超声波作用下大豆磷脂的羟基化改性研究

李 红 孙东弦 徐 苹 申瑞玲 刘延奇 张 华

（郑州轻工业学院食品与生物工程学院1，郑州 450002）（河南新百维食品科技有限公司2，新乡 453000）

超声波作用下大豆磷脂的羟基化改性研究

李 红1孙东弦2徐 苹1申瑞玲1刘延奇1张 华1

（郑州轻工业学院食品与生物工程学院1，郑州 450002）（河南新百维食品科技有限公司2，新乡 453000）

本研究将超声波技术应用于大豆浓缩磷脂羟基化改性，提出了一种制备羟基化改性大豆磷脂的新工艺。以浓缩大豆磷脂为原料，研究了超声波作用下乳酸加入量、双氧水加入量和反应时间3个因素对磷脂羟基化改性的影响。通过正交试验确定了磷脂羟基化改性的最佳工艺条件：加入4%（m／m磷脂）的乳酸、20%（v／m磷脂）浓度为30%的双氧水、在室温（约为25℃）、功率为200 W下进行超声波反应，经过40 min后，磷脂的碘值由原来的94.2 gI／100 g降低至22.9 gI／100 g。

大豆磷脂 羟基化 超声波 碘值 正交试验

大豆磷脂是大豆油精炼过程中毛油水化脱胶的副产物，是脂肪酸甘油酯通过磷酸根与胆碱或胆胺等不同的基团相连接生成的化合物，其主要成份有：磷脂酰胆碱（PC）、磷脂酰乙醇胺（PE）、磷脂酰肌醇（PI）、磷脂酰丝氨酸（PS）等（结构式如图1）［1］。因其结构同时具有亲水和疏水基团，磷脂是一种良好的天然乳化剂［2］；同时，磷脂又是动植物生物膜的重要组成部分，参与细胞的代谢和神经细胞之间的信息传递，而且是某些膜系酶的辅酶或激活剂，对生物膜的生物活性和机体正常代谢有重要的调节功能［3］；此外，大豆磷脂含有丰富的不饱和脂肪酸、胆碱、肌醇等营养成分，是一种纯天然的营养强化剂，对脂肪代谢、肌肉生长、神经系统发育和体内抗氧伤害等方面发挥相当重要的作用，被广泛应用于食品、医药、皮革、饲料、纺织、化妆品等许多领域［4］。

然而，由于大豆磷脂产品组成不同，各组分有独特的性能，使其表现出的物理化学性质和功能性质有很大的差异，特别是粗制品不能表现出专一的功能性质，如PC能促进O／W型乳化液的形成，PE能促进W／O型乳化液的形成，二者相互有抑制作用，结果导致了大豆磷脂的亲水亲油平衡值（HLB值）低，乳化性不强，极大限制了磷脂的一些应用［5－6］。此外，由于天然磷脂分子中含有较多的不饱和脂肪酸，在空气中易氧化，进而影响了它的使用效果。因此，要想拓宽大豆磷脂的应用领域，对大豆磷脂进行改性尤为重要。目前常用的磷脂改性方法主要有物理法、化学法和生物酶法3种［7－8］。羟基化改性就是大豆磷脂的一种重要的化学改性方法，是在磷脂分子不饱和脂肪酸碳碳双键上引入2个羟基的反应（如图2），磷脂经羟基化后碘值降低，稳定性提高，亲水能力增强，功能性质得到改善［9］。国内有关磷脂羟基化改性方法的研究很少，仅李桂华等［10］报道了一篇有关羟基化改性磷脂的研制方面的文章，因此，非常有必要对磷脂的羟基化改性方法进行深入研究，弥补国内磷脂羟基化改性的不足。

图1 常见磷脂的结构（其中R1，R2为C14～C18的长碳链脂肪烃）

图2 磷脂羟基化反应

近年来，超声波技术在食品加工领域受到了广泛的关注，利用超声波产生的强大能量加速细胞壁的破裂和物料中有效成分的转移和扩散，可明显增强非均相体系的混合效果，促进分子间接触反应，从而达到提高反应速度的目的［11］。目前，有关超声波辅助加快化学反应的报道较多，如彭杨［12］曾报道超声波能明显加速脂肪酶对L－抗坏血酸脂肪酸酯合成反应的催化作用；Stavarache等［13］研究了超声波技术在植物油酯交换反应中的应用，发现超声波能有效地缩减反应时间。但将超声波应用到磷脂羟基化中的研究鲜有报道。

