磷脂的組成單元中除了甘油和脂肪酸外,還有磷酸、氨基醇或環醇等。一般磷脂的結構可以看作是甘油三脂肪酸酯的一個脂肪酸被磷酸所取代生成磷酸酯,然後再作為氨基醇等所酯化。磷脂分子中的氨基醇最常見的為膽堿和膽胺,由它們分別組成磷脂酰膽堿(俗稱卵磷脂)和磷脂膽堿胺(俗稱腦磷脂),此外還有肌醇磷脂和神經鞘磷脂等。
同油脂中的脂肪酸組成多樣性一樣,組成磷脂的脂肪酸也多種多樣,不論是不是同種類的磷脂或不同油料種子的同種類磷脂,其脂肪酸的成分均不同。磷脂來源不同,其脂肪酸組成也不相同。磷脂中的脂肪酸比較常見的是軟脂酸、硬脂酸和油酸等,分子中的脂肪酸常常一個是飽和的,一個是不飽和的。花生種子中磷脂的組成為約35%的卵磷脂和約64%的腦磷脂。
二、磷脂的理化性質
(一)磷脂的物理性質
純淨的磷脂無色無味,常溫下為白色固體物質,但由於製取方法、產品種類和儲存條件等的不同,磷脂產品常常呈現淡黃色至棕色。
磷脂可溶解於脂肪烴、芳香烴、鹵代烴等有機溶劑中,如乙醚、苯、三氯甲烷和石油醚等。磷脂隻能部分溶於脂肪醇(如乙醇)中。磷脂不溶解於乙酸乙酯和丙酮中,但如果有油脂存在時,磷脂在丙酮和乙酸乙酯中的溶解度會增加。卵磷脂可溶解於乙醇中,腦磷脂在乙醇中溶解部分和不溶解部分的分布基本相同。利用磷脂在上述溶劑中溶解度的差異,可以分離和提純磷脂。
磷脂能夠溶解於動植物油脂、礦物油和脂肪酸中,不溶於冷的動植物油脂中,磷脂中加入脂肪酸,可使塑性磷脂軟化或液化,使其成為流動性磷脂。
磷脂具有明顯的親水性,當油脂與適量的水相混合時,它即從油脂中分離出來。磷脂的這種吸收水膨脹產生膠體的性質,是原油水化脫膠的理論基礎。
(二)磷脂的化學性質
磷脂與空氣接觸或在光線照射下極不穩定,易氧化酸敗,色澤變深。磷脂在無水分的油脂中比較穩定,磷脂中的油脂可以防止磷脂氧化酸敗,有利於磷脂的儲存。磷脂在高溫下不穩定,在製油或製取磷脂的過程中,當溫度在100℃時,磷脂色澤加深,製取的磷脂氣味不佳,當溫度超過100℃時,磷脂逐漸分解。
磷脂是甘油三酯的類脂物,具有與甘油三酯相似的化學性質,在一定條件下易於發生皂化、水解、氫化、鹵化和磺酸化等反應。磷脂在堿性乙醇溶液或堿性水溶液中煮沸後可發生皂化反應,主要產物為肥皂、甘油磷酸酯的鹽類、肌醇磷酸酯的鹽類和各種氨基化合物等,進一步反應還可生成甘油、肌醇和磷酸鹽。
磷脂可以用鎳為催化劑在適當條件下進行氫化,生成白色固體狀的氫化磷脂,氫化磷脂由於雙鍵數目的減少較未氫化的磷脂穩定性好。在酸性催化劑作用下,磷脂可與雙氧水反應生成羥基化磷脂,由於引入了親水性的羥基使其在水中的分散性增強。經過磺化後的磷脂,可形成澄清的水溶液,而不會被酸和鹽沉澱,可用於紡織和鞣革工業中。
磷脂可以被酶分解,至少有4種以上的磷脂酶可用於分解脂
肪酸和磷酸所形成的酯鍵。其中有的磷脂酶可選擇性地分解磷脂中的不飽和脂肪酸酯鍵而對飽和脂肪酸酯鍵不分解,這種作用可生成一種具有強烈溶血作用被稱為“溶血磷脂”的磷脂產品。
三、磷脂的製備工藝
油腳中除含有豐富的磷脂外,還含有水、油脂、蛋白質、糖類、灰分(礦物質)、脂肪酸、色素、油溶性維生素和甾醇等,因此必須進行磷脂的分離提純。目前磷脂分離提純製備方法有有機溶劑萃取法、膜分離法、超臨界萃取法和有機溶劑沉澱法等(盧行芳,2004)。
(一)有機溶劑萃取法
有機溶劑萃取是一個重要的提取方法和分離混合物的單元操作。它是指通過選定某種溶劑,然後加入到液體混合物中,根據混合物中不同組分在同種溶劑中的溶解度不同,從而將所需要的組分分離出來的方法。磷脂的有機溶劑萃取法是根據磷脂不溶於醋酸甲酯、丙酮等有機溶劑,可溶於脂肪烴、芳香烴、鹵代烴類有機溶劑,如乙醚、苯、三氯甲烷、石油醚,部分溶於脂肪族醇類。利用這些溶劑可將原料中溶於其中的油脂等雜質去除。
工業生產中溶劑萃取操作一般應包括以下三個過程:①混合—料液和萃取劑密切接觸;②分離—萃取相和萃餘相分離;③溶媒回收—萃取劑從萃取相(有時也從萃餘相)中除去,並加以回收。
因此在萃取過程中必須包括混合器、分離器與回收器。混合器常用攪拌罐,也可用管道,將料液和萃取劑以湍流方式混合,或用噴射泵進行渦流混合。分離常用碟片式離心機。回收實際上是化工單元操作中的蒸餾設備。根據料液與萃取劑的接觸方式,萃取操作流程可分為單極和多極萃取流程,後者又可分為多級錯流萃取流程和多級逆流萃取流程,以及兩者結合進行的操作流程。在三個萃取過程中,以逆流萃取回收率最高,溶媒用量最少。這在工業上是很經濟的,因而也是工業上普遍采用的流程。
此法是目前磷脂產品生產中應用最廣泛的方法。適用於各種天然原料中提取磷脂,隻是對不同的原料,溶劑的選取稍有不同。在花生原料經過各種工序處理以後,磷脂膠質進一步凝結沉澱,通過布袋過濾機進行收集,即可作為生產花生磷脂的原料,該毛磷脂不含水,因此磷脂的精製無需脫水。利用丙酮純化可得90%~95%的磷脂,再利用酒精等溶劑分離、柱層析、乙酸化或利用磷脂酶A2水解等,可應用於WbrO(油包水)和ObrW(水包油)型食品及化妝品的添加劑。
(二)膜分離法
在分離技術中,膜分離技術是物質分離技術中一個十分重要的單元操作,膜分離法的最大特點是驅動力(主要為壓力),這種方法是用半透膜分離均相混合物中不同組分,半透膜在分離過程中沒有相變的過程。膜本身是均勻的一相或是由兩相及以上凝聚物質所構成的複合體,被膜分隔開的流體相是液體或氣體。