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肌醇


l 肌醇及其产品性状 肌醇(inositol),学名环己六醇,是他和环状多元醇;分子式:无水肌醇 C6H12O6(分 子量 180.16),含水肌 C6H12O6·2H20(分子量 216.19);白色结晶性粉末,无臭、味甜, 相对密度 1.752;溶于水,不溶于醇、醚和氯仿;肌醇水溶液呈中性,熔点 223-227℃。 肌醇广泛存在于各种天然动物、植物及微生物组织中,因最初由肌肉

组织中提取,故 得肌醇之名(又称肌肉糖),其性质与葡萄糖醇、甘露糖醇、本糖醇相近。肌醇共有 9 个异 构体,最重要的是 myo-肌醇;菲汀水解生产的主要是 myo 一肌醇,但也伴有少量的 Scyiio和 meo-肌醇。由于肌醇属于多羟基化合物,所以具有相邻羟基的多羟基化合物所特有的反 应特性。肌醇还具有与维生素 B1、维生素 H 类似的作用,我们通常把肌醇归类为维生素 B 族。 由于目前肌醇产品主要以出口为主,各生产厂家的生产标准执行美国药典 NF 见版标 准。

表 1 美国药典 NF 见版标准 ----------------------------------------------------------------------产品含量, 形状 熔点,℃ 氯化物,硫酸盐,干燥失重,灼烧残渣, % % % % % ----------------------------------------------------------------------->98 白色结晶或 224-227 ≤0.005 ≤0.006 ≤0.5 ≤0.01 白色结晶粉末 -----------------------------------------------------------------------2 肌醇的用途 2.1 医药工业领域的应用 肌酸可用于生产肌醇片、烟酸肌醇脂、脉通、甘油三脂,治疗肝炎、 肝硬化、脂肪肝和血液中胆固醇过高症。 烟酸肌醇脂以烟酸、三氯氧磷、肌醇为原料,先将烟酸与三氢氧磷 反应制得烟酸酰氯,然后再与肌醇反应,得成品。 氟代肌醇是近年来才开发出来的新产品,具有抗癌、治癌和高效免 疫功能。 化学合成的紫杉醇,其治癌效果较差;但用肌醇将其改性后,治癌 效果比天然品还好。无论是国内或国外,紫杉醇一直处于供不应求状态。这已经 成为当今医药工业对肌醇的新的消费点。

2.2 肌醇在食品工业中的应用 肌醇是一种“生物活素”,参与体内的新陈代谢活动,具有免疫、 预防和治疗某些疾病等多种作用,在发酵和食品工业中,可用于多种菌种的培养 和促进酵母的增长等、高等动物若缺乏肌醇,将会出现生长停滞和毛发脱落等现 象,人体每天对肌醇的需求量是 l-2g,许多保健饮料和儿童食品都加有微量肌 醇。 肌醇还是肠内某些微生物的生长因子,在其它维生素缺乏时,它能 刺激所缺乏维生素的微生物合成维生素。 2.3 肌醇在饲料工业的应用 鱼和水生动物及名贵鸟类、毛皮兽、观赏猫、狗等珍禽奇兽的饲料 中需增补肌醇。在对虾及鱼类饲料中,肌醇添加量通常为 300-500 mg/kg,瑞 士罗氏药厂建议群鱼及鲑鱼饲料的添加量为 1000 mg/kg,鳝鱼及鲤鱼 150 mg/kg,否则将出现肌醇缺乏症。 实践证明,饲料中加入肌醇,可促进牲畜生长和防止死亡,其加入 量通常为饲料的 0.2%-0.5%。日本仅动物用肌醇每年消费量都在 100t 以上。 2.4 其它方面的应用

将肌醇进行深度加工,可制成肌醇甲基醚、肌醇肽、肌醇有机酸脂、 肌醇无机酸酯、卤代肌醇、磷酸肌醇脂、氨基环糖醇等产品,在医药、电力、交 通、能源、电子、化工等工业上都有很大的实用价值。 1990 年代以来,人们发现肌醇与肉瘤碱可使脂肪转化为热能消耗 掉,因此含有肌醇的减肥降脂健美食品和营养保健品风靡欧美各国。 3 肌醇产品市场分析 3.1 需求 目前全球肌醇需求量约 35 kt/a,美国、西欧、东南亚各国是主要 肌醇消费市场;消费结构为:保健品、化妆品和医药品占 70%左右;饲料行业、 食品行业占 20%左右;其它领域 10%。国内肌醇年消费量 100t 以上,主要用于 医药产品的生产,近两年在饮料、奶制品、化妆品行业也有所应用。 供给( 3.2 供给(生产) 目前全球肌醒产量 3kt/a。中国和日本是世界上主要生产国。日本 主要生产公司有 TSUNO 公司 360t/a、三井东压化工株式会社 200 t/a、 SHIKISHJMA 公司 110 t/a, 其它较小的公司 50-60t/a。 我国肌醇生产厂家约 30 余家,主要有河南濮阳第二制药厂、杭州肌醇厂、浙江仙居粮油厂、河北省赵县 化工总厂、保定化工二厂等。近年来国内产量在 1.4kt/a 左右,其中 90%以上外