本研究通过单因素和正交试验，考察了乳酸、双氧水与时间对超声波作用下大豆磷脂羟基化反应的影响，确定了合成羟基化改性磷脂的最佳工艺条件，对于工业化生产羟基化改性大豆磷脂具有重要的指导意义。

1 材料与方法

1.1 原料和试剂

大豆磷脂：河南新百维食品科技有限公司。

硫代硫酸钠、碳酸钠、重铬酸钾、碘化钾、盐酸、冰乙酸、环己烷、一氯化碘、乳酸、双氧水等试剂均为分析纯：天津市凯通化学试剂有限公司。

1.2 主要仪器

梅特勒AL204／01型电子天平：梅特勒－托利多仪器有限公司；SB－5200DT超声波清洗机：宁波新芝生物科技股份有限公司；DF－101S集热式恒温加热磁力搅拌器：巩义市科瑞仪器有限公司；DHG－9053A型电热式恒温鼓风干燥箱：上海精宏仪器有限公司；RE－52AA型旋转蒸发仪：上海亚荣生物仪器总厂；SHZ－2000型循环水式真空泵：巩义市英予华仪器有限责任公司。

1.3 羟基化改性磷脂的合成方法

称取一定量的大豆浓缩磷脂（初始碘值为94.2 gI／100 g）于圆底烧瓶中，加入一定量的乳酸和30%双氧水，置于200W的超声波清洗器中，在常温下进行羟基化反应一定时间，待反应结束后加入适量40%的碱液中和，经旋转蒸发器连续真空脱水，至大豆磷脂不再产生气泡为止，测定羟基化产物的碘值。

1.4 碘值的测定［14］

碘值是测定脂类物质中的不饱和脂肪酸含量的一种方法，碳链中的不饱和双键，可与卤素（Cl2，Br2或I2）作用，不饱和双键数目越多，吸收的卤素也越多，因此，可以根据脂类吸收碘的量确定其不饱和度。规定每100克脂质，在一定条件下所吸收的碘的克数，称为该脂类物质的碘值。碘值愈高，不饱和脂肪酸的含量愈高。

1.4.1 碘值测定方法

称样按表1所示，准确称取充分干燥的样品于洁净干燥的500 mL碘量瓶中，加入10 mL氯仿充分溶解试样，用移液管准确加入25 mL韦氏试剂，迅速盖好碘量瓶塞，摇匀并用蒸馏水封好瓶口，放在25℃暗处静置1 h。取出后立即加入20 mL 10%的碘化钾溶液和100 mL蒸馏水，即刻用0.1 mol／L硫代硫酸钠标准溶液滴定，待浅黄色试样溶液消失时，加1 mL 1%淀粉指示液，此时呈现蓝黑色，继续滴定，直至蓝色刚好消失，为滴定终点，记下消耗硫代硫酸钠标准溶液的毫升数。同时做平行及空白试验。

表1 碘价数值与试样用量

1.4.2 结果计算

碘值按每100 g样品吸收碘的质量（g）表示时，由下式计算：

式中：I.V.为碘值／gI／100 g；c为硫代硫酸钠溶液的标定浓度／mol／L；V0为空白试验所消耗的硫代硫酸钠标准溶液的体积／mL；V1为试样试验所消耗的硫代硫酸钠标准溶液的体积／mL；M为试样的质量／g

1.5 半价时间的测定［15］

准确称取1.000 g羟基化磷脂和9.000 g大豆油于50 mL烧杯中，在50℃时加热搅拌混匀，在100 mL具塞量筒中，加入50 mL水，水温50℃，将混合均匀的样品液移入量筒中，在20 s内将量筒上下倒置20次，使其形成乳状液，将量筒置于50℃的恒温烘箱中，测定分离出一半水的时间（即为半价时间），显然半价时间越长，乳化稳定性越好，羟基化磷脂的亲水性越好。

2 结果与讨论

2.1 单因素试验

2.1.1 乳酸加入量对磷脂羟基化程度的影响

乳酸作为一种催化剂，能为反应提供一个酸性环境，还可防止H2O2的分解，此外，乳酸还作为试剂，参与磷脂羟基化反应，因此，控制乳酸的用量对反应的顺利进行非常重要。以磷脂质量计算，乳酸的加入量取1%、2%、3%、4%、5%5个水平。双氧水加入量为15%，200W超声波作用下反应30 min后测定羟基化改性磷脂的碘值，试验结果如图3所示。

