植酸的生物活性及应用

(陕西理工大学化学与环境科学学院，陕西汉中，723000)

植酸又名环己六醇磷酸酯，俗称菲丁，其分子量：660.04、分子式：C6H18O24P6。植酸主要用于食品添加剂、医药原料、金属保护剂及阻燃原料，在工业上可用于涂料、防锈、显景、洗净、稀土金属分析、防爆和防静电等试剂。周围环境pH值的变化和金属离子的多少会使植酸变成植酸盐或自由态等许多不同形式存在，具有良好的抗氧化性和螯合作用，可以制作成水果、蔬菜、肉类、食用油等制品的抗氧化剂。

1 植酸的生物活性

植酸的存在形式受pH值、共存金属离子及蛋白质的种类等诸多因素影响，尤其在食品与生理系统中存在形式比较复杂。在动物消化道的pH值环境下，植酸分子可以与许多二价及以上金属离子反应形成稳定的复合物，植酸与金属离子结合的数量、稳定性和环境的pH值密切相关。而蛋白质表面的带电氨基酸集团可以与植酸发生静电结合，当体系pH值低于蛋白质的等电点时，蛋白质与植酸之间将产生强烈的静电作用，这会对蛋白质的稳定性产生影响，而且植酸酶会被植酸与金属离子的结合物抑制。植酸与大多数蛋白质可以在酸性环境下结合，这会改变蛋白质表面的静电性，进一步影响蛋白质的稳定性及其功能[1]。而这些影响都会降低金属离子与磷的生物利用率。

饲料及食品中也存在植酸，会改变某些组分的溶解度，提高生物对它们的利用率，因为它可以直接或间接的与蛋白质、淀粉、矿物质等结合。而且在一般条件下，植酸的磷酸基团可以与带正电荷的离子及蛋白质形成稳定的螯合物，以此影响生物体对蛋白质和矿物质的吸收和消化[2]。

2 植酸的各种性能

2.1 植酸与金属的作用

植酸作为多齿金属螯合剂，金属可以和其上的六个磷酸基螯合，能与诸多金属离子发生配合反应，还能与诸多金属外层原子反应生成膜，从而抑制金属被腐蚀。而生成的膜上有较多的磷酸基团和羟基，无毒且能与金属表面的有机涂层反应，从而提高它们之间的吸附力[3]。植酸上的磷酸根还受介质环境、离子强度影响，在与碱金属、碱土金属之间进行复杂的相互作用下，还能与金属离子形成复杂的复合物盐。

植酸的结构、作用机理与硅烷相似，可以用来增强钢铁表面涂层的耐蚀性、附着力，能够改善环境污染的现状。戎家玥等[4]用植酸处理金属，在处理后的钢铁表层形成有机植酸转化膜，起到与金属的有机涂层性质相类似的作用，还能与有机涂层化学反应，增强它们之间的粘接力；同时膜层致密、完整，空洞小且极少，可以有效阻止金属基体形成微电区以及被氧气腐蚀，提高基体的耐蚀性。而马全扬[5]用植酸处理镁合金表面，研究在不同工艺条件下植酸与Mg2+反应，形成不同的表面形貌、成分和表面积，对镁合金表面性能的影响，为后续制备高性能玻璃纤维增强镁合金合板做了铺垫。崔世亮等[6]用植酸制备环保型防锈剂，发现植酸可以在金属表层自发组装并且缓慢释放它的性能，形成整齐光滑的植酸转化膜，其晶粒极其紧密的排列呈现出稻粒状，其主要由金属的氧化物、螯合物和植酸组成，可以有效阻止金属被腐蚀。而邵雄等[7]用植酸改性了环氧树脂，研究发现植酸改性环氧树脂很好地表现出了植酸的缓蚀性、屏蔽作用，而用植酸改性环氧树脂制备的水性环氧-丙烯酸酯乳液的耐腐蚀性能有着显著提高，对水性环氧防腐涂料的发展有很大的启发。秦蓬波等[8]制备阻蚀型聚硫密封胶，用不同的植酸含量对聚硫密封胶组合，并考察了其活性期、力学性能、粘接性能以及其阻蚀等性能，发现植酸分子中的P=O基团可以和过渡金属形成稳定的配合，防止了金属被进一步氧化，当植酸掺量相对较高时，聚硫密封剂的活性期越长、阻蚀效果就越好。雷黎等[9]探索pH值会怎么影响水滑石/植酸复合膜的构成、性能及微观下的形貌变化，植酸的后处理可以改善膜层裂纹；发现环境的pH值在7左右时，水滑石/植酸复合膜最致密、耐腐蚀的性能最强。

