肇立春，朱旭东，刘 婷，刘 娣，范怡蒙

（1.沈阳师范大学 粮食学院，沈阳 110034；2.辽宁省粮油检验监测所，沈阳 110000）

0 引 言

肌醇是饱和环状多元醇，即六羟基环己烷，具有类似维生素B1和维生素H的作用，是人类和动物维持正常生理功能不可缺少的低分子有机物。近年来，肌醇在食品工业、医药工业、饲料工业等领域的应用日趋广泛。食品工业中肌醇常作为营养强化剂。人体每天对肌醇需求量是l～2g，许多保健饮料和儿童食品中都添加有微量肌醇。医药工业中肌醇主要用于治疗肝硬化、脂肪肝、血管硬化、血液中胆固醇过高、四氯化碳中毒症等疾病，同时肌醇具有促进细胞生长和防止老化的医疗作用［1］。

中国和日本是世界上两大肌醇生产国，中国始终占有原料优势，日本占尽技术优势。目前日本生产厂少但规模较大、工艺先进、产率高，肌醇得率接近13.5%，其技术封锁严重；我国有30多个生产厂，但规模较小、工艺落后、产率不足10%。因此，加强肌醇生产反应的机理研究，改进生产技术，实施资金密集、技术密集的集约化经营，提升肌醇的产率是第一要素。在传统工艺研究的基础上，采用酶法辅助植酸盐常压水解替代高压水解，离子交换技术替代沉淀法提取肌醇，取得了初步的成效，与老工艺沉淀法平行试验，肌醇产率从7%提高到了13%左右。

1 实验内容

1.1 仪器材料

高压反应锅，层析柱（φ150mm×1 000mm），D318阴离子交换树脂，732阳离子交换树脂，701阴离子交换树脂，LC－10A高效液相色谱仪，SCL－10A紫外可见检测器，AlltimaC18色谱柱，CR7A数据处理仪，Q－100型超声清洗仪（江苏）。工业盐酸，乙氰（色谱级），二乙二醇醚（分析纯），植酸酶、磷酸酯酶、肌醇（药用），脱脂米糠（辽宁中稻）。

1.2 实验方法

1.2.1 植酸盐的制备

取脱脂米糠放入烧杯中；向脱脂米糠中加入8倍量的蒸馏水，搅拌均匀放入微波反应仪中，辐射温度40℃、辐射功率200W、辐射时间（液体）40min，取出后加入200mL稀盐酸和0.2g尿素搅拌浸提。将此浸提液以一定的流速通过D318阴离子交换树脂，再用水洗涤树脂直至流出液澄清。然后用碱溶液通过阴离子交换树脂洗脱吸附在树脂上的植酸。将流出液（植酸盐溶液）浓缩至浓度为15%～18%（以植酸计）后备用。

1.2.2 植酸盐的水解

植酸盐水解是肌醇提取的关键环节。为了缩短生产周期，提高水解率，在实验中改原来的高压水解为植酸酶催化常压水解［2］，收到了较好的效果。

1.2.3 肌醇的精制

将上述水解液以一定的流速依次通过701和732阴、阳离子交换树脂，除掉溶液中的各种盐类和色素［3］。此操作重复至溶液中的阴、阳离子浓度达到规定的要求。之后将流出液浓缩，浓缩终点是溶液比重为1.290，再冷却结晶，离心分离后得到精制肌醇。

2 结果与分析

2.1 工艺确定

米糠中肌醇是以植酸钙复盐存在的，在酸性条件下水解出来。传统的工艺是将米糠酸浸液加碱沉淀后制备菲汀，然后水解菲汀制备肌醇［4］；而改用离子交换技术处理浸提液时，植酸根离子被交换在树脂上，用碱性溶液洗脱后，植酸根便与碱成盐从而被洗脱下来。一般使用烧碱，生成可溶性的植酸钠，利于后续工段操作，水解也易行。工艺路线如下：

米糠→微波浸提→过滤→离子交换→洗脱→浓缩→水解→过滤→离子交换→浓缩→冷却结晶→过滤→干燥→成品

研究表明，在菲汀制备与植酸盐水解液除杂工段采用离子交换技术替代中和反应，有以下优点：1）由于减少了菲汀沉淀工序、磷酸与磷酸酸式盐沉淀反应以及可溶性植酸盐水解速度快等因素，缩短了生产周期，减低成本；2）因不使用石灰与碱土金属碳酸盐等碱性物质，避免了沉淀法中上述物质残留于肌醇中，提高了肌醇的纯度；3）避免了沉淀法米糠中蛋白质与糖类会在酸浸时部分来到溶液中，沉淀反应后也会混于菲汀中，使肌醇的纯度和收率受影响的问题；4）植酸盐水解液采用离子交换技术处理，能有效的除掉各种阴、阳杂质离子，纯化肌醇溶液，简化结晶后的精制工序。

