超聲波作用下大豆磷脂的羥基化改性研究

李 紅 孫東弦 徐 蘋 申瑞玲 劉延奇 張 華

（鄭州輕工業學院食品與生物工程學院1，鄭州 450002）（河南新百維食品科技有限公司2，新鄉 453000）

超聲波作用下大豆磷脂的羥基化改性研究

李 紅1孫東弦2徐 蘋1申瑞玲1劉延奇1張 華1

（鄭州輕工業學院食品與生物工程學院1，鄭州 450002）（河南新百維食品科技有限公司2，新鄉 453000）

本研究將超聲波技術應用于大豆濃縮磷脂羥基化改性，提出了一種制備羥基化改性大豆磷脂的新工藝。以濃縮大豆磷脂為原料，研究了超聲波作用下乳酸加入量、雙氧水加入量和反應時間3個因素對磷脂羥基化改性的影響。通過正交試驗確定了磷脂羥基化改性的最佳工藝條件：加入4%（m／m磷脂）的乳酸、20%（v／m磷脂）濃度為30%的雙氧水、在室溫（約為25℃）、功率為200 W下進行超聲波反應，經過40 min后，磷脂的碘值由原來的94.2 gI／100 g降低至22.9 gI／100 g。

大豆磷脂 羥基化 超聲波 碘值 正交試驗

大豆磷脂是大豆油精煉過程中毛油水化脫膠的副產物，是脂肪酸甘油酯通過磷酸根與膽堿或膽胺等不同的基團相連接生成的化合物，其主要成份有：磷脂酰膽堿（PC）、磷脂酰乙醇胺（PE）、磷脂酰肌醇（PI）、磷脂酰絲氨酸（PS）等（結構式如圖1）［1］。因其結構同時具有親水和疏水基團，磷脂是一種良好的天然乳化劑［2］；同時，磷脂又是動植物生物膜的重要組成部分，參與細胞的代謝和神經細胞之間的信息傳遞，而且是某些膜系酶的輔酶或激活劑，對生物膜的生物活性和機體正常代謝有重要的調節功能［3］；此外，大豆磷脂含有豐富的不飽和脂肪酸、膽堿、肌醇等營養成分，是一種純天然的營養強化劑，對脂肪代謝、肌肉生長、神經系統發育和體內抗氧傷害等方面發揮相當重要的作用，被廣泛應用于食品、醫藥、皮革、飼料、紡織、化妝品等許多領域［4］。

然而，由于大豆磷脂產品組成不同，各組分有獨特的性能，使其表現出的物理化學性質和功能性質有很大的差異，特別是粗制品不能表現出專一的功能性質，如PC能促進O／W型乳化液的形成，PE能促進W／O型乳化液的形成，二者相互有抑制作用，結果導致了大豆磷脂的親水親油平衡值（HLB值）低，乳化性不強，極大限制了磷脂的一些應用［5－6］。此外，由于天然磷脂分子中含有較多的不飽和脂肪酸，在空氣中易氧化，進而影響了它的使用效果。因此，要想拓寬大豆磷脂的應用領域，對大豆磷脂進行改性尤為重要。目前常用的磷脂改性方法主要有物理法、化學法和生物酶法3種［7－8］。羥基化改性就是大豆磷脂的一種重要的化學改性方法，是在磷脂分子不飽和脂肪酸碳碳雙鍵上引入2個羥基的反應（如圖2），磷脂經羥基化后碘值降低，穩定性提高，親水能力增強，功能性質得到改善［9］。國內有關磷脂羥基化改性方法的研究很少，僅李桂華等［10］報道了一篇有關羥基化改性磷脂的研制方面的文章，因此，非常有必要對磷脂的羥基化改性方法進行深入研究，彌補國內磷脂羥基化改性的不足。

圖1 常見磷脂的結構（其中R1，R2為C14～C18的長碳鏈脂肪烴）

圖2 磷脂羥基化反應

近年來，超聲波技術在食品加工領域受到了廣泛的關注，利用超聲波產生的強大能量加速細胞壁的破裂和物料中有效成分的轉移和擴散，可明顯增強非均相體系的混合效果，促進分子間接觸反應，從而達到提高反應速度的目的［11］。目前，有關超聲波輔助加快化學反應的報道較多，如彭楊［12］曾報道超聲波能明顯加速脂肪酶對L－抗壞血酸脂肪酸酯合成反應的催化作用；Stavarache等［13］研究了超聲波技術在植物油酯交換反應中的應用，發現超聲波能有效地縮減反應時間。但將超聲波應用到磷脂羥基化中的研究鮮有報道。

本研究通過單因素和正交試驗，考察了乳酸、雙氧水與時間對超聲波作用下大豆磷脂羥基化反應的影響，確定了合成羥基化改性磷脂的最佳工藝條件，對于工業化生產羥基化改性大豆磷脂具有重要的指導意義。

