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肌醇的功能與應(yīng)用

肌肉醇也稱為環(huán)己醇,是一種親水維生素,屬于維生素b家族。肌醇是人、動(dòng)物與微生物生長(zhǎng)的必需物質(zhì),廣泛應(yīng)用于飼料、醫(yī)藥、食品等行業(yè)。肌醇通常以磷脂酰肌醇的形式廣泛分布于動(dòng)物和微生物細(xì)胞內(nèi),而在天然植物中,通常以肌醇六磷酸鹽的形式存在。目前肌醇主要以米糠餅粕為原料生產(chǎn)。米糠中植酸鹽含量較高,其中生產(chǎn)米糠油后的脫脂米糠中的植酸鈣鎂含量為10%~11%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他油料作物,因而脫脂后的米糠餅粕是提取植酸鈣、生產(chǎn)肌醇的最適合原料。我國(guó)米糠年產(chǎn)量1000萬(wàn)t以上,大部分用作動(dòng)物飼料,利用米糠生產(chǎn)肌醇有助于提高米糠的利用價(jià)值,減少資源浪費(fèi)。1植酸型肉酸酯的生產(chǎn)肌醇有多種立體異構(gòu)體,大多為內(nèi)消旋肌醇(myoinositol),這種肌醇可作為維生素B的重要組分,對(duì)某些微生物和動(dòng)物生長(zhǎng)有重要的促進(jìn)作用,而其他構(gòu)型的肌醇活性較小,用植酸作原料生產(chǎn)的主要是此種肌醇。肌醇在外觀上類似糖類,為白色結(jié)晶狀粉末,無(wú)臭、微甜(甜度為蔗糖的50%左右),在空氣中較穩(wěn)定。肌醇是一種多羥基化合物,具有多羥基化合物的通性,即易溶于水,微溶于乙醇、甘油、乙二醇,不溶于丙酮、氯仿、乙醚等有機(jī)溶劑。2傳統(tǒng)水解工法目前主要采用水解植酸鹽的方法生產(chǎn)肌醇,傳統(tǒng)方法有加壓水解法和常壓催化水解法,其中加壓水解法是常用的生產(chǎn)方法。隨著工藝研究的深入及酶的應(yīng)用,最近幾年又發(fā)展出酶解法、微波輻射法、化學(xué)合成法、離子交換法等制取肌醇的方法。2.1粗制肌醇的制備以植酸鈣鎂為原料生產(chǎn)肌醇時(shí),首先按照植酸鈣鎂∶水為1∶3~3∶5的比例放入打漿鍋中,充分?jǐn)嚢?使其成糊狀,以利于水解和吸入水解鍋。冬天注意使用溫水,以使植酸鈣鎂較快的吸收水分。利用真空將打漿后的植酸鈣鎂吸入水解鍋,在水解壓力0.5~0.6MPa下攪拌反應(yīng)10h左右,當(dāng)pH達(dá)到3.0左右時(shí)水解完畢。在加壓水解后的生成物中,除肌醇外,還有水不溶性的磷酸鹽和水溶性的磷酸和磷酸鹽。傳統(tǒng)方法通過(guò)加入石灰乳,發(fā)生中和反應(yīng),除去水溶性的磷酸和磷酸鹽,水解后產(chǎn)生的水不溶性磷酸鹽及中和反應(yīng)中生成的水不溶性的磷酸鈣沉淀,可通過(guò)過(guò)濾去除,濾渣可用作肥料,濾液中含有肌醇。肇立春報(bào)道,可使用堿土金屬鹽去除磷酸鹽,不僅可避免與肌醇生成絡(luò)合物,還可提高肌醇得率。在上述濾液中,加入濾液量0.5%~1.5%的活性炭,加熱煮沸,保溫15~20min,再進(jìn)行壓濾,以吸附色素和雜質(zhì)。汪多仁認(rèn)為,采用活性炭脫色易造成肌醇的吸附損失,通過(guò)脫色樹脂可達(dá)到更好的去除效果,肌醇的損失將減至最低。肌醇溶液經(jīng)上述處理后,大部分雜質(zhì)已除去,但水分含量仍較高,需進(jìn)行真空濃縮。