植酸与金属络合反应的产物，能很好地保护金属，而植酸的羟基、磷酸基等可以与有机涂层反应增加有机涂层与金属表面吸附力，在许多国家已经利用植酸盐进行了对金属表面涂装的处理，形成的植酸转化膜效果显著。而用植酸处理涂装形成植酸转化膜的处理工艺还能进一步优化，其处理药剂配方还可以进一步的完善。

2.2 植酸的抗营养价值

植酸是天然的抗营养因子，有较强的抗氧化性，能除去对人体有害的金属离子、抑制某些细菌的生长，可以用于食品的抗氧化剂、保鲜剂、防腐剂、增味剂和变色防止剂。而在化妆品中添加使用时，还可以改善使用者的皮肤颜色、促进其皮肤血液循环，还能应用于润肤霜、洗发水、染发剂、牙膏、牙科用粘固粉等。

植酸阻碍革兰氏阳性菌及其芽孢生存与繁衍，对肉毒杆菌和黄色葡萄球菌以及溶血链球菌等抑制尤为显著。李冠霖等[10]用植酸做保鲜剂调理鸭肉，研究了用植酸煮制鸭肉时间、温度等对鸭肉的影响，发现了合适的植酸煮制时间与温度对鸭肉组织内部细菌的影响，以及对鸭肉组织内部的各种物质的保护和对肉质的影响。植酸是自然界存在的有机化合物，能抑制水果、蔬菜细胞的呼吸作用，从而对果蔬进行保鲜，张介驰等[11]用不同浓度的植酸与VC复配液处理滑菇，发现植酸和VC复配后对滑菇起到更好的保鲜效果，能较好地抑制滑菇的生物变化，保证滑菇的感官品质，并确定了配方。王天丰等[12]通过体外实验研究植酸作为螯合剂的去污能力，利用植酸能吸收利用一部分离子的能力，有效除去了牙本质表面的污垢层，还能与细菌生长必须的金属离子反应进而抑制细菌生长，并对牙本质本身的化学组分无影响。姜丽等[13]研究发现用植酸处理采后紫背天葵，可以抑制其生理生化反应，有效提高紫背天葵贮藏生理品质、延缓衰老。

植酸是一种低毒积弱型抗营养因子，在植物中以磷酸盐形式为主存在，能与许多金属离子发生螯合反应，可以抑制蛋白质的消化性能，还能抑制淀粉酶和胰蛋白酶的活性，会影响到机体生理活动[14]。还可以抑制氧化并具有一定的抑菌作用，从而延缓食品品质劣化，植酸的用途与应用范围广泛，可以预见植酸在食品、医用、工业等领域的地位将会愈发重要，是未来所需的一种重要的应用原材料。

2.3 植酸的医用价值

植酸具有增加NK细胞的活性、抗氧化性、阻碍多种癌细胞增殖的功能，且对平常的细胞没有伤害，因此在医学上也有着广泛的应用。植酸水解产生的肌醇也具有一定的抗癌性，而且植酸与肌醇的抑癌效果比较温和，有研究认为将两者合用可以提高对肿瘤的抑制效果，合用后能对5种癌细胞产生抑制，对不同的癌细胞抑制效果不同，随剂量的增加效果有所提高[15]。

植酸能引诱结直肠癌的分化从而阻碍肿瘤进一步恶化[16]，食物中的植酸经人体肠胃水解后，其水解产物能阻碍结直肠癌细胞的发展。孙立等[17]讨论了植酸与它的水解产物可以对NDRG1蛋白的表达产生的反应，而且研究了植酸与它的水解产物引诱瘤细胞分化原因。认为其水解主要产生的肌醇，可以与植酸联合起抗肿瘤作用，抑制结直肠癌生长。有研究表明植酸能够影响黏肠膜的屏蔽功能，程立雪等[18]构建出结直肠癌的大鼠模型，拟从zo-1、claudin-1和occludin蛋白的表达切入，发现植酸能利用改变紧密连接功能来改变肠黏膜的屏蔽功能，加强了occludin与zo-1蛋白的表达水平，降低了claudin-1蛋白的表达水平，从而抑制了结直肠癌的表达。

植酸可以从导致癌细胞的周期停滞、加快癌细胞的分化凋亡、阻碍癌细胞的增值等诸多途径阻碍癌细胞的发展，还可以对结直肠癌中Wnt信号通路产生影响，进而对细胞周期进行调节，从而抑制结直肠癌的发生，并且对机体无不良影响，相比于其他药物副作用极小，在未来一段时间内植酸及其水解产物很可能成为抑癌领域的新宠[19]。