1 材料與方法

1.1 原料和試劑

大豆磷脂：河南新百維食品科技有限公司。

硫代硫酸鈉、碳酸鈉、重鉻酸鉀、碘化鉀、鹽酸、冰乙酸、環己烷、一氯化碘、乳酸、雙氧水等試劑均為分析純：天津市凱通化學試劑有限公司。

1.2 主要儀器

梅特勒AL204／01型電子天平：梅特勒－托利多儀器有限公司；SB－5200DT超聲波清洗機：寧波新芝生物科技股份有限公司；DF－101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器：鞏義市科瑞儀器有限公司；DHG－9053A型電熱式恒溫鼓風干燥箱：上海精宏儀器有限公司；RE－52AA型旋轉蒸發儀：上海亞榮生物儀器總廠；SHZ－2000型循環水式真空泵：鞏義市英予華儀器有限責任公司。

1.3 羥基化改性磷脂的合成方法

稱取一定量的大豆濃縮磷脂（初始碘值為94.2 gI／100 g）于圓底燒瓶中，加入一定量的乳酸和30%雙氧水，置于200W的超聲波清洗器中，在常溫下進行羥基化反應一定時間，待反應結束后加入適量40%的堿液中和，經旋轉蒸發器連續真空脫水，至大豆磷脂不再產生氣泡為止，測定羥基化產物的碘值。

1.4 碘值的測定［14］

碘值是測定脂類物質中的不飽和脂肪酸含量的一種方法，碳鏈中的不飽和雙鍵，可與鹵素（Cl2，Br2或I2）作用，不飽和雙鍵數目越多，吸收的鹵素也越多，因此，可以根據脂類吸收碘的量確定其不飽和度。規定每100克脂質，在一定條件下所吸收的碘的克數，稱為該脂類物質的碘值。碘值愈高，不飽和脂肪酸的含量愈高。

1.4.1 碘值測定方法

稱樣按表1所示，準確稱取充分干燥的樣品于潔凈干燥的500 mL碘量瓶中，加入10 mL氯仿充分溶解試樣，用移液管準確加入25 mL韋氏試劑，迅速蓋好碘量瓶塞，搖勻并用蒸餾水封好瓶口，放在25℃暗處靜置1 h。取出后立即加入20 mL 10%的碘化鉀溶液和100 mL蒸餾水，即刻用0.1 mol／L硫代硫酸鈉標準溶液滴定，待淺黃色試樣溶液消失時，加1 mL 1%淀粉指示液，此時呈現藍黑色，繼續滴定，直至藍色剛好消失，為滴定終點，記下消耗硫代硫酸鈉標準溶液的毫升數。同時做平行及空白試驗。

表1 碘價數值與試樣用量

1.4.2 結果計算

碘值按每100 g樣品吸收碘的質量（g）表示時，由下式計算：

式中：I.V.為碘值／gI／100 g；c為硫代硫酸鈉溶液的標定濃度／mol／L；V0為空白試驗所消耗的硫代硫酸鈉標準溶液的體積／mL；V1為試樣試驗所消耗的硫代硫酸鈉標準溶液的體積／mL；M為試樣的質量／g

1.5 半價時間的測定［15］

準確稱取1.000 g羥基化磷脂和9.000 g大豆油于50 mL燒杯中，在50℃時加熱攪拌混勻，在100 mL具塞量筒中，加入50 mL水，水溫50℃，將混合均勻的樣品液移入量筒中，在20 s內將量筒上下倒置20次，使其形成乳狀液，將量筒置于50℃的恒溫烘箱中，測定分離出一半水的時間（即為半價時間），顯然半價時間越長，乳化穩定性越好，羥基化磷脂的親水性越好。

2 結果與討論

2.1 單因素試驗

2.1.1 乳酸加入量對磷脂羥基化程度的影響

乳酸作為一種催化劑，能為反應提供一個酸性環境，還可防止H2O2的分解，此外，乳酸還作為試劑，參與磷脂羥基化反應，因此，控制乳酸的用量對反應的順利進行非常重要。以磷脂質量計算，乳酸的加入量取1%、2%、3%、4%、5%5個水平。雙氧水加入量為15%，200W超聲波作用下反應30 min后測定羥基化改性磷脂的碘值，試驗結果如圖3所示。

由圖3可以看出，當乳酸加入量＜3%時，隨乳酸加入量的增加，產品的碘值逐漸減小，說明磷脂分子中脂肪酸的不飽和度逐漸降低，即羥基化程度不斷升高；當乳酸加入量＞3%時，隨乳酸加入量增加，產品的碘值反而逐漸增加，可能是由于在過量乳酸的存在下，生成的羥基化磷脂脫水產生不飽和雙鍵的緣故，說明并不是乳酸加入量越多越好，因此，乳酸加入量定為3%。

圖3 乳酸加入量對羥基化程度的影響

2.1.2 雙氧水加入量對磷脂羥基化程度的影響

雙氧水在磷脂的羥基化反應中起到氧化乳酸為過氧酸的作用，以磷脂質量計算，雙氧水加入量選擇5%、10%、15%、20%、25%5個水平，加入3%的乳酸，200W超聲波作用下反應30 min后測定羥基化改性磷脂的碘值，試驗結果如圖4所示。