由图3可以看出，当乳酸加入量＜3%时，随乳酸加入量的增加，产品的碘值逐渐减小，说明磷脂分子中脂肪酸的不饱和度逐渐降低，即羟基化程度不断升高；当乳酸加入量＞3%时，随乳酸加入量增加，产品的碘值反而逐渐增加，可能是由于在过量乳酸的存在下，生成的羟基化磷脂脱水产生不饱和双键的缘故，说明并不是乳酸加入量越多越好，因此，乳酸加入量定为3%。

图3 乳酸加入量对羟基化程度的影响

2.1.2 双氧水加入量对磷脂羟基化程度的影响

双氧水在磷脂的羟基化反应中起到氧化乳酸为过氧酸的作用，以磷脂质量计算，双氧水加入量选择5%、10%、15%、20%、25%5个水平，加入3%的乳酸，200W超声波作用下反应30 min后测定羟基化改性磷脂的碘值，试验结果如图4所示。

图4 双氧水加入量对羟基化程度的影响

由图4可看出，随双氧水的加入量增加，反应产物的碘值逐渐降低，说明磷脂羟基化程度不断提高，但当双氧水加入量超过20%时，反应后磷脂的碘值又略有升高，因此，选择双氧水的加入量为20%最为合适。

2.1.3 时间对羟基化程度的影响

反应时间选取 5、10、20、30、40和 50 min 6个水平，乳酸加入量为3%，双氧水加入量为20%，200 W超声波作用下反应，结束后测定羟基化改性磷脂的碘值，试验结果如图5所示。

图5 反应时间对羟基化程度的影响

由图5可知，随着反应时间的延长，产物的碘值逐渐降低，但当超过30 min后，碘值变化程度不大，因此，选择反应30 min。

2.2 正交试验

根据单因素试验结果，选择乳酸加入量、双氧水加入量、反应时间3个主要影响因素，每个因素分别选取3个水平（表2），建立 L9（33）正交试验（表 3），以产物的碘值作为比较结果，确定羟基化改性的最佳合成工艺条件。

表2 正交试验因素及水平表

表3 正交试验结果与数据分析

由表3的分析结果可得在200 W的超声波作用下，磷脂羟基化的最佳工艺条件为A3B2C3，即4%的乳酸，20%的双氧水，反应时间40 min。各因素对碘值影响的主次顺序为A＞C＞B，乳酸加入量羟基化程度的影响最为显著，其次是反应时间，双氧水的加入量对羟基化程度的影响较小。

2.3 结果验证

根据正交试验结果得出的最佳工艺条件，对结果进行验证。即在反应体系中加入磷脂质量4%的乳酸，20%的双氧水，200 W超声波作用下反应40 min后，得到羟基化产物的碘值如表4所示。由表4可以看出在最优参数下进行试验所得到的羟基化改性磷脂的碘值为22.9 gI／100 g，与大豆浓缩磷脂碘值（94.2 gI／100 g）相比，碘值降低较多，说明经过反应大量磷脂发生了羟基化。

表4 大豆磷脂羟基化反应条件的验证试验

2.4 磷脂羟基化对其亲水性能的影响

为了研究羟基化改性后磷脂亲水性的变化，测定了羟基化改性前后磷脂乳浊液的半价时间，结果见表5。

表5 羟基化前后磷脂乳浊液的半价时间

由表5可以看出，与原料磷脂相比，羟基化后的大豆磷脂乳浊液的半价时间明显延长，说明羟基化后大豆磷脂乳浊液的稳定性增强，亲水性能提高。

3 结论

试验结果表明，乳酸加入量、双氧水加入量和反应时间均对超声波作用下磷脂的羟基化反应产生一定影响，通过正交试验确定了200 W超声波作用下磷脂羟基化改性的最佳工艺条件为：4%的乳酸，20%的双氧水，温度为室温，反应时间为40 min，此时，羟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，说明羟基化改性后磷脂的不饱和度得到明显降低，羟基化改性后大豆磷脂乳浊液的半价时间明显提高，表明改性后磷脂的亲水性能增强。

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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”国家科技计划（2012BAD37B06），郑州市2011年度科技计划项目（112PPTGY249－4），2011年度河南省高等学校青年骨干教师资助计划项目（201103）；郑州轻工业学院2010年校级骨干教师资助项目（201008），2013年度郑州轻工业学院大学生创新训练项目（201310462086）

2014－05－15

李红，女，1978年出生，副教授，脂质分析及改性