙革蘭氏陽性菌及其芽孢生存與繁衍，對肉毒桿菌和黃色葡萄球菌以及溶血鏈球菌等抑制尤為顯著。李冠霖等[10]用植酸做保鮮劑調理鴨肉，研究了用植酸煮制鴨肉時間、溫度等對鴨肉的影響，發現了合適的植酸煮制時間與溫度對鴨肉組織內部細菌的影響，以及對鴨肉組織內部的各種物質的保護和對肉質的影響。植酸是自然界存在的有機化合物，能抑制水果、蔬菜細胞的呼吸作用，從而對果蔬進行保鮮，張介馳等[11]用不同濃度的植酸與VC復配液處理滑菇，發現植酸和VC復配后對滑菇起到更好的保鮮效果，能較好地抑制滑菇的生物變化，保證滑菇的感官品質，并確定了配方。王天豐等[12]通過體外實驗研究植酸作為螯合劑的去污能力，利用植酸能吸收利用一部分離子的能力，有效除去了牙本質表面的污垢層，還能與細菌生長必須的金屬離子反應進而抑制細菌生長，并對牙本質本身的化學組分無影響。姜麗等[13]研究發現用植酸處理采后紫背天葵，可以抑制其生理生化反應，有效提高紫背天葵貯藏生理品質、延緩衰老。

植酸是一種低毒積弱型抗營養因子，在植物中以磷酸鹽形式為主存在，能與許多金屬離子發生螯合反應，可以抑制蛋白質的消化性能，還能抑制淀粉酶和胰蛋白酶的活性，會影響到機體生理活動[14]。還可以抑制氧化并具有一定的抑菌作用，從而延緩食品品質劣化，植酸的用途與應用范圍廣泛，可以預見植酸在食品、醫用、工業等領域的地位將會愈發重要，是未來所需的一種重要的應用原材料。

2.3 植酸的醫用價值

植酸具有增加NK細胞的活性、抗氧化性、阻礙多種癌細胞增殖的功能，且對平常的細胞沒有傷害，因此在醫學上也有著廣泛的應用。植酸水解產生的肌醇也具有一定的抗癌性，而且植酸與肌醇的抑癌效果比較溫和，有研究認為將兩者合用可以提高對腫瘤的抑制效果，合用后能對5種癌細胞產生抑制，對不同的癌細胞抑制效果不同，隨劑量的增加效果有所提高[15]。

植酸能引誘結直腸癌的分化從而阻礙腫瘤進一步惡化[16]，食物中的植酸經人體腸胃水解后，其水解產物能阻礙結直腸癌細胞的發展。孫立等[17]討論了植酸與它的水解產物可以對NDRG1蛋白的表達產生的反應，而且研究了植酸與它的水解產物引誘瘤細胞分化原因。認為其水解主要產生的肌醇，可以與植酸聯合起抗腫瘤作用，抑制結直腸癌生長。有研究表明植酸能夠影響黏腸膜的屏蔽功能，程立雪等[18]構建出結直腸癌的大鼠模型，擬從zo-1、claudin-1和occludin蛋白的表達切入，發現植酸能利用改變緊密連接功能來改變腸黏膜的屏蔽功能，加強了occludin與zo-1蛋白的表達水平，降低了claudin-1蛋白的表達水平，從而抑制了結直腸癌的表達。

植酸可以從導致癌細胞的周期停滯、加快癌細胞的分化凋亡、阻礙癌細胞的增值等諸多途徑阻礙癌細胞的發展，還可以對結直腸癌中Wnt信號通路產生影響，進而對細胞周期進行調節，從而抑制結直腸癌的發生，并且對機體無不良影響，相比于其他藥物副作用極小，在未來一段時間內植酸及其水解產物很可能成為抑癌領域的新寵[19]。