2.2 洗脱剂的选择

2.2.1 洗脱剂的种类

前面酸浸液经过离子交换后，植酸以植酸根的形式吸附在树脂柱上。洗脱时，通常采用NaOH、KOH、NH3·H2O等碱性溶液或NaCl、KCl、NH4Cl等盐溶液，实验中试用了4种洗脱剂，浓度均为5%，以2mL／min的流速洗脱，实验结果如表1。

表1 洗脱剂对植酸钠收率的影响（n＝4）

表1中可以看出，使用各种洗脱剂，植酸的收率均在97%以上，蛋白质与淀粉的残留也都比较小。由于使用盐溶液会带来新的阴离子，影响后面阴离子树脂的交换能力，综合考虑以使用NaOH做洗脱剂为好。

2.2.2 洗脱剂流速

洗脱剂通过离子交换柱的速度对洗脱效果影响较大。笔者试验了流速分别为1、2、3、4、5、6mL／min的洗脱效果。结果证明，流速大了洗脱效果明显降低，必须要给洗脱剂和植酸根离子足够的时间接触，方能保证效果。从洗脱率与流速的对应关系图1中可以看出，流速以2mL／min为宜。

2.2.3 洗脱剂的浓度

确定了洗脱剂的种类与流速之后，对洗脱剂的浓度实验了3%，4%，5%，6%的NaOH溶液进行解吸，流速确定在2mL／min，洗脱结果见图2。

图1 洗脱液流速与洗脱率的关系

图2 洗脱液浓度对洗脱效果的影响

5%与6%NaOH溶液相比，在相同的体积下达到洗脱平衡，但使用的量较6%NaOH溶液少，3%和4%的NaOH溶液最终达到洗脱平衡时的量同5%的NaOH溶液相差不大，但是所用时间长，降低了洗脱效率。综合考虑，选择浓度为5%NaOH溶液作为洗脱浓度。

2.3 植酸盐的水解

用无花果曲霉的发酵液40mL（植酸酶活性5.7μ／mL、磷酸酯酶活性0.533μ／mL）水解植酸，将pH调至5.5，在55℃［5］时发现，肌醇对植酸的转化率为10.3%（关于酶的激活，增加酶活性以提高肌醇的转化率问题将在项目的后续研究中予以报告）。水解液过滤除去大量盐类备用。

2.4 水解液的处理

按照常规的工艺，水解后采用中和沉淀过滤的方法，除去磷酸及磷酸盐。然后再脱色浓缩结晶与重结晶。此法得到的肌醇后面的精制较繁琐，需要除掉各种杂质与色素，且得率低［6］。而采用离子交换树脂处理水解液，通过阴、阳离子交换树脂，可以除掉各种杂质离子和色素，简化精制工序，提高得率。实验中将两种方法制得的肌醇的各项参数做了对比（见表2），肌醇的色谱图见图3和图4。

表2 离子交换法与沉淀法制得肌醇指标比较

图3 肌醇标样高效液相色谱图

图4 肌醇产品高效液相色谱图（离子交换法）

从表1中可以看出，采用离子交换树脂法，肌醇的收率远远高于沉淀法，总的收率相当于脱脂米糠的13%以上，对比沉淀法的不足10%有了较大的突破。且其熔点、纯度、离子含量等各项指标均达到药典要求。

3 结 论

采用微波辅助浸提法提取菲汀，D318阴离子交换树脂吸附植酸，弱碱溶液洗脱植酸，植酸盐的常压酶法水解［7］，732阳离子与701阴离子交换树脂进行脱色与除杂（各种离子），再行简单的结晶与精制［8］，得到的肌醇产品质量达标，收率较常规工艺显著提升，达到了预期的效果。

实验表明，离子交换树脂技术的引入是提升肌醇收率的有效方法，微波辅助浸提［9］是缩短生产周期的主要措施。后续研究还需对酶法催化水解的工艺进行进一步探讨，从辅助缩短周期与提高水解率［10］的角度进行有效地研究。

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