|
A Review of Production Process of Phytin
Yang Bo, Shan Zhilin, Shen Hongyu#
(Daqing New/&High-Tech Incubation Center Development 163316
#Daqing Planning Commission 163311)
Abstract
In this paper, the choice of the raw material and the effects of different process and
factors on the quality and yield of phytin were reviewed some feasible production methods
were discussed.
Key words Rice bran, Phytin
摘要
论述了原料的选择、不同工艺过程及工艺参数对菲叮产品质量和得率的影响，探讨了一些可供应用的方法。
关键词 米糠 菲叮
菲叮生产工艺评述
杨波 沈宏宇 单志林#
(大庆高新技术创业中心研究所 #大庆市计委 163316)
1 前言
菲叮是植酸钙的俗称，它是植酸的钙、镁复盐，通式为C6H6O24P6CaxMg6-x.nH2O,植酸盐呈络合状态广泛存在于植物种子中，如米糠、麦麸、油菜籽、亚麻籽、玉米、大豆等。菲叮的精品可作滋补药，而粗品又是生产植酸和肌醇的重要原料，由于我国丰富的原料资源及近几年国际市场对肌醇呈直线增长的需求，刺激了菲叮的生产，因菲叮生产工艺简单，一般有原料的地方都可生产，菲叮生产厂猛增，但大多采用传统的简单土法工艺，菲叮的提取率低，产品质量差，且污染严重造成效益低下，甚至工厂倒闭。就国内外较为先进的菲叮生产的技术工艺作一分析，以提高菲叮的质量和产率，使农副产品得以充分利用，实现效益的增长，供国内已建厂和未建厂的单位参考。
2 原料及其选择
菲叮在各种植物中都以钙镁复盐(植酸钙)的形式存在，几种典型植物中菲叮含量见下表：
| 表1
几种植物中菲叮含量/% |
|
|
| 米糠 |
9～14.5 |
花生 |
3.2 |
小麦 |
0.6～0.7 |
| 亚麻籽 |
5.9～6.4 |
麸糠 |
2～5 |
大豆 |
3.6 |
| 糙米 |
1.03～1.17 |
玉米 |
1.31 |
蓖麻 |
2 |
| 烟种籽 |
3～4 |
胚芽米 |
0.9～1.0 |
可可豆 |
2.23 |
|
|
从上表中可以看出粮油的种子中均含有植酸钙，但含量高的不多，迄今，生产菲叮最佳原料是米糠，米糠是大米的外皮，存在于稻谷的糊粉层，即米皮层，一般占糙米4%～7%，米糠中含有丰富的蛋白质、米糠油、维生素和菲叮，利用新鲜的米糠直接提取菲叮有两个不利因素，一方面新鲜米糠难以贮存，因为米糠中有许多酶，其活度相当高，能迅速把米糠中的油分解成游离脂肪酸，因此米糠酸价较高，在提取菲叮时产率低；另一方面新鲜米糠中含有15%～22%的天然植物油，在酸萃取菲叮时，萃取出的植酸与糠油互溶，难以中和分离，影响产品得率。一般新鲜米糠的菲叮提取率近为5%～7%，农村中小米机碾的糠(即稻壳糠、米糠、米粉的混合糠)的产率更低，一般在2%～4%。
脱脂米糠是米糠榨油后的米糠饼经粉碎而成，产量约为米糠重的38%左右，利用脱脂米糠提取菲叮克服了新鲜米糠的不利因素，菲叮的提取率一般为10%～14%。