2.4 植酸的阻燃性能

物質的燃燒需要助燃氣體、熱源、能燃燒的物質，而且在有焰燃燒時自由基的鏈式反應不可或缺，阻燃劑通過抑制自由基的鏈式反應、降低助燃氣的濃度、終止熱量傳遞和隔絕氧氣等實現阻燃。而植酸是一種自然界存在的無毒含磷物質，其較高的含磷量讓植酸有很高的阻燃性能[20]，物質在燃燒的時候磷類阻燃劑會裂解成為小分子P·、P2及PO·，P·和PO·可以與OH·或H·自由基反應，其產物可以加速材料的降解，而產物HPO與H·作用產生H2和PO·，可以擾亂由基的鏈式反應，其產物能夠減少H·濃度從而熄滅火焰。

植酸阻燃劑近年來已經成為一個熱門話題，肖文成等[21]用植酸對滌綸織物浸軋焙烘，優化了植酸對滌綸織物的阻燃處理工藝，處理后的滌綸織物表現出了優良的阻燃性能，其極限氧指數達到30.7，燃燒面積明顯減小，熱分解的速度熱釋放總量明顯降低，而且對組織物的白度、硬挺度和斷裂強度等物理性能沒有明顯影響。而邢亞琳[22]用植酸、氧化淀粉合成氧化淀粉植酸酯中間體POST，再加成縮合制備一類別的氧化淀粉植酸酯Schiff base，將其與DDPO反應獲得七種含磷較高的阻燃劑，進一步實驗驗證了其良好的阻燃性能。張秋艷[23]應用尿素和植酸的一步反應加工成了植酸銨，再將其接枝到lyocell再生纖維素表面，得到了阻燃型耐久纖維，發現新型lyocell再生纖維有良好的阻燃性能，并利用植酸和雙涂覆法研發了新的阻燃型纖維。

近年來因為鹵素類阻燃劑燃燒后會產生對人體有傷害的氣體，且磷、氮阻燃劑能夠和鹵素阻燃劑相媲美，因此植酸作為無毒和環境友好性阻燃劑愈發被重視，其主要用于聚乳酸、EVA等領域。在阻燃劑體系中加入植酸鹽后阻燃效果有明顯優化，并降低了體系的熱釋放速率，植酸中磷元素存在于不同的體系中還能改善體系的成炭性能[24]。由于生活中易燃物的增多，各種火災對人民生活生命的危害日益嚴重，很有必要研發無毒的新型阻燃劑，所以植酸作為一種綠色無毒天然產物，在阻燃領域有著重要的意義。

3 總結與展望

植酸是一種天然無毒提取物，具有良好的生物活性，是一種具有較強的螯合性的抗營養因子，還能保護金屬、抑制癌細胞、制作新型阻燃劑。植酸在食品、工業、醫療等領域都具有很高的應用價值。

植酸在食品保鮮、金屬保護、阻燃劑和治療癌癥等方面有著舉足輕重的作用。植酸制成的保鮮劑能有效地抑制微生物的生長繁殖、延緩脂肪氧化，有效地保持了產品的原有品質；并且有很強的螯合性，能與金屬形成致密、均勻的絡合物有效保護金屬免受腐蝕，還可以與油漆反應增加油漆在金屬表面的附著力，能與有機涂層發生反應增強其屏蔽和防腐性能；還是天然的營養品，可以與金屬離子絡合，具有強抗氧化性，能除去對人體有害的金屬離子，抑制氧化并具有一定的抑菌作用，在食品、醫用、工業等領域的地位將會愈發重要，是未來諸多產業所需的一種重要應用原材料；并且有多種抑制癌細胞增殖的功能，且對正常細胞無影響，相比于其他藥物副作用極小，而植酸的不同水解率產物對癌癥的防治有重要意義，其水解產生的肌醇也能有效地降低乳腺癌細胞分化和傳播速度；還是一種天然的環境友好型無毒的含磷有機化合物，作為一種綠色無毒天然產物，制備成的阻燃劑被行業寄以厚望，在阻燃領域有著重要的意義。

植酸在生物傳感器和吸附等領域也備受矚目，但是目前植酸的應用還有諸多問題有待解決：如何準確地檢驗植酸的含量和其使用的閾值；如何減弱植酸的抗營養作用；如何對植酸進行大規模有要求的生產及如何發揮其最大潛在價值等諸多問題。隨著植酸相關方面研究的不斷深入，相信今后植酸的應用領域和范圍將被進一步的拓寬，存在的問題也會逐步解決。