CN113322287A - 一种通过植酸酶得到肌醇的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过植酸酶制备肌醇的方法，所述制备方法为：以植酸钙为原料，在行星式球磨机中对植酸酶进行预处理后，将植酸钙与预处理后植酸酶以及少许醋酸钠‑醋酸缓冲溶液混合，将混合物于振摆球磨机中进行酶解，取出混合粉末，加入水溶解，过滤，得滤液，加入丙酮静置得到肌醇产品。本发明采用机械化学酶解技术从植酸钙制备肌醇，植酸钙的水解率高，环境友好、缓冲液用量少，生产安全可靠、技术工艺简单、生产周期短，无需把植酸钙转化为植酸即可制备肌醇，是一条具有广泛工业化前景的肌醇制备路线。

Description

一种通过植酸酶得到肌醇的方法
技术领域
本发明涉及一种固相生物转化的方法，具体涉及一种固相酶解并制备高价值肌醇的方法。
背景技术
肌醇作为一种维生素类物质，具有广泛的药用价值和较高的工业生产价值。肌醇是生物组织细胞膜的组成成分之一，促进膜磷脂的平衡，从而促进细胞新陈代谢以及加快脂肪的转化等功能。其次肌醇作为优良的保健食品与化妆品原料也具有广阔的市场前景。生产肌醇是以米糠、豆粕等中得到的植酸钙为原料，经进一步水解、精制得到肌醇。沉淀水解法生产肌醇分为加压水解法与常压催化水解法两种，其中加压水解法是生产肌醇过程中比较常用的方法。但加压水解法存在对设备要求严格，原料利用率低，后续精制工艺程序复杂，污染严重，生产成本高，收率较低等缺点。现在新兴的酶解法是利用植酸酶，通过一系列复杂过程中将植酸酶解为肌醇的一种生产方法，虽然革除了加压水解法中需要用到的大量无机酸和无机碱，但需要预先把植酸钙进行离子交换为植酸或者植酸钠后才能进行酶解，使得操作繁琐，成本增加。机械化学技术是利用机械能来破坏物质间作用力，使其产生新的界面并在局部区域产生物理化学反应。机械力化学在酶催化中的应用促进了酶催化的高效化和绿色化。此外机械化学技术使得生产周期缩短，生产成本降低，操作简单且无需大量溶剂。
在这项研究中，机械化学辅助酶解用于从植酸钙制备肌醇。目前还未见报道，是对传统制备肌醇方法的重大突破。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种环境友好、操作简单、生产安全可靠、周期短、成本低廉、产品收率高、纯度好通过植酸酶制备肌醇的方法。
本发明的研究思路为：根据植酸钙和肌醇的化学结构和性质，利用机械化学效应，经机械化学辅助植酸酶酶解后得到肌醇。
本发明采用的技术方案如下：
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一种通过植酸酶制备肌醇的方法，具体按照如下步骤进行：
机械化学辅助通过植酸酶水解植酸钙制备肌醇的方法，以植酸钙为原料，将植酸酶在行星式球磨机中进行预处理，随后将植酸钙与预处理后的植酸酶混合得到混合物，将所述混合物和少许醋酸钠-醋酸缓冲溶液混合后，放入球磨机中进行机械化学酶解处理，取出混合粉末，加入水溶解，过滤，得滤液，加入丙酮静置得到肌醇产品。
进一步，所述在行星式球磨机中对植酸酶进行预处理的研磨球与植酸酶的质量比为10: 1~26: 1，优选20: 1，以转速100~800 rpm研磨10~40 min，优选300 rpm 和 20 min。
进一步的，植酸酶预处理所用的行星式球磨机，罐体与研磨球的材质为不锈钢，研磨罐体积250 mL，研磨球直径10 mm。
进一步的，所述混合物中预处理后的植酸酶质量占比为1%~10% 。
进一步的，所述加入的醋酸钠-醋酸缓冲溶液pH为 3.0~6.0，按料液比1: 0~1: 5g: mL加入。
