肌醇的研究进展.pdf

肌醇，学名环已六醇，广泛存在于各种天然动物、植物及微生物组织中 1，因最初由肌肉组织中提取，故得肌醇之名（又称肌肉糖）。肌醇的分子式为C6H1 2O6，分子量 1 8 0.1 6。1肌醇的理化性质肌醇外观为白色晶体或结晶状粉末，无臭、味微甜，在空气中较稳定，但易吸潮 2。水溶液对石蕊试纸呈 中 性，且 无 旋 光 性。肌 醇 的 相 对 密 度 为1.7 5 29g/c m3,熔点为 2 2 4 2 2 7，沸点为3 1 9。肌醇易溶于水，微溶于酒精、冰醋酸、甘油和乙二醇，不溶于乙醚、氯仿、丙酮等有机溶剂 3。肌醇在低于 5 0的情况下，可从水中结晶为无色单斜棱晶体，含有两个分子的结晶水。含结晶水的肌醇在1 0 0 1 1 0的温度下容易脱水，成为无水结晶体。2肌醇的应用2.1饲料工业肌醇在饲料工业中作生物促进剂，有些高档畜饲料中加有肌醇，高等动物缺乏肌醇，将会出现生长停滞、毛发脱落及体内生理活动失调等症状。在饲料中添加肌醇对黑白花奶牛奶成分和西农莎能奶山羊某些生产性能都有较大改善 4。实践证明，饲料中加入肌醇，可促进牲畜生长和防止死亡，其加入量通常为饲料的 0.2 0.5。日本仅动物用肌醇每年消费量都在 1 0 0t 以上。近年来，国内外对肌醇在水产养殖和畜牧养殖中的应用进行了较为深入研究 5。在金鱼养殖过程中添加肌醇可明显提高金鱼游动能力；若在鱼虾饲料中添加一定数量的肌醇，可促进鱼虾的生长，使鱼虾生长速度提高 1 0%以上。2.2食品工业在发酵和食品工业中，肌醇可用于多种菌种的培养和促进酵母的增长等。作为食品强化添加剂、营养剂，保健饮料、儿童食品都加有肌醇。肌醇可使脂肪很快转化为热能而消耗，防止脂肪在人体内特别是心血管内沉积。肌醇作为食品添加剂用于营养保健品风靡国际市场，其中加有肌醇及微量盐酸肉毒碱的减肥降脂食品在西方国家十分抢手。因此，在食品工业中肌醇常作为营养强化剂 6。2.3医药工业肌醇具有类似于维生素 B1和维生素 H（生物素）的作用，是人类与动物维持正常生理功能不可缺少的低分子有机物，能促进肝和脂肪的代谢，治疗各种维生素缺乏症 7，被广泛用于制造复合维生素制剂原料，可治疗肝硬化、脂肪肝、血管硬化、胆固醇过高、肥胖症、糖尿病和四氯化碳中毒等多种疾病，具有促进细胞生长和防止老化的医疗作用。科学界确认：由肌醇形成的肌醇磷脂是生物细胞的第二信息系统，在体内起着放电作用，可预防癌症、糖尿病、心脑血管等疾病 8。肌醇作为制药中间体，可用来合成烟酸肌醇酯、脉通、肌醇硒酸酯 9 等药物，以治疗胆固醇过高症、动脉硬化、糖尿病、癌症等,其中，肌醇硒酸酯被称为微量元素中的“抗癌之王”，可用于制备富硒抗癌药物、食品、饮料。近年来开发出来的新产品氟代肌醇具有抗癌、治癌和提高免疫功能。肌醇及其衍生物还可通过一种不同于血液的复合胺再吸收抑制因子治疗忧郁症和强迫性错乱症 1 0。收稿日期 2 0 0 8-0 4-1 4作者简介 郭会灿（1 9 7 6-），女，讲师，从事化工教学及科研工作。第3 1 卷第7 期2 0 0 8年 0 7月V o l.3 1N o.7J u l.2 0 0 8肌醇的研究进展（1.石家庄职业技术学院化学工程系，河北石家庄0 5 0 0 8 1；2.河北中润制药有限公司，河北石家庄0 5 0 0 2 1）郭会灿1,王素娟2,郭英1摘要 肌醇在医药工业、食品工业、饲料工业和化妆品业中都有广泛的应用。目前肌醇的生产方法虽然很多，但都存在产率低，能耗高，污染严重等问题，利用生物催化的方法生产肌醇具有很好的应用前景。关键词 肌醇；应用；生产；展望；生物催化中图分类号T Q2 3 3.1文献标识码A文章编号1 0 0 3-5 0 9 5(2 0 0 8）0 7-0 0 0 5-0 32.4化妆品业肌醇是制造综合维生素的原料，具有促进细胞生长和防止老化的医疗作用。在化妆品中添加肌醇可抑制黑色素的产生，防止雀斑的形成。近年来肌醇在开发高级化妆品等方面成为国际上的抢手货，出口需求量很大，目前国内的产量远不能满足要求。2.5其他方面将肌醇进行深度加工，可制成肌醇片、肌醇甲基醚、肌醇肽、肌醇有机酸酯、肌醇无机酸酯、卤代肌醇、磷酸肌醇酯、脉通、甘油三脂、氨基环糖醇、富硒抗癌药物等产品，在医药、电力、交通、能源、电子、化工等工业上都有很高的实用价值。3肌醇的生产现状目前，我国肌醇生产的主要原料为农产品加工过程中产生的附产物，如玉米浸渍水，米糠浸泡水等经过植酸盐的形式提取。生产肌醇传统方法是加压水解法，近年开发常压水解法新工艺，目前研究热点是微生物酶解法和化学合成法。3.1水解法水解法生产肌醇有加压水解法和常压水解法两种方法 1 1，加压水解法是目前国内外生产肌醇的常用方法。3.1.1加压水解法加压水解法是生产肌醇的传统方法，生产肌醇的原料为菲汀，加压水解法制备肌醇的工艺流程：原料酸浸中和、过滤、洗涤肌醇粗品脱色、过滤精制植酸盐加压水解中和水解液、过滤脱色、过滤浓缩、结晶溶解除杂、结晶离心肌醇精品。