87-89-8 / 肌醇主要應(yīng)用于哪些領(lǐng)域？

概述【3】

肌醇為環(huán)己六醇，是環(huán)已六醇族的六碳基環(huán)己烷,俗名肌醇。是一種水溶性維生素，屬維生素B族中的一種。肌醇是人、動物與微生物生長的必需物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于飼料、醫(yī)藥、食品等行業(yè)。

結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)【1】

肌醇共有九個不同異構(gòu)體,其中有7種非炫光異構(gòu)體和兩種旋光體，最重要也是最多的是myo-肌醇。myo-肌醇也稱之為內(nèi)消旋肉堿活肌肉肌醇，是維生素b的重要組成部分，它含有內(nèi)消旋結(jié)構(gòu)以及不對稱結(jié)構(gòu)，能促進(jìn)某些生物生長;也伴有少量Seyiio-肌醇及meo-肌醇，這些構(gòu)型不活潑。肌醇為白色結(jié)晶,外觀類似糖類且微甜（甜度為蔗糖的50%）,無臭,沸點319℃,熔點為224℃一227℃，在空氣中比較穩(wěn)定。肌醇是一種多烴基化合物,同時具有多烴基化合物的通性，微溶于酒精,易溶于水、甘油、乙二醇,不溶于無水氯仿、丙酮、乙醚等有機(jī)溶劑。水溶液遇石蕊試紙為中性反應(yīng)。肌醇由于其環(huán)狀結(jié)構(gòu)的均衡性、無旋光性、鍵能較高的特點,穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于糖類物質(zhì),比較穩(wěn)定,但容易吸潮。如果低于50℃易為無色單斜棱結(jié)晶體，其實這種結(jié)晶體是還含有兩個分子的結(jié)晶水。繼續(xù)加熱至110攝氏度易脫水為無水結(jié)晶。

分布及作用機(jī)理【1】

1.肌醇分布及存在形式

肌醇是一種普遍存在的生物活素,具有與維生素B和生物素等物質(zhì)相似的作用,是生物體內(nèi)不可或缺的成分。幾乎所有生物體內(nèi)都含有結(jié)合態(tài)或游離態(tài)的肌醇。在鳥類動物的有核紅血球中作為六磷酸肌醇的物質(zhì)是以六磷酸酯形式存在的，同樣廣泛分布與植物和其他動物中；游離態(tài)的肌醇主要存在于心臟、肌肉、肝臟、肺臟中，是屬于磷脂的一種磷脂酰肌醇的組成成分；油料生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的餅粕,加工糧食產(chǎn)生的副產(chǎn)品米糠和鼓皮,以及生產(chǎn)玉米淀粉過程中浸泡玉米廢水等是制取肌醇的重要原料。肌醇通常以肌醇六磷酸鹽和磷脂酞肌醇兩種形式存在于自然界，后者主要分布于動物及微生物細(xì)胞內(nèi),作為細(xì)胞的組成成分;而在天然的植物中,則以前一種形式存在。

2.肌醇的作用機(jī)理

肌醇參與體內(nèi)的新陳代謝活動,用于合成肌酸磷脂膜磷脂、鞘脂等前體物質(zhì),為人類及動物的多種細(xì)胞生長所必需。與磷脂、脂肪酸等結(jié)合生成肌醇相關(guān)化合物,能發(fā)揮類似脂堿作用,可促進(jìn)肝和其組織中脂肪的代謝。

制備方法【3】【2】【4】

1.加壓水解法

以植酸鈣鎂為原料生產(chǎn)肌醇時，首先按照植酸鈣鎂∶水為1∶3~3∶5的比例放入打漿鍋中，充分?jǐn)嚢?，使其成糊狀，以利于水解和吸入水解鍋。冬天注意使用溫水，以使植酸鈣鎂較快的吸收水分。利用真空將打漿后的植酸鈣鎂吸入水解鍋，在水解壓力0.5~0.6MPa下攪拌反應(yīng)10h左右，當(dāng)pH達(dá)到3.0左右時水解完畢。