进一步的，所述机械化学酶解处理所用的球磨机为振摆式球磨机，罐体与研磨球的材质为不锈钢，研磨罐体积50 mL，研磨球直径10 mm,个数为4个，所述的振摆球磨机频率为10~30 Hz，球磨时间为10~60 min。
进一步的，所述酶解后加水量按料液比1: 5~1: 20 g: mL；所述过滤后减压浓缩为把提取液浓缩至0.1~1.0倍。
进一步的，所述的减压浓缩后加入丙酮的量为浓缩提取液的0.5~2.0倍；加入丙酮后静置时间为5~10 h。
再进一步，较为具体的，所述的从植酸钙制备肌醇的化合物的方法，按照以下步骤进行：将植酸酶通过行星球磨机进行预处理，研磨球与植酸酶的质量比为10: 1~26: 1 ，以转速100~800 rpm研磨10~40 min，将植酸钙和预处理的植酸酶混合得到混合物放入振摆球磨机中，所述混合物中预处理的植酸酶按质量占比1~10%，之后加入pH 3.0~6.0的醋酸钠-醋酸缓冲溶液按料液比1: 2~1: 5 g: mL进行以10~30 Hz研磨10~60 min，得到混合粉末；将混合粉末按液料比1: 5~1:20 g: mL加入水进行提取，过滤提取液，收集得到的滤液；将滤液减压浓缩至0.1~1.0倍后，加入为0.5~2.0倍浓缩提取液的丙酮静置5~10 h，得到肌醇。
本发明与现有技术相比，其有益效果体现在：
（1）提取和酶解过程不使用大量有机溶剂，无有机废液，环境友好。
（2）与传统提取工艺相比，酶解过程中酸的用量大大减少，并且剔除氢氧化钠的使用。
（3）与传统提取工艺相比，酶解后肌醇的得率提高，这可能得益于预处理后植酸酶的颗粒尺寸大部分明显减小，并趋于无定形（图1）。
综上，本发明具有环境友好，酶解率高，酸碱用量少，生产周期短，操作简单，无需把植酸钙转化为植酸即可制备肌醇，具有较好工业推广前景的从植酸钙制备肌醇的方法。
附图说明
图1为本发明原料植酸酶扫描电镜图（A和C）和植酸酶研磨20分钟后扫描电镜图（B和D）。
具体实施方式
以下以具体实施方式来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此。
实施例中所述肌醇含量的测定方法为：用安捷伦高效液相色谱法测定肌醇含量。使用折射率检测器检测。流动相为甲醇/水（30:70，v/v），流速为0.8 mL/min。进样体积为10µL。使用Athena C18柱（5 µm，250 mm×4.6 mm）。
实施例1
预处理植酸酶粉末的制备：将500 mg植酸酶通过行星球磨机进行预处理，加入9 g钢珠，以转速200 rpm研磨20 min。
植酸钙和预处理的植酸酶组成的混合物中，预处理的植酸酶按质量占比为4%，植酸钙为市售或通过米糠中提取的植酸钙。
取4800 mg植酸钙和200 mg预处理的植酸酶放入振摆球磨机中，之后加入20 mLpH 5.5的醋酸钠-醋酸缓冲溶液进行以30 Hz研磨30 min，得到混合微粉。在混合微粉中加入60 mL水进行提取，过滤提取液，收集得到的滤液。将滤液减压浓缩至10 mL后，加入12 mL丙酮静置过夜，得到肌醇产品。
白色粉末，熔点225-227℃，1H NMR (400 MHz, D2O) δ4.17 (d, J = 2.7, 1H),3.52-3.43 (m, 2H), 3.41-3.38 (m, 2H), 3.14 (t, J = 9.0 Hz, 1H); 13C NMR (100MHz, D2O) δ75.5, 73.5, 73.3, 72.3; ESI-MS m/z 203.0464 [M+Na]+。
实施例2
预处理植酸酶粉末的制备：将500 mg植酸酶通过行星球磨机进行预处理，加入5 g钢珠，以转速400 rpm研磨10 min。
植酸钙和预处理的植酸酶组成的混合物中，预处理的植酸酶按质量占比为2% ，植酸钙为市售或通过米糠中提取的植酸钙。