加压水解法存在诸多缺点，如设备材质要求严格；一次性投资大；操作压力只能控制在一定的范围内，限制了原料利用率的提高，且粗产品精制工艺复杂，损失较多，生产成本较高；对水源污染严重等。3.1.2常压水解法常压水解法使用的催化剂为甘油、尿素、碳酸钙的复合物，具体操作工艺：在 4 0%浓度的菲汀水溶液中，常压下加入质量比 1 5.5 的催化剂(催化剂由甘油与尿素、碳酸钙复合配制而成)，加热升温至1 4 0，水解 3h 后将水解液降至 9 0左右，趁热过滤，在室温下结晶，可采用超声波加快结晶，晶体用无水乙醇洗涤 2 3 次，在 9 0下经 5 0m i n 烘干，即得成品肌醇。常压水解方法优点是在常压下进行，避免了加压操作对设备的严格要求，可以降低投资成本，缩短生产周期，降低设备运行费用；但此工艺存在催化剂回收利用难、引入催化剂后增加了分离过程难度和使用催化剂所带来的成本增加等问题。3.2化学合成法一般采用天然肌醇或非肌醇化合物为原料，经过一定的化学反应改变其构象和组成以生产肌醇。由化学方法制得的肌醇一般都是以同分异构体存在的，为提高化学合成肌醇的产率，常用贵金属钯作为催化剂，但是，对人体有用的内消旋环己醇的得率也只有1 7%。另有报道以山梨醇为原料合成肌醇，但效果也不甚好。也有以葡萄糖为原料仿生合成肌醇，采用右螺旋己醛糖-D(+)葡萄糖为原料，先经脱氢、硝化生成重要中间体脱氢硝基苯葡萄糖;再在碱性溶液中使其环化、水解;实现“磺酸化一羟基化”转化过程，同时转变构型，最终合成肌醇。整个工艺均在常压下进行，葡萄糖生成肌醇转化率在 6 0%左右。化学合成法工艺复杂，费用高，无法与天然肌醇抗衡，一直未能进行工业性试验。4展望近年来，国内外十分重视肌醇的研究、开发、生产和应用。随着我国人民生活水平的提高，国内对肌醇的需求量也在不断增加。为更好的提高企业的经济效益，如何降低肌醇的生产成本、增加肌醇生产的科技含量和市场竞争力成为科技工作者和肌醇生产企业的努力方向。目前，肌醇的生产方法主要是通过化学方法完成的，这些方法的最大缺点是能耗较高、污染较大、剩余的废渣不能综合利用，这与化学工业的发展趋势相背离。现代化学工业的发展趋势是环境友好、绿色化学、可持续发展，要求生产体系在赢得经济利益的同时，不对环境构成威胁；尽可能少地消耗不可再生的资源；还要降低或消除有有害物质的使用和生成的化学产品和制造工艺 1 2。生物催化为实现绿色化学的目标提供了许多优势：新型、高效率、周期短、选择性提高、常温、常压。多数生物催化剂对人类和环境不构成危害，通过避免使用高温、高压、避免金属和有机溶剂的大量消耗，将大大降低单位产品的废物产生量。由此可见，利用生物催化的方法生产肌醇是非常必要的，具有很好的应用前景。河 北 化 工 6 第 7 期参考文献 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 7 第 7 期郭会灿等：肌醇的研究进展D eW i t t e，B.P a t a r i n,J.L eN o u e n,e ta l.C y c l i cp o l y o l s:An e wc l a s so fs t r u c t u r e-d i r e c t i n ga g e n t s.S t u d yo fi n o s i t o li nt h e s y n t h e s i s o f F A U-a n d L T A-t y p e z e o l i t e s J .M i c r o p o r o u sa n dM e s o p o r o u sM a t e r i a l s,1 9 9 8,(1 2):1 1-2 2.Y o r kJ o h nD,G u oS h u l i n g,O d o mA u d r e y,e ta l.A ne x p a n d e dv i e w o f i n o s i t o l s i g n a l i n g J .A d v a n c e s i n E n z y m eR e g u l a t i o n,2 0 0 1,(1):5 7-7 1.M a t t i a sF r e d r i k s o n,M a r i eL a r s s o nA l m i n g e r,N i l s-G u n n a rC a r l s s o n.P h y t a t ec o n t e n ta n dp h y t a t ed e g r a d a t i o nb ye n d o g e n o u sp h y t a s ei np e a(P i s u ms a t i v u m)J .J O U R N A LO FT H E S C I E N C E O F F O O D&A G R I C U L T U R E.2 0 0 1,8 1(1 2):1 1 3 9-11 4 4.田国庆.米糠中提取肌醇的研究 J .食品工业,2 0 0 4,(1 1):6-8.安德列亚斯 S.博马留斯,贝蒂娜 R.