濃縮至相對(duì)密度為1.28~1.30時(shí),冷卻結(jié)晶,離心分離,即得粗制肌醇。粗制肌醇中仍含有少量色素、雜質(zhì),可將粗制肌醇按1∶1.2的比例加入蒸餾水,加熱溶解,再加入活性炭進(jìn)行脫色,離心分離,取樣,用氯化鋇檢驗(yàn)硫酸根,用草酸銨檢驗(yàn)鈣離子,硝酸銀檢驗(yàn)氯離子,以檢測(cè)肌醇中雜質(zhì)去除效果。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果,使用蒸餾水或無(wú)水乙醇進(jìn)行洗滌,進(jìn)一步去除雜質(zhì),得到精制肌醇。2.2采用植酸/甘油水解法由于加壓水解法是在高溫高壓的反應(yīng)條件下進(jìn)行,對(duì)設(shè)備要求嚴(yán)格,精制工藝復(fù)雜,損失較多,生產(chǎn)成本高。常壓催化法是近幾年產(chǎn)生的一種生產(chǎn)肌醇的新方法,能降低設(shè)備投資,工序簡(jiǎn)易,產(chǎn)品回收率較高,降低了生產(chǎn)成本。李靜等使用植酸為原料,加入甘油和固體超強(qiáng)酸催化劑SO42-/TiO2,加熱水解植酸,運(yùn)用4因素4水平的正交試驗(yàn)方法篩選了水解的最佳工藝條件,水解時(shí)間為21h,工業(yè)植酸和甘油的質(zhì)量配比為3.5,催化劑用量為工業(yè)植酸用量的0.25%。該法中,以固體超強(qiáng)酸作催化劑,植酸經(jīng)加熱水解、過(guò)濾、結(jié)晶和烘干等工序,就可制得較高質(zhì)量的肌醇成品,簡(jiǎn)化了除雜、脫色、濃縮等工序。2.3植酸酶的應(yīng)用酶法生產(chǎn)肌醇,即利用酶制劑(主要是植酸酶和磷酸酯酶),將植酸及其鹽轉(zhuǎn)化為肌醇。植酸酶在動(dòng)物飼料中應(yīng)用較廣泛,可將植物性飼料中的植酸及其鹽降解為無(wú)機(jī)磷和肌醇。在過(guò)去研究中,人們均將關(guān)注的重點(diǎn)放在植酸酶水解植酸釋放無(wú)機(jī)磷方面,少有對(duì)降解產(chǎn)物肌醇的定量研究。對(duì)于水產(chǎn)動(dòng)物,尤其是經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的水產(chǎn)動(dòng)物,肌醇對(duì)維持其正常的生理功能起著非常重要的作用。在配制飼料的過(guò)程中,需添加肌醇以滿足動(dòng)物的生理需要。研究植酸酶添加與肌醇釋放量之間的關(guān)系,將有助于更好的配制飼料,降低飼料成本。王建玲等利用無(wú)花果曲霉的發(fā)酵液40mL(植酸酶活性5.7μ/mL、磷酸酯酶活性0.533μ/mL)水解植酸,將pH調(diào)至5.5,在55℃時(shí)發(fā)現(xiàn),肌醇對(duì)植酸的轉(zhuǎn)化率為10.3%,接近國(guó)外水平(轉(zhuǎn)化率為13.5%)。繼續(xù)增加酶用量,肌醇轉(zhuǎn)化率無(wú)明顯提高。王晗光等研究了植酸酶法提取肌醇時(shí),常見(jiàn)陽(yáng)離子對(duì)植酸酶活性的影響,篩選出了植酸酶激活劑Zn2+、K+,可通過(guò)提高植酸酶活性促進(jìn)肌醇的提取。Greiner等利用E.coli發(fā)酵生產(chǎn)肌醇時(shí)發(fā)現(xiàn),植酸酶首先將植酸鹽分解為肌酸單磷酸,然后肌酸單磷酸在酸性磷酸酶的作用下生成肌醇。