取4900 mg植酸钙和100 mg预处理的植酸酶放入振摆球磨机中，之后加入20 mLpH 5.5的醋酸钠-醋酸缓冲溶液进行以30 Hz研磨30 min，得到混合微粉。在混合微粉中加入100 mL水进行提取，过滤提取液，收集得到的滤液。将滤液减压浓缩至10 mL后，加入5 mL丙酮静置过夜，得到肌醇产品。
实施例3
预处理植酸酶粉末的制备：将500 mg植酸酶通过行星球磨机进行预处理，加入13g钢珠，以转速100 rpm研磨40 min。
植酸钙和预处理的植酸酶组成的混合物中，预处理的植酸酶按质量占比为10%，植酸钙为市售或通过米糠中提取的植酸钙。
取4500 mg植酸钙和500 mg预处理的植酸酶放入振摆球磨机中，之后加入25 mLpH 5.5的醋酸钠-醋酸缓冲溶液进行以30 Hz研磨30 min，得到混合微粉。在混合微粉中加入80 mL水进行提取，过滤提取液，收集得到的滤液。将滤液减压浓缩至24 mL后，加入12 mL丙酮静置过夜，得到肌醇产品。
实施例4
预处理植酸酶粉末的制备：将500 mg植酸酶通过行星球磨机进行预处理，加入10g钢珠，以转速300 rpm研磨20 min。
植酸钙和预处理的植酸酶组成的混合物中，预处理植酸酶按质量占比为5%，植酸钙为市售或通过米糠中提取的植酸钙。
取4750 mg植酸钙和250 mg预处理的植酸酶放入振摆球磨机中，之后加入25 mLpH 5.5的醋酸钠-醋酸缓冲溶液进行以30 Hz研磨30 min，得到混合微粉。在混合微粉中加入80 mL水进行提取，过滤提取液，收集得到的滤液。将滤液减压浓缩至8 mL后，加入16 mL丙酮静置过夜，得到肌醇产品。
实施例5
预处理植酸酶粉末的制备：将500 mg植酸酶通过行星球磨机进行预处理，加入7 g钢珠，以转速400 rpm研磨20 min。
植酸钙和预处理的植酸酶组成的混合物中，预处理的植酸酶按质量占比为7%，植酸钙为市售或通过米糠中提取的植酸钙。
取4650 mg植酸钙和350 mg预处理的植酸酶放入振摆球磨机中，之后加入10 mLpH 5.5的醋酸钠-醋酸缓冲溶液进行以25 Hz研磨20 min，得到混合微粉。在混合微粉中加入50 mL水进行提取，过滤提取液，收集得到的滤液。将滤液减压浓缩至10 mL后，加入5 mL丙酮静置过夜，得到肌醇产品。
实施例6
预处理植酸酶粉末的制备：将500 mg植酸酶通过行星球磨机进行预处理，加入5 g钢珠，以转速100 rpm研磨40 min。
植酸钙和预处理的植酸酶组成的混合物中，预处理的植酸酶按质量占比为1% ，植酸钙为市售或通过米糠中提取的植酸钙。
取4950 mg植酸钙和50 mg预处理的植酸酶放入振摆球磨机中，之后加入15 mL pH5.5的醋酸钠-醋酸缓冲溶液进行以20 Hz研磨30 min，得到混合微粉。在混合微粉中加入100 mL水进行提取，过滤提取液，收集得到的滤液。将滤液减压浓缩至20 mL后，加入5 mL丙酮静置过夜，得到肌醇产品。
实施例7
预处理植酸酶粉末的制备：将500 mg植酸酶通过行星球磨机进行预处理，加入10g钢珠，以转速300 rpm研磨30 min。
植酸钙和预处理的植酸酶组成的混合物中，预处理的植酸酶按质量占比为6%，植酸钙为市售或通过米糠中提取的植酸钙。
取4700 mg植酸钙和300 mg预处理的植酸酶放入振摆球磨机中，之后加入10 mLpH 5.5的醋酸钠-醋酸缓冲溶液进行以20 Hz研磨20 min，得到混合微粉。在混合微粉中加入100 mL水进行提取，过滤提取液，收集得到的滤液。将滤液减压浓缩至25 mL后，加入15mL丙酮静置过夜，得到肌醇产品。
实施例8
预处理植酸酶粉末的制备：将500 mg植酸酶通过行星球磨机进行预处理，加入13g钢珠，以转速800 rpm研磨10 min。