销欧美各国,出日历史已达 30 年。1999 年全年累计出口 1303.36t,2000 年全 年出口 1390.68t。可见我国肌醇出口已初具规模且出口量呈逐年增加的趋势, 属于具有出口优势的产品。 3.3 价格 近几年肌醇的国际国内市场价格变化都较大。1991 年国际市场价格 达到 2.6 万美元/t,国内价格 19 万元/t;1992 年价格开始下跌,到 1993 年 3 月国际市场价格最低跌至 1.05 万美元/t,国内价格为 9 万元/t;从 1993 年底以 后,价格开始上扬,1995 年初国际市场价格 2.2 万美元/t,国内价格 19.5 万元 /t, 1995 年 11 月份达到了历史最高价格,国际市场 3.5 万美元/t,国内价格 在 24 万元/t;从 1996 年开始,肌醇市场价格再度回落,1996 年国际市场价格 2.2 万美元/t 左右,国内价格维持在 18 万元/t 左右;进入 1997 年以后,肌醇 市场价格进一步回落,国际市场价格 1.5 万-2.0 万美元/t,国内价格在 15 万元 /t。据 2000 年 12 月美国《CMR(化工市场报道)》,美国市场 2000 年下半年肌 醇的工厂交货价格为 2.1 万-2.3 万美元/t。

4 肌醇制取技术的开发及工业化概述 加压水解法是生产肌醇的传统方法,经过多年探索实践,在水解和精制 两大关键工序上取得了较大进展;近年来开发出了常压催化水解法新工艺;目前 研究的热点是菲汀酶解法(菲汀在特定的条件下,由磷酸水解酶进行酶解,可在 常温常压下进行)和化学合成方法。 加压法存在着对设备要求严格、一次性设备投资高、收率较低、后续精 制工艺复杂等缺点。国内的一些企业在加压法基础上采用了一些新工艺:米糠保 鲜与溶剂浸出法脱脂新工艺、离子交换法精制肌醇新工艺等。国内肌醇生产厂家 的生产工艺仍以加压法为主, 改进加压法生产厂家有上海吴泾化工厂 (规模 20 t /a)、上海嘉定油脂厂(规模 20t/a)等。部分生产厂家采用常压催化法,如 河南濮阳第二制药厂(规模 150t/a)、北京通县肌醇厂(规模 15t/a)、保定 化工二厂(规模 10 t/a)等。 酶解法仅在美国有小规模生产;化学会成法在日本有所应用。根据最近 报道,国内在化学合成法技术上有所突破,已实现工业化生产。酶解法和化学合 成法技术研究开发具有广阔的应用前景,是今后肌酵生产的发展方向。 5 肌酵工艺路线的评价与选择 5.l 加压水解法的工艺改进 肌醇传统生产方法为加压水解法。 由于加压水解法具有多年的工业化生 产实践经验,目前仍是国内生产厂家采用的主要工艺技术,并且该工艺也在生产 中不断得到改进,因此下面将对该工艺的一些技术进步做简要介绍。 加压水