在我国北方有些企业利用麸糠生产植酸钙，麸糠中一般含面粉30%以上，面粉中含有大量的淀粉、蛋白质、纤维素等，麸糠用稀酸萃取时，淀粉在酸性条件下水解成葡萄糖，同时发酵成粘性的面筋，使酸浸液过滤不完全，萃取率低，并且滤液中带进面粉给后工段加工带来困难，影响产品的质量和产率，麸糠提取菲叮得率一般在2%～4%。
棉籽饼、菜籽饼等油料作物种子用稀酸萃取，菲叮存在于油籽的假结晶状球样体中，提取率如上表。
另外，大规模玉米淀粉厂从浸泡液中回收菲叮，玉米淀粉厂首先用稀亚硫酸溶液浸泡玉米，然后才得到玉米浆，浸泡废水是一种廉价的菲叮生产原料，产率在8%左右，利用它即可减少环境污染又有一定的经济和社会效益。
除此之外，据有关文献报道酒厂的废料酒糟也是一种制取菲叮的原料，菲叮含量在3%左右。
因此生产菲叮理想的原料是脱脂米糠，玉米废液。
3 工艺分析
菲叮是呈结合状态存在于植物内，一般工业提取时，采用稀酸萃取，碱中和和水析工艺，其关键操作过程是酸浸和中和，本文就这两个工艺过程进行阐述，其一般的流程如下：
原料——粉碎——酸浸——过滤——中和——压滤——烘干——产品
3.1 酸浸
酸浸是菲叮生产的主要过程，酸浸中浸液的pH值，浸出的方式，酸的种类及加入量，浸液的搅拌强度都对产品的质量和提取率有着不同程度的影响。
酸浸中所用的酸大部分工艺采用的是无机酸，盐酸、硝酸、硫酸或它们之中的二者混合酸，但无论采用何种酸对产品的得率影响不是很大，影响较大的是酸的加入量。加入的酸量是通过溶液pH值控制，浸出率随pH值的增大而降低，但pH值过低则原料中淀粉等水解，产物中含有大量蛋白质、糖类、淀粉等物质，而菲叮的有效含量P2O5则降低，严重影响菲叮的质量，故一般选择pH=2～3为宜。
采用不同的浸出方式和控制搅拌的强度对浸取率及产品的质量也是至关重要的，传统的工艺大多是一浸一洗的方式，此方法工艺简单易操作，缺点是对原料的浸取率低而且工业废水量大，对环境污染严重。现国内较为先进浸取方式是循环浸取法，此法是将浸取池串联或并联，控制不同浸取池pH值以达到充分浸取，浸取的残渣最后用水冲洗，这样即减少生产用水，又可减轻污染，此种方式的用水量仅为一浸一洗法的15%左右，而浸取率较之提高15%，并且提高了浸取残渣做为饲料产品质量，有利于规模经营。浸取池应有一定程度的搅拌，以间歇式搅拌较为理想，搅拌不应太强也不能太弱，若太弱则不能充分浸取影响产率，搅拌太过于频繁、剧烈则会使浸泡液带来更多的杂质，影响产品的质量或增加后序工艺的难度。
浸取的温度不宜太高，升温浸出率反而降低，由于菲叮的溶解度与温度成反比，一般20～30℃为宜，即使在冬季只要不结冰，对浸取率都不会有较大的影响。
| 表2 温度对浸取率的影响 |
|
|
| 浸取率(%) |
93.8 |
95.4 |
95 |
91 |
89.8 |
|
|
为了提高菲叮产品的质量，在酸解过程中也可加入少量的蛋白质钝化剂，以防止因浸泡时植物组织被破坏而产生蛋白质的混入，常用钝化剂有尿素、铵盐等。
3.2 中和
中和过程是菲叮生产另一重要单元，中和剂的种类加入量及加入方式都对产品有着重要的影响。传统工艺大多用石灰乳作中和剂，因其来源广泛价格低廉而被普遍采用，中和方式是一次中和，pH值到7左右即达到中和终点，用石灰乳作中和剂存在一个严重缺陷，它将引入过量的氧化钙，使菲叮产品钙含量超标，且氧化钙的引入将导致菲叮水解生产肌醇时生成肌醇氧化钙络合物，使肌醇收率降低。新工艺一般采用复合中和剂，它既能保证菲叮沉淀完全，又避免引入过量的氧化钙，复合中和剂一般由石灰乳、Ca(OH)2、Mg(OH)2、NaOH、氨水等组成，中和方式为二次中和，不同的中和方式产物的结构有所不同，二次中和得到的产物是植酸六钙盐，一次中和得到的产物是植酸五钙盐，六钙盐的溶解度小，则沉淀损失少，所以二次中和的得率提高，且产品质量好。