植酸钙和预处理的植酸酶组成的混合物中，预处理的植酸酶按质量占比为5%，植酸钙为市售或通过米糠中提取的植酸钙。
取4750 mg植酸钙和250 mg预处理的植酸酶放入振摆球磨机中，之后加入15 mLpH 5.5的醋酸钠-醋酸缓冲溶液进行以15 Hz研磨30 min，得到混合微粉。在混合微粉中加入25 mL水进行提取，过滤提取液，收集得到的滤液。将滤液减压浓缩至20 mL后，加入20 mL丙酮静置过夜，得到肌醇产品。
实施例9
预处理植酸酶粉末的制备：将500 mg植酸酶通过行星球磨机进行预处理，加入10g钢珠，以转速600 rpm研磨10 min。
植酸钙和预处理的植酸酶组成的混合物中，预处理的植酸酶按质量占比为5%，植酸钙为市售或通过米糠中提取的植酸钙。
取4750 mg植酸钙和250 mg预处理的植酸酶放入振摆球磨机中，之后加入25 mLpH 5.5的醋酸钠-醋酸缓冲溶液进行以15 Hz研磨30 min，得到混合微粉。在混合微粉中加入25 mL水进行提取，过滤提取液，收集得到的滤液。滤液不进行浓缩，加入14 mL丙酮静置过夜，得到肌醇产品。
实施例10
预处理植酸酶粉末的制备：将500 mg植酸酶通过行星球磨机进行预处理，加入10g钢珠，以转速200 rpm研磨40 min。
植酸钙和预处理的植酸酶组成的混合物中，预处理的植酸酶按质量占比为10%，植酸钙为市售或通过米糠中提取的植酸钙。
取4500 mg植酸钙和500 mg预处理的植酸酶放入振摆球磨机中，之后加入20 mLpH 5.5的醋酸钠-醋酸缓冲溶液进行以30 Hz研磨10 min，得到混合微粉。在混合微粉中加入40 mL水进行提取，过滤提取液，收集得到的滤液。将滤液减压浓缩至20 mL后，加入20 mL丙酮静置过夜，得到肌醇产品。
实施例11
预处理植酸酶粉末的制备：将500 mg植酸酶通过行星球磨机进行预处理，加入7 g钢珠，以转速600 rpm研磨20 min。
植酸钙和预处理的植酸酶组成的混合物中，预处理的植酸酶按质量占比为6%，植酸钙为市售或通过米糠中提取的植酸钙。
取4700 mg植酸钙和300 mg预处理的植酸酶放入振摆球磨机中，之后加入10 mLpH 5.5的醋酸钠-醋酸缓冲溶液进行以30 Hz研磨20 min，得到混合微粉。在混合微粉中加入50 mL水进行提取，过滤提取液，收集得到的滤液。将滤液减压浓缩至15 mL后，加入8 mL丙酮静置过夜，得到肌醇产品。
实施例12
预处理植酸酶粉末的制备：将500 mg植酸酶通过行星球磨机进行预处理，加入10g钢珠，以转速800 rpm研磨10 min。
植酸钙和预处理的植酸酶组成的混合物中，预处理的植酸酶按质量占比为10%，植酸钙为市售或通过米糠中提取的植酸钙。
取4500 mg植酸钙和500 mg预处理的植酸酶放入振摆球磨机中，之后加入25 mLpH 5.5的醋酸钠-醋酸缓冲溶液进行以20 Hz研磨30 min，得到混合微粉。在混合微粉中加入50 mL水进行提取，过滤提取液，收集得到的滤液。将滤液减压浓缩至20 mL后，加入10 mL丙酮静置过夜，得到肌醇产品。
具体实施例中肌醇水解率和肌醇含量如下表所示：
实施例 肌醇水解率（%） 肌醇含量（%）
实施例1 24.2 90.4
实施例2 18.5 74.3
实施例3 24.8 83.5
实施例4 37.2 78.2
实施例5 23.0 83.5
实施例6 13.8 85.7
实施例7 33.8 92.4
实施例8 20.9 87.0
实施例9 11.7 89.1
实施例10 16.3 95.1
实施例11 19.3 88.3
实施例12 9.8 90.7