解法一般流程:菲汀(水解)——→水解液(中和、过滤)——→肌醇液(除杂 浓缩、结晶离心)——→粗肌醇(溶解除杂、结晶离心)——→精品。其中,水 解和精制是两大关键步骤。 5.1.l 水解 在肌醇生产中, 原料菲汀消耗定额主要取决于水解反应过程及菲汀的纯 度;另外,肌醇生产后续工艺中的分离提纯费用也主要取决于水解釜出口物料的 组成。因此,水解反应过程是肌醇生产的关键部分。 菲汀水解有多种方式, 在复合添加剂催化下的常压水解是菲汀水解的一 个较好方向。目前国内外普遍采用的水解方式仍为加压水解,国外报道的压力较 高(1.5-2.5MPa,以减少反应时间);国内厂家一般都选择在 1MP 左右。提高 反应压力,可减少反应时间,提高产品产率;但过高压力会导致水解体系发生更 为复杂的化学反应,产生难以除去的杂质和色素,且对设备的要求也高。因此选 择水解压力应与所选设备及工艺相适应。 水解时应使用添加剂,旧的工艺一般选择新鲜石灰乳;较为先进的工艺 采用的是复合添加剂如碱土金属盐、氢氧化钙等。国内生产厂多数使用碳酸钙复 合添加剂。碳酸钙的加入能使水解液中较多地生成不溶性磷酸盐,促使水解速度 加快;不足之处是在水解过程的某个阶段产生大量的 CO2,使压力快速上升,水 解釜需安装防爆装置。 根据生产实践,水解反应的关键因素是水解料浆的 pH 值、温度、压力。 成都某生化制品厂通过生产实验,得出最佳水解料浆 pH 值为 4.5,水解温度应 在 160℃以上。根据我国普通工业锅炉的温度压力条件,他们选择水解温度 170 -180℃,压力 0.7-0.8MPa 在此条件下水解 8-9h,率可达 95%以上。 5.1.2 水解液中和 菲汀经水解后得到肌醇、不溶于水的磷酸钙镁盐及水溶性的磷酸、磷酸 氢钙、磷酸二氢钙,为使水溶性杂质和肌醇分离需进行沉淀,沉淀剂一般选择石 灰乳。但石灰乳的加入会与水解液中的肌醇形成配合物 C6H12O6CaO 而造成肌醇的 损失。国外及国内较先进的工艺普遍采用碳酸盐复合沉淀剂(一般由 CaCO3、Ca (OH)2、NaOH 或生石灰复配而成)。使用复合沉淀剂可减少肌醇的配合损失, 并区中和终点 pH 值较稳定,中和后杂离子相对减少。 成都某生化制品厂的中和工艺是水解反应结束后,温度降到 90℃左右, 先用碳酸钙中和到 pH3.5,再用石灰乳中和到 pH7.5- 8.0。中和的关键在于温 度及石灰乳中和速度的控制。另外,使 pH 值最终控制在 7.5- 8.0 对使钙盐及 磷酸盐能充分反应以生成难溶的 Ca3(PO4)2 除去非常重要。 5.1.3 陈杂与精制

中和时虽将水溶性的磷酸及磷酸盐生成沉淀分离, 但中和后的过滤液中 2+ 2+ 2还 Ca Mg CI SO4 等离子,国外普遍采用的除杂方法是离子交换树脂法,通过阳 2+ 2+ 2离子交换树脂柱除去 Ca 、 Mg 等离子,再经阴离子交换树脂柱以除去 CI 、SO4 离子等;国内厂家多用试剂除杂法:80-9℃条件下,先加入活性炭脱色到无色 2透明;脱色后,在 pH7.0-8.0 条件下加入 Ba(OH)2(主要用于除去 SO4 离子) 和酸/草酸按(主要用于除去 Ca2+、 Mg2+ )。先加入少量 BaOH2,几分钟后再加 2+ 2入少量草酸,pH 出值严格控制在 7.0-8.0。在此过程中,不断检测 Ca 和 SO4 2+ 2是否会除完全 Ca 用草酸钠检测, 4 用 BaCl2 检测, (OH2 是否过量用 Na2SO4 检 SO Ba 测,草酸是否过量用 CaCl2 检测,为避免引入其它杂质,活性炭、草酸、Ba(OH) 2 应预处理。除杂液经浓缩与结晶可获得粗品肌醇,为进一步提高纯度达到药典 要求,需对粗品肌醇进行精制处理。粗品肌醇用蒸馏水溶解后,可用离子交换树 脂法或化学试剂法按前述方法进一步精制处理。 河北科技大学对离子交换树脂净化法进行了较为深入的研究, 通过树脂 选型和净化工艺的革新,树脂使用寿命延长 1 倍,产品得率普遍高于 9%;同时 他们还掌握了缩短树脂再生时间、降低再生费用的规律。使肌酵生产工艺流程缩 短,产品成本降低,产品的质量和得率得到提高。 5.2 肌醇生产新工艺的开发 5.2.l 植酸钠水解制取肌醇新工艺 吉林化工学院开发了以玉米浸渍水为原料, 用离子交换树脂吸附法生产 植酸钠,再进行加压水解反应生产肌醇的新工艺。新工艺生产肌醇的同时,联产 磷酸氢二钠(磷酸二钠产量为肌醇产量的 12 倍左右),有效地回收了谷物中的 有机磷,为农副产品中有机磷的回收开辟了新的途径。 生产工艺简述: 玉米浸渍水经离子交换树脂吸附法得到一定浓度的植酸 钠溶液,进行加压水解反应,生成肌醇和磷酸氢二钠。反应一定时间后,出料、 过滤、冷却、结晶,析出磷酸氢二纳晶体。将析出磷酸氢二钠晶体的水解反应液 依次通过阴、阳离子交换树脂,反复进行精制,直到水解反应液中阴、阳离子浓 度达到规定的标准为止。精制后的水解反应液经浓缩、结晶,即可得成品肌醇。 肌醇收率主要受水解反应时间、水解反应压力、植酸钠溶液的浓度三个因素的影 响。通过正交试验,得出水解反应的最佳反应条件为:水解时间 7-8h、植酸钠 的浓度 20%、水解压力 1.5MPa,肌醇的平均收率 0.1544%- 0.1722%。为观察 水解反应器的放大效应、工业性离子交换塔中床层堵塞、交换能力的变化现象及 3 模拟工业装置再生阶段所采用的大循环量操作工况,在处理能力 600m /a 的装置 上,按上述反应条件进行了中试。肌醇平均收率为 0.1601%(比植酸钙法提高 2.5 倍以上,产品质量达到国家药典规定的各项指标),与小试数据较吻合。 5.2.2 常压催化法新工艺 常压催化法是近几年我国新近研制并投入工业化生产的一种生产肌醇 的新方法,其水解和精制有独特之处。显著特点:(l)大幅度降低了设备的一 次性投资,规模相同时可节省设备投资的 50%以上;(2)菲汀水解催化剂的使