2.4微波-離子交換法生產(chǎn)肌醇的其他方法包括化學(xué)合成法、微波輻射法、離子交換樹脂法等?;瘜W(xué)合成法是以葡萄糖為原料,在反應(yīng)釜中加入聚乙二醇、硼酸、無(wú)水氯化鋅、亞硝酸鈉等進(jìn)行反應(yīng),然后經(jīng)酸化、中和、過(guò)濾等步驟生產(chǎn)肌醇。用該法生產(chǎn)肌醇具有投資小、見(jiàn)效快等優(yōu)點(diǎn),葡萄糖生成肌醇的轉(zhuǎn)化率在60%左右,所合成的肌醇結(jié)構(gòu)和生理活性與天然產(chǎn)品完全一樣。胡珊玲等以鹽酸和尿素為提取劑,以脫脂米糠為原料,采用微波浸提、離子交換和微波水解從米糠中提取肌醇,能顯著縮短提取時(shí)間、降低成本、提高肌醇得率,并且具有操作簡(jiǎn)單、快速方便、環(huán)保友好等特點(diǎn)。潘聲龍用米糠浸泡水和玉米浸漬水為原料,采用連續(xù)離子交換法制備肌醇,得到肌醇的收率≥85%、純度≥99.5%,利用此法生產(chǎn)肌醇,提高了肌醇的回收率,降低了能源消耗,提高了生產(chǎn)效率,促進(jìn)了資源的有效利用。3肌肉乙醇的使用3.1肌醇在營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用肌醇能促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng),參與體內(nèi)新陳代謝活動(dòng),能合成肌酸磷脂、膜磷脂、鞘脂等前體物質(zhì),是維持動(dòng)物生理功能所必需的營(yíng)養(yǎng)素,尤其為肝臟和骨骼細(xì)胞的生長(zhǎng)所必需,對(duì)肝臟起保護(hù)作用。正常人的血液中,游離肌醇的含量為0.41~0.76mg/dl。因而,食品工業(yè)中,肌醇常作為營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑應(yīng)用于保健品、飲料和奶制品等。含肌醇的減肥降脂健美食品和營(yíng)養(yǎng)保健品風(fēng)靡歐美,美國(guó)1987年即推薦嬰兒食品中應(yīng)加入一定的肌醇。我國(guó)也針對(duì)保健品、飲料、奶粉中的肌醇檢測(cè)分別制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),但總體來(lái)看,肌醇在我國(guó)食品工業(yè)中的應(yīng)用尚處于起步階段,更多的應(yīng)用有待進(jìn)一步研究。3.2肌醇在糖尿病治療中的作用肌醇能促進(jìn)肝臟中脂肪代謝,臨床上肌醇可直接被制成肌醇片,用于治療肝硬化、脂肪肝、肝炎等疾病;肌醇還具有降低血液中膽固醇含量的作用,可治療脂肪與膽固醇分解代謝失調(diào)癥;肌醇還可改善PCOS(多囊卵巢綜合癥)女性的胰島素敏感性和排卵功能,治療婦女代謝綜合癥;肌醇在胰島素的信號(hào)傳遞中發(fā)揮著重要作用,可用于糖尿病的治療,在肌醇的9種同分異構(gòu)體中,對(duì)于糖尿病的治療起作用的主要是D-手性-肌醇和中肌醇,肌醇直接參與磷脂酰肌醇的合成,其肌醇環(huán)上的羥基磷酸化產(chǎn)物可作為第二信使,參與細(xì)胞內(nèi)多種信息的傳遞。研究表明,體內(nèi)葡萄糖含量增高時(shí),將刺激胰島素細(xì)胞生成更多的磷脂酰肌醇,其反饋調(diào)節(jié)胰島素細(xì)胞功能,促進(jìn)胰島素分泌,從而起到調(diào)節(jié)葡萄糖含量的作用。肌醇的甲基衍生物,如松醇、紅杉醇等同樣具有降血糖的作用。