里贝尔，孙志浩，许建和译.生物催化基础与应用 M .北京:化学工业出版社,2 0 0 6，7-8.汪多仁.肌醇的开发与应用进展 J.化工中间体,2 0 0 2,（1 8/1 9）:2 3-2 5.任鸿均.植酸、植酸钙和肌醇 J .化工科技市场,2 0 0 3,2 6(4):2 5-3 0.刘晓勇,钱和,刘建利.肌醇研究近况与展望 J .江苏食品与发酵，2 0 0 3,(4):7-1 0.孙超,高景慧,张文晋.不同水平肌醇对黑白花奶牛牛乳成分的影响 J .西北农林科技大学学报(自然科学版),2 0 0 1,2 9(1)：1 0 0-1 0 2.五洲咨询中心.肌醇市场调研报告 R .2 0 0 5，1 1-2 1.Y o r kJ o h nD,G u oS h u l i n g,O d o mA u d r e y,e ta l.A ne x p a n d e dv i e w o f i n o s i t o l s i g n a l i n g J .A d v a n c e s i n E n z y m eR e g u l a t i o n,2 0 0 1,(1):5 7-7 1.S e b a s t i n C e r d n,R o b e r t o P a r r i l l a,J o r g e S a n t o r o，e ta l.lHN M Rd e t e c t i o no fc e r e b r a lm y o-i n o s i t o l J .F E B SL E T T E R S,1 9 8 5,1 8(1):1 6 7-1 7 2.R e s e a r c hDe v e l o p me n t o f I n o s i t o lG U OH u i-c a n1,W A N GS u-j u a n2，G U OY i n g1(1.C h e m i c a lE n g i n e e r i n gD e r p a r m e n t,S h i j i a z h u a n gV o c a t i o n a lT e c h n o l o g yI n s t i t u t e,S h i j i a z h u a n g 0 5 0 0 8 1,C h i n a；2.H e b e iZ h o n g r u nP h a r m a c e u t i c a lL i m i t e dC o m p a n y,S h i j i a z h u a n g0 5 0 0 2 1,C h i n a)A b s t r a c t:I n o s i t o li su s e de x t e n s i v e l yi nm e d i c i n e,f o o d,f o r a g ei n d u s t r ya n dh i g h-g r a d ec o s m e t i c s.N o w,t h e r ea r em a n yp r o d u c t i v em e t h o d so fi n o s i t o l,b u tt h e yh a v em a n yp r o b l e m ss u c ha sl o w-y i e l d,h i g he n e r g yc o n s u m p t i o n,s e r i o u sp o l-l u t i o na n ds oo n.T h e r ew i l lb ev e r yb r o a dp r o s p e c t si ni n o s i t o lp r o d u c t i o nb yb i o c a t a l y s i s.K e yw o r d s:I n o s i t o l;p r o d u c t i o n;a p p l i c a t i o n;p r o s p e c t;b i o c a t a l y s i s!7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 2 6,42 9 9-43 0 1.T a k a t a,K.S h i n o h a r a,A.T a n a k a,e t a l.J.P h o t o c h e m.P h o t o b i o l.A:C h e m.J ，1 9 9 7,1 0 6,4 5-4 9.H e r r m a n nJ.M,D i s d i e r,J,P i c h a tP.J.P h y s.C h e m.J ，1 9 8 6,9 0,60 2 8-60 3 4.S h i g e r u I k e d a,M i c h i k a z u H a r a,J u n k o N,e t a l.C h e m.M a t e r.J ，1 9 9 8,(1 0):7 