在加壓水解后的生成物中，除肌醇外，還有水不溶性的磷酸鹽和水溶性的磷酸和磷酸鹽。傳統(tǒng)方法通過加入石灰乳，發(fā)生中和反應(yīng)，除去水溶性的磷酸和磷酸鹽，水解后產(chǎn)生的水不溶性磷酸鹽及中和反應(yīng)中生成的水不溶性的磷酸鈣沉淀，可通過過濾去除，濾渣可用作肥料，濾液中含有肌醇。
肌醇溶液經(jīng)上述處理后，大部分雜質(zhì)已除去，但水分含量仍較高，需進(jìn)行真空濃縮。濃縮至相對密度為1.28~1.30時，冷卻結(jié)晶，離心分離，即得粗制肌醇。粗制肌醇中仍含有少量色素、雜質(zhì)，可將粗制肌醇按1∶1.2的比例加入蒸餾水，加熱溶解，再加入活性炭進(jìn)行脫色，離心分離，取樣，用氯化鋇檢驗硫酸根，用草酸銨檢驗鈣離子，硝酸銀檢驗氯離子，以檢測肌醇中雜質(zhì)去除效果。根據(jù)檢測結(jié)果，使用蒸餾水或無水乙醇進(jìn)行洗滌，進(jìn)一步去除雜質(zhì)，得到精制肌醇。

2.常壓催化水解

由于加壓水解法是在高溫高壓的反應(yīng)條件下進(jìn)行，對設(shè)備要求嚴(yán)格，精制工藝復(fù)雜，損失較多，生產(chǎn)成本高。常壓催化法是近幾年產(chǎn)生的一種生產(chǎn)肌醇的新方法，能降低設(shè)備投資，工序簡易，產(chǎn)品回收率較高，降低了生產(chǎn)成本。以固體超強(qiáng)酸作催化劑，植酸經(jīng)加熱水解、過濾、結(jié)晶和烘干等工序，就可制得較高質(zhì)量的肌醇成品，簡化了除雜、脫色、濃縮等工序。

3.酶解法

酶法生產(chǎn)肌醇，即利用酶制劑（主要是植酸酶和磷酸酯酶），將植酸及其鹽轉(zhuǎn)化為肌醇。植酸酶在動物飼料中應(yīng)用較廣泛，可將植物性飼料中的植酸及其鹽降解為無機(jī)磷和肌醇。在過去研究中，人們均將關(guān)注的重點放在植酸酶水解植酸釋放無機(jī)磷方面，少有對降解產(chǎn)物肌醇的定量研究。對于水產(chǎn)動物，尤其是經(jīng)濟(jì)價值較高的水產(chǎn)動物，肌醇對維持其正常的生理功能起著非常重要的作用。在配制飼料的過程中，需添加肌醇以滿足動物的生理需要。研究植酸酶添加與肌醇釋放量之間的關(guān)系，將有助于更好的配制飼料，降低飼料成本。

圖1為酶催化制備肌醇的機(jī)理

4.化學(xué)合成法

一般采用天然肌醇或非肌醇化合物為原料，經(jīng)過一定的化學(xué)反應(yīng)改變其構(gòu)象和組成以生產(chǎn)肌醇。由化學(xué)方法制得的肌醇一般都是以同分異構(gòu)體存在的，為提高化學(xué)合成肌醇的產(chǎn)率，常用貴金屬鈀作為催化劑，但是，對人體有用的內(nèi)消旋環(huán)己醇的得率也只有17%。另有報道以山梨醇為原料合成肌醇，但效果也不甚好。

也有以葡萄糖為原料仿生合成肌醇，采用右螺旋己醛糖-D(+)葡萄糖為原料，先經(jīng)脫氫、硝化生成重要中間體脫氫硝基苯葡萄糖;再在堿性溶液中使其環(huán)化、水解;實現(xiàn)“磺酸化一羥基化”轉(zhuǎn)化過程，同時轉(zhuǎn)變構(gòu)型，最終合成肌醇。整個工藝均在常壓下進(jìn)行，葡萄糖生成肌醇轉(zhuǎn)化率在60%左右。

5.其他方法

生產(chǎn)肌醇的其他方法包括微波輻射法、離子交換樹脂法等。以鹽酸和尿素為提取劑，以脫脂米糠為原料，采用微波浸提、離子交換和微波水解從米糠中提取肌醇，能顯著縮短提取時間、降低成本、提高肌醇得率，并且具有操作簡單、快速方便、環(huán)保友好等特點。用米糠浸泡水和玉米浸漬水為原料，采用連續(xù)離子交換法制備肌醇，得到肌醇的收率≥85%、純度≥99.5%，利用此法生產(chǎn)肌醇，提高了肌醇的回收率，降低了能源消耗，提高了生產(chǎn)效率，促進(jìn)了資源的有效利用。