通过各实施例得到的肌醇水解率和肌醇含量可发现，肌醇水解率与植酸酶预处理过程中的转速、植酸酶按质量占比、醋酸钠-醋酸缓冲液用量以及球磨的频率有关。植酸酶预处理时球磨转速超过400 rpm容易导致植酸酶被破坏，使水解率降低。植酸酶质量占比从1%到6%，水解率持续增加，超过6%的植酸酶质量占比对水解率影响不大。机械化学辅助酶解可以大大降低醋酸钠-醋酸缓冲液用量，10 mL醋酸钠-醋酸缓冲液用量即可达到最优水解率，超过10 mL醋酸钠-醋酸缓冲液水解率无继续增加。水解过程中，球磨频率并不是越大越好，当到达20 Hz可达到最优水解率。肌醇的含量与对提取液的浓缩相关，浓缩至25 mL可在保持最优水解率的同时使肌醇含量保持在90%以上，而浓缩至20 mL以下会导致肌醇含量下降，原因是溶液内杂质析出。实施例7为该方法的最优条件。

Claims (10)

1.一种通过植酸酶得到肌醇的方法，以植酸钙为原料，其特征在于，所述的方法为：将植酸酶与研磨球置于行星式球磨机中进行预处理，随后将植酸钙与预处理后的植酸酶混合得到混合物，将所述混合物和少许醋酸钠-醋酸缓冲溶液混合后，放入球磨机中进行机械化学酶解处理，取出混合粉末，加入水溶解，过滤，得滤液，减压浓缩后加入丙酮静置得到肌醇产品。
2.如权利要求1所述的一种通过植酸酶得到肌醇的方法，其特征在于，在行星式球磨机中对植酸酶进行预处理的研磨球与植酸酶的质量比为 10: 1~26: 1，优选20: 1，以转速100~800 rpm研磨10~40 min，优选300 rpm 和 20 min。
3.如权利要求2所述的一种通过植酸酶得到肌醇的方法，其特征在于，植酸酶预处理所用的行星式球磨机，罐体与研磨球的材质为不锈钢，研磨球直径10 mm。
4.如权利要求1所述的一种通过植酸酶得到肌醇的方法，其特征在于，所述混合物中预处理后的植酸酶质量百分含量为1%~10% 。
5.如权利要求1所述的一种通过植酸酶得到肌醇的方法，其特征在于，所述加入的醋酸钠-醋酸缓冲溶液pH为 3.0~6.0，按料液比1: 2~1: 5 g: mL加入。
6.如权利要求1所述的一种通过植酸酶得到肌醇的方法，其特征在于，所述的机械化学酶解处理所用的球磨机为振摆式球磨机，罐体与研磨球的材质为不锈钢，研磨球直径10mm，所述的振摆球磨机频率为10~30 Hz，球磨时间为10~60 min。
7.如权利要求1所述的一种通过植酸酶得到肌醇的方法，其特征在于，所述的酶解后加水量按料液比1: 5~1: 20 g: mL。
8.如权利要求1所述的一种通过植酸酶得到肌醇的方法，其特征在于，所述的减压浓缩为把提取液浓缩至0.1~1.0倍，减压浓缩后加入丙酮的量为浓缩提取液的0.5~2.0倍。
9.如权利要求1所述的一种通过植酸酶得到肌醇的方法，其特征在于，所述的加入丙酮后静置时间为5~10 h。
10.如权利要求1所述的一种通过植酸酶得到肌醇的方法，其特征在于，所述的方法按照以下步骤进行：将植酸酶通过行星球磨机进行预处理，研磨球与植酸酶的质量比为 10:1~26: 1 ，以转速100~800 rpm研磨10~40 min，将植酸钙和预处理的植酸酶混合得到混合物放入振摆球磨机中，所述混合物中预处理的植酸酶按质量比1%~10% wt%，之后加入pH3.0~6.0的醋酸钠-醋酸缓冲溶液按料液比1: 2~1: 5 g: mL进行机械化学酶解处理，以10~30 Hz研磨10~60 min，得到混合粉末；将混合粉末按料液比1: 5~1：20 g: mL加入水进行提取，过滤提取液，收集得到的滤液；将滤液减压浓缩至0.1~1.0倍后，加入为0.5~2.0倍浓缩提取液的丙酮静置5~10 h，得到肌醇。
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