2-7 7.F o x,M.A,D u l a y,M.Y.C h e m.R e v.J ，1 9 9 3,9 3(1):3 4 1.M.K o h n o,T.K a n e k o,S.O g u r a,e ta l.J.C h e m.S o c.F a r a d a yT r a n s J ，1 9 9 8,9 4,8 9.K.S a y a m a,K.M u k a s a,R.A b e,e t a l.J.P h o t o c h e m.P h o t o b i o l.A:C h e m J ，2 0 0 2,1 4 8,7 1.K.S a y a m a,H.A r a k a w a,J.P h o t o c h e m.P h o t o b i o l.A:C h e m.J ，1 9 9 4,7 7,2 4 3.K u d oA,S a y a m a K,T a n a k a,e t a l.J.C a t a l.J ，1 9 8 9,1 2 0,3 3 7-3 5 2.J.G o p a l a k r i s h n a n,V a s u d e v aB h a t.,I n o r g.C h e m.J ，1 9 8 7,P r e p a r a t i o no f P t/K2L a2T i3O1 0a n dI t P h o t o c a t a l y t i cA c t i v i t yf o r Hy d r o g e nE v o l u t i o nU n d e r V i s i b l eL i g h t I r r a d i a t i o nC U IW e n-q u a n，L I Ul I，L I A N GY i n g-h u a(C o l l e g eo fC h e m i c a lE n g i n e e r i n ga n dB i o l o g i c a lT e c h n o l o g y，H e b e iP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y，T a n g s h a n 0 6 3 0 0 9，C h i n a)A b s t r a c t:I nt h i sp a p e r,t h el a y e r e dp e r o v s k i t et y p eo x i d eK2L a2T i3O1 0w a sp r e p a r e db yh i g ht e m p e r a t u r es o l i ds t a t er e-a c t i o n,a n dw a sc h a r a c t e r i z e db yX R D,U V-v i sD R S,a n dT E M.P tw a sl o a d e dt oK2L a2T i3O1 0a sac o-c a t a l y s tb yd i f f e r e n tr e-d u c t i o nm e t h o da n di td i s p e r s i t yo nt h es u r f a c eo fK2L a2T i3O1 0w a sd e t e r m i n e db yh o tm e t h o d.T h ep h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t yo fh y d r o g e ne v o l u t i o no v e rP t/K2L a2T i3O1 0u n d e rv i s i b l el i g h ti r r a d i a t i o nw a sc a r r i e do u t,a n di tw a sm u c hh i g h e rt h a nt h a to fK2L a2T i3O1 0a n dN i/K2L a2T i3O1 0.T h ee f f e c to fP tl o a d i n ga m o u n t sa n dr e d u c t i o nm e t h o d sw e r ec a r r i e di no r d e rt og e tt h eb e s tp h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t y.T h eh y d r o g e ne v o l u t i o nr a t ew a s2.5 9m m o l/m2 hu n d e r2%P tw a sl o a d e d.K e yw o r d s:p h o t o c a t a l y s i s；h y d r o g e n；P t；K2L a2T i3O1 0；l o a d（上接第 4 页）