中和剂的加入量是通过控制中和液的pH值调节，一般第一步中和控制pH=4，第二步中和控制pH=6.6～6.8较为适宜，当提高中和液的pH值时菲叮得率提高，降低中和液pH值则会在中和沉淀中掺入更多的杂质，中和液pH值在6左右时植酸钙沉淀不完全，还易混入蛋白质等杂质，因油料蛋白质的等电位点多在pH=5.5左右，等电位点的蛋白质分子最不稳定易与植酸钙同时析出，若适当提高pH值可使蛋白质呈游离态存在溶液中，pH值过高则产物色泽变黄质量变劣且菲叮有效含量P2O5大大降低。
3.3 离子交换树脂法
用酸浸取碱中和法制得菲叮工艺，都不可能充分去除蛋白质、淀粉等杂质，淀粉的存在使菲叮水解制肌醇时发生焦化，使水解液色泽加深并给肌醇的结晶带来影响；蛋白质与菲叮呈结合状态影响菲叮的水解。为制得高纯度的菲叮，国外及国内的少数单位采用了离子交换法，工艺如下：
原料——粉碎——酸浸——过滤——交换树脂吸附——碱洗——烘干——产品
此工艺在原理上与其它方法无大的差别，只是在对酸浸液的处理上是采用交换树脂。过程是将含有植酸钙的溶液通过中碱性阴离子交换树脂将植酸钙吸附其上，此处可用的阴离子交换树脂有CO3型、Cl型、SO4型、CH3COO型、OH型交换基，从植酸钙镁的吸附性和选择性方面看尤以Cl型和SO4型更为合适，离子交换树脂处理条件必须根据含植酸钙的溶液特性，目的产物的质量，使用离子交换树脂的种类、性质适当的选择，一般温度在5～20℃，pH=1～5，溶液浓度10%～40%，通过液体速度SV(每小时通过液体量/离子交换树脂容量)0.5～20的范围中选择。
将这样经过吸附处理的植酸钙吸附树脂用适宜的温水洗净后，从树脂上用碱洗提出植酸钙，所用的碱是普通的NaOH、KOH、氨水等水溶液，洗提处理条件根据使用碱种类、离子交换树脂种类、原料液特性等情况而变动，选择NaOH碱提时，一般浓度在1%～30%，温度在室温～70℃，通过液体速率(SV)0.5～10，洗提液pH值维持在9～12的条件是较为适宜的，这样得到的洗提液主要是由植酸盐组成，其中含的蛋白质和碳水化合物等杂质极少，菲叮有效成分P2O5含量提高。离子交换法能够提高产品的得率，提高产品质量，但是由于交换量大，交换树脂再生相对困难，再生费用大，因此在国内没有得到广泛推广。
4 结束语
上面综合谈到了菲叮制取与生产的几个主要工艺条件，探讨了一些可供应用的方法，考查当前国内的部分生产厂，我们认为在现有基础上采用新的工艺措施可以达到提高产品质量和得率的目的，但是由于各个厂家的条件几乎都不一样也应重视到每个厂的具体生产实际，希望能通过科学先进的技术实现生产效益的增长。
5 考文献
[1] 周雅春.江苏化工,1990(1)：19-20.
[2] 张书文.化学世界,1995(4)：182-184.
[3] 邵建华.化学世界,1991(12)：568-571.
[4] 邹梯.湖南化工,1991(1)：27-33.
[5] 罗祖富.淀粉与淀粉糖,1994(2)：38-40.
[6] 王福荣.食品与发酵工业,1995(3)：34-38.
[7] 彭大成.粮食与饲料工业,1994(12)：32-34.
[8] 石原英树.日特许公报昭55-41679,1980.10.25.
[9] 敷波保夫. 日特许公报昭55-21024,1980.6.6.
[10] Ogawa et al .Japan ，USP 4 668 813.1987.5.26.
杨波
男，31岁，工程师，主要从事农副产品、精细化工产品研究开发及成果转化工作。
|