圖4 雙氧水加入量對羥基化程度的影響

由圖4可看出，隨雙氧水的加入量增加，反應產物的碘值逐漸降低，說明磷脂羥基化程度不斷提高，但當雙氧水加入量超過20%時，反應后磷脂的碘值又略有升高，因此，選擇雙氧水的加入量為20%最為合適。

2.1.3 時間對羥基化程度的影響

反應時間選取 5、10、20、30、40和 50 min 6個水平，乳酸加入量為3%，雙氧水加入量為20%，200 W超聲波作用下反應，結束后測定羥基化改性磷脂的碘值，試驗結果如圖5所示。

圖5 反應時間對羥基化程度的影響

由圖5可知，隨著反應時間的延長，產物的碘值逐漸降低，但當超過30 min后，碘值變化程度不大，因此，選擇反應30 min。

2.2 正交試驗

根據單因素試驗結果，選擇乳酸加入量、雙氧水加入量、反應時間3個主要影響因素，每個因素分別選取3個水平（表2），建立 L9（33）正交試驗（表 3），以產物的碘值作為比較結果，確定羥基化改性的最佳合成工藝條件。

表2 正交試驗因素及水平表

表3 正交試驗結果與數據分析

由表3的分析結果可得在200 W的超聲波作用下，磷脂羥基化的最佳工藝條件為A3B2C3，即4%的乳酸，20%的雙氧水，反應時間40 min。各因素對碘值影響的主次順序為A＞C＞B，乳酸加入量羥基化程度的影響最為顯著，其次是反應時間，雙氧水的加入量對羥基化程度的影響較小。

2.3 結果驗證

根據正交試驗結果得出的最佳工藝條件，對結果進行驗證。即在反應體系中加入磷脂質量4%的乳酸，20%的雙氧水，200 W超聲波作用下反應40 min后，得到羥基化產物的碘值如表4所示。由表4可以看出在最優參數下進行試驗所得到的羥基化改性磷脂的碘值為22.9 gI／100 g，與大豆濃縮磷脂碘值（94.2 gI／100 g）相比，碘值降低較多，說明經過反應大量磷脂發生了羥基化。

表4 大豆磷脂羥基化反應條件的驗證試驗

2.4 磷脂羥基化對其親水性能的影響

為了研究羥基化改性后磷脂親水性的變化，測定了羥基化改性前后磷脂乳濁液的半價時間，結果見表5。

表5 羥基化前后磷脂乳濁液的半價時間

由表5可以看出，與原料磷脂相比，羥基化后的大豆磷脂乳濁液的半價時間明顯延長，說明羥基化后大豆磷脂乳濁液的穩定性增強，親水性能提高。

3 結論

試驗結果表明，乳酸加入量、雙氧水加入量和反應時間均對超聲波作用下磷脂的羥基化反應產生一定影響，通過正交試驗確定了200 W超聲波作用下磷脂羥基化改性的最佳工藝條件為：4%的乳酸，20%的雙氧水，溫度為室溫，反應時間為40 min，此時，羥基化改性磷脂的碘值由最初的94.2 gI／100 g降至22.9 gI／100 g，說明羥基化改性后磷脂的不飽和度得到明顯降低，羥基化改性后大豆磷脂乳濁液的半價時間明顯提高，表明改性后磷脂的親水性能增強。

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Hydroxylated Modification of Soybean Phospholipids in Ultrasonic Wave Conditions

Li Hong1Sun Dongxian2Xu Ping1Shen Ruiling1Liu Yanqi1Zhang Hua1
（School of Food and Biological Engineering Zhengzhou University of Light Industry1，Zhengzhou 450002）（Henan Newbestway Food technology Co.Ltd2，Xinxiang 453000）

An ultrasonic wave assisted process to prepare hydroxylated soybean phospholipids has been studied in the paper.The influencing factors such as lactic acid amount，30%hydrogen peroxide and reaction time have been determined through Single Factor Method test and the process parameters were optimized by orthogonal experiment.The results showed that with presence of 4%lactic acid（m／m），the hydroxylated soybean phospholipids could be obtained in soybean phospholipids reaction on condition of20%hydrogen peroxide（V／m）assisted by ultrasonic power（200 W）for 40 min at room temperature simultaneously.The iodine value of the hydroxylated phospholipidswas reduced from 94.2 to 22.9 gI／100 g.The study has theoretical and practical importance to the industrial production of hydroxylated soybean phospholipids.

soybean phospholipids，hydroxylation，ultrasonic wave，iodine value，orthogonal experiment

TS229

A

1003－0174（2015）11－0110－05

“十二五”國家科技計劃（2012BAD37B06），鄭州市2011年度科技計劃項目（112PPTGY249－4），2011年度河南省高等學校青年骨干教師資助計劃項目（201103）；鄭州輕工業學院2010年校級骨干教師資助項目（201008），2013年度鄭州輕工業學院大學生創新訓練項目（201310462086）

2014－05－15

李紅，女，1978年出生，副教授，脂質分析及改性