2.4 植酸的阻燃性能

物质的燃烧需要助燃气体、热源、能燃烧的物质，而且在有焰燃烧时自由基的链式反应不可或缺，阻燃剂通过抑制自由基的链式反应、降低助燃气的浓度、终止热量传递和隔绝氧气等实现阻燃。而植酸是一种自然界存在的无毒含磷物质，其较高的含磷量让植酸有很高的阻燃性能[20]，物质在燃烧的时候磷类阻燃剂会裂解成为小分子P·、P2及PO·，P·和PO·可以与OH·或H·自由基反应，其产物可以加速材料的降解，而产物HPO与H·作用产生H2和PO·，可以扰乱由基的链式反应，其产物能够减少H·浓度从而熄灭火焰。

植酸阻燃剂近年来已经成为一个热门话题，肖文成等[21]用植酸对涤纶织物浸轧焙烘，优化了植酸对涤纶织物的阻燃处理工艺，处理后的涤纶织物表现出了优良的阻燃性能，其极限氧指数达到30.7，燃烧面积明显减小，热分解的速度热释放总量明显降低，而且对组织物的白度、硬挺度和断裂强度等物理性能没有明显影响。而邢亚琳[22]用植酸、氧化淀粉合成氧化淀粉植酸酯中间体POST，再加成缩合制备一类别的氧化淀粉植酸酯Schiff base，将其与DDPO反应获得七种含磷较高的阻燃剂，进一步实验验证了其良好的阻燃性能。张秋艳[23]应用尿素和植酸的一步反应加工成了植酸铵，再将其接枝到lyocell再生纤维素表面，得到了阻燃型耐久纤维，发现新型lyocell再生纤维有良好的阻燃性能，并利用植酸和双涂覆法研发了新的阻燃型纤维。

近年来因为卤素类阻燃剂燃烧后会产生对人体有伤害的气体，且磷、氮阻燃剂能够和卤素阻燃剂相媲美，因此植酸作为无毒和环境友好性阻燃剂愈发被重视，其主要用于聚乳酸、EVA等领域。在阻燃剂体系中加入植酸盐后阻燃效果有明显优化，并降低了体系的热释放速率，植酸中磷元素存在于不同的体系中还能改善体系的成炭性能[24]。由于生活中易燃物的增多，各种火灾对人民生活生命的危害日益严重，很有必要研发无毒的新型阻燃剂，所以植酸作为一种绿色无毒天然产物，在阻燃领域有着重要的意义。

3 总结与展望

植酸是一种天然无毒提取物，具有良好的生物活性，是一种具有较强的螯合性的抗营养因子，还能保护金属、抑制癌细胞、制作新型阻燃剂。植酸在食品、工业、医疗等领域都具有很高的应用价值。

植酸在食品保鲜、金属保护、阻燃剂和治疗癌症等方面有着举足轻重的作用。植酸制成的保鲜剂能有效地抑制微生物的生长繁殖、延缓脂肪氧化，有效地保持了产品的原有品质；并且有很强的螯合性，能与金属形成致密、均匀的络合物有效保护金属免受腐蚀，还可以与油漆反应增加油漆在金属表面的附着力，能与有机涂层发生反应增强其屏蔽和防腐性能；还是天然的营养品，可以与金属离子络合，具有强抗氧化性，能除去对人体有害的金属离子，抑制氧化并具有一定的抑菌作用，在食品、医用、工业等领域的地位将会愈发重要，是未来诸多产业所需的一种重要应用原材料；并且有多种抑制癌细胞增殖的功能，且对正常细胞无影响，相比于其他药物副作用极小，而植酸的不同水解率产物对癌症的防治有重要意义，其水解产生的肌醇也能有效地降低乳腺癌细胞分化和传播速度；还是一种天然的环境友好型无毒的含磷有机化合物，作为一种绿色无毒天然产物，制备成的阻燃剂被行业寄以厚望，在阻燃领域有着重要的意义。

植酸在生物传感器和吸附等领域也备受瞩目，但是目前植酸的应用还有诸多问题有待解决：如何准确地检验植酸的含量和其使用的阈值；如何减弱植酸的抗营养作用；如何对植酸进行大规模有要求的生产及如何发挥其最大潜在价值等诸多问题。随着植酸相关方面研究的不断深入，相信今后植酸的应用领域和范围将被进一步的拓宽，存在的问题也会逐步解决。