肌醇也可用于合成煙酸肌醇酯、脈通等藥物,用于治療動(dòng)脈硬化、高膽固醇等疾病。肌醇及其衍生物還可用于治療憂郁癥和強(qiáng)迫性錯(cuò)亂癥。3.3肌醇的用量對(duì)魚類生長(zhǎng)和飼料利用的影響肌醇是水產(chǎn)動(dòng)物必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),對(duì)維持其正常的生理功能有著重要的作用。肌醇通常作為營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑添加到魚類和甲殼類水產(chǎn)動(dòng)物的飼料中,以促進(jìn)水產(chǎn)動(dòng)物的生長(zhǎng)。水產(chǎn)動(dòng)物肌醇攝入不足時(shí),會(huì)造成食欲不振、生長(zhǎng)阻滯、飼料轉(zhuǎn)化率低、背鰭斷裂、脂肪肝綜合癥、腹?jié)q等癥狀。文華等研究了草魚幼魚肌醇的需要量,結(jié)果表明,飼料中肌醇添加量為166~214mg/kg對(duì)草魚生長(zhǎng)有較好的促進(jìn)作用。黃忠等研究表明,在卵形鯧鲹飼料中添加不同含量肌醇時(shí),飼喂56d,發(fā)現(xiàn)當(dāng)添加量為720mg/kg時(shí),魚的增長(zhǎng)率和特定生長(zhǎng)率顯著高于其他添加量組,同時(shí)研究還表明,添加肌醇能顯著降低血液中甘油三酯濃度。Levine等研究發(fā)現(xiàn),在金魚飼料中添加肌醇,可提高金魚的游動(dòng)能力。Shi等在羅非魚幼魚的飼料中添加肌醇發(fā)現(xiàn),當(dāng)添加量為350mg/kg時(shí),羅非魚的生長(zhǎng)速度顯著高于其他組。肌醇對(duì)蝦類、蟹類等甲殼類水產(chǎn)動(dòng)物的生長(zhǎng)也有較好促進(jìn)作用。Shi等以草蝦的幼蝦為研究對(duì)象,在飼料中添加不同水平的肌醇,飼養(yǎng)8周后發(fā)現(xiàn),添加4000mg/kg肌醇的試驗(yàn)組草蝦增長(zhǎng)最快,且飼料中蛋白質(zhì)利用率最高。林仕梅等研究了不同水平肌醇添加量對(duì)中華絨螯蟹生長(zhǎng)的影響,發(fā)現(xiàn)添加量為400mg/kg時(shí),中華絨螯蟹生長(zhǎng)速度最快。4肌醇在水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用現(xiàn)狀目前肌醇的生產(chǎn)主要是以米糠為原料來(lái)制取,我國(guó)是稻米生產(chǎn)大國(guó),因而,我國(guó)有充足的原料進(jìn)行肌醇的生產(chǎn),這不僅有利于提高米糠的附加價(jià)值、減少糧油加工副產(chǎn)物的資源浪費(fèi),且生產(chǎn)的肌醇應(yīng)用于醫(yī)藥、食品加工、飼料、化妝品等領(lǐng)域,對(duì)人民的健康、生活等有著重要意義。我國(guó)是肌醇生產(chǎn)大國(guó),目前肌醇年產(chǎn)量在3000t左右。近年,人們對(duì)肌醇的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行了較多研究,但目前仍主要采用加壓水解法,該法生產(chǎn)肌醇存在著原料利用率低、工藝

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