應(yīng)用【2】

1.飼料工業(yè)

肌醇在飼料工業(yè)中作生物促進(jìn)劑，有些高檔畜飼料中加有肌醇，高等動物缺乏肌醇，將會出現(xiàn)生長停滯、毛發(fā)脫落及體內(nèi)生理活動失調(diào)等癥狀。在飼料中添加肌醇對黑白花奶牛奶成分和西農(nóng)莎能奶山羊某些生產(chǎn)性能都有較大改善。實踐證明，飼料中加入肌醇，可促進(jìn)牲畜生長和防止死亡，其加入量通常為飼料的0.2％～0.5％。日本僅動物用肌醇每年消費(fèi)量都在100t以上。
在金魚養(yǎng)殖過程中添加肌醇可明顯提高金魚游動能力；若在魚蝦飼料中添加一定數(shù)量的肌醇，可促進(jìn)魚蝦的生長，使魚蝦生長速度提高10%以上。

2.食品工業(yè)

在發(fā)酵和食品工業(yè)中，肌醇可用于多種菌種的培養(yǎng)和促進(jìn)酵母的增長等。作為食品強(qiáng)化添加劑、營養(yǎng)劑，保健飲料、兒童食品都加有肌醇。肌醇可使脂肪很快轉(zhuǎn)化為熱能而消耗，防止脂肪在人體內(nèi)特別是心血管內(nèi)沉積。肌醇作為食品添加劑用于營養(yǎng)保健品風(fēng)靡國際市場，其中加有肌醇及微量鹽酸肉毒堿的減肥降脂食品在西方國家十分搶手。因此，在食品工業(yè)中肌醇常作為營養(yǎng)強(qiáng)化劑。

3.醫(yī)藥工業(yè)

肌醇具有類似于維生素B1和維生素H（生物素）的作用，是人類與動物維持正常生理功能不可缺少的低分子有機(jī)物，能促進(jìn)肝和脂肪的代謝，治療各種維生素缺乏癥，被廣泛用于制造復(fù)合維生素制劑原料，可治療肝硬化、脂肪肝、血管硬化、膽固醇過高、肥胖癥、糖尿病和四氯化碳中毒等多種疾病，具有促進(jìn)細(xì)胞生長和防止老化的醫(yī)療作用。科學(xué)界確認(rèn)：由肌醇形成的肌醇磷脂是生物細(xì)胞的第二信息系統(tǒng)，在體內(nèi)起著放電作用，可預(yù)防癌癥、糖尿病、心腦血管等疾病。

肌醇作為制藥中間體，可用來合成煙酸肌醇酯、脈通、肌醇硒酸酯等藥物，以治療膽固醇過高癥、動脈硬化、糖尿病、癌癥等,其中，肌醇硒酸酯被稱為微量元素中的“抗癌之王”，可用于制備富硒抗癌藥物、食品、飲料。近年來開發(fā)出來的新產(chǎn)品氟代肌醇具有抗癌、治癌和提高免疫功能。肌醇及其衍生物還可通過一種不同于血液的復(fù)合胺再吸收抑制因子治療憂郁癥和強(qiáng)迫性錯亂癥。

4.化妝品業(yè)

肌醇是制造綜合維生素的原料，具有促進(jìn)細(xì)胞生長和防止老化的醫(yī)療作用。在化妝品中添加肌醇可抑制黑色素的產(chǎn)生，防止雀斑的形成。近年來肌醇在開發(fā)高級化妝品等方面成為國際上的搶手貨，出口需求量很大，目前國內(nèi)的產(chǎn)量遠(yuǎn)不能滿足要求。

5.其他方面
將肌醇進(jìn)行深度加工，可制成肌醇片、肌醇甲基醚、肌醇肽、肌醇有機(jī)酸酯、肌醇無機(jī)酸酯、鹵代肌醇、磷酸肌醇酯、脈通、甘油三脂、氨基環(huán)糖醇、富硒抗癌藥物等產(chǎn)品，在醫(yī)藥、電力、交通、能源、電子、化工等工業(yè)上都有很高的實用價值。

主要參考資料

[1]王晟楠. 肌醇對貉生產(chǎn)性能的影響[D].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué),2015.

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