用使生产周期缩短,原料利用率提高;(3)精制过程得到改进,产品质量和收 率得以提高。 长春市通达轻工技术研究所开发的常压催化法工艺: 在一定浓度的菲汀 溶液中常压下加入一定比例的催化剂(由甘油与尿素、碳酸钙复合配制而成), 加热水解,经水解、过滤、结晶、烘干等工序,即可得到肌醇。因催化剂自身特 性,肌醇可一次性结晶,而获得较高质量的成品,从而简化了工序。催化剂可循 环使用。 关键步骤:(1)水解反应中,催化剂按 1:5.5( wt)与 40%菲汀 水溶液混合均匀,放入水解釜中加热,升温到 140 ℃,控制恒温 3h,完成水解反 应。(2)烘干:经过滤、结晶(可采用超声波加快结晶)析出的晶体,用无水 乙醇洗涤 2-3 次,90℃下经 50min 烘干,即得成品肌醇。产品质量达到美国药 典标准。 5.2.3 利用日本专利技术开发的新工艺 生产工艺流程:脱脂米糠——→稀酸浸泡——→树脂吸附——→洗脱 ——→水膏状优质菲汀——→水解——→中和——→压滤(滤渣可做磷肥出售) ——→初步脱色——→树脂交换——→浓缩——→最后脱色——→结晶——→ 干燥——→检验——包装。 脱脂米糠浸泡后的糠渣经简单处理至中性烘干后可出售给养殖场或饲 料厂,可回收部分原料开支。 该工艺是国内科研设计人员结合日本专利技术研究出来的一套完整的 工业化生产技术。据技术开发者称,和传统的老工艺相比有如下特点:(1)生 产周期大大缩短,制取水膏状优质菲汀周期不超过 24h;从菲汀制取肌醇约 60h。 (2)该工艺工序简化、用工人数少,生产成本降低,肌醇收率高,劳动环境改 善。产品不经粗品阶段,生产出来就是精品,且产品经国内外有关单位检验,质 量达到出口标准(美国药典标准)。
2 2 建厂条件:设备投资 70 万元;厂房占地面积 600m (车间 400m ,库房 2 200m );日用水量 84t,电 250kW.h;装机容量 50kW;管理及生产人员 50 人; 流动资金 50 万元。

5.2.4

化学合成法——葡萄糖仿生合成肌醇新工艺 化学合成法——葡萄糖仿生合成肌醇新工艺 ——

新工艺彻底摆脱了传统生产肌醇的沿用模式:脱胎米糠、麸皮、玉米浸 泡废液等(经过酸浸)——→植酸或植酸钙、植酸钠(加压水解)——→肌醇, 而是成功地采用我国丰富廉价的右旋己醛糖——D(+)葡萄糖为原料,先经脱 氧、硝化生成重要中间体 6-硝基-6-脱氧-D-葡萄糖;再在碱性溶液中使 6-硝基 -6-脱氧-D-葡萄糖环化、水解;实现原料分子结构由“磺酸化——→羟基化”的 转变过程;同时转变构型而生成 myo-肌醇。上述主要的合成反应均在常压下进 行。

生产实践表明,每吨葡萄糖(以 100%计),平均可生产肌醇 0.6t 左 右,产品质量符合美国药典(NFXⅡ版)所规定的各项指标;产品结构分析和生 理活性亦与天然提取品一致。 据技术开发单位称,新工艺具有如下特点:(l)投资小,见效快。年 产 100t 肌醇,生产设备投资 60 万元左右;若以旧厂房改建,则三个月左右可以 投产。也可设计年产 50 t、30t 的装置,设备投资分别为 40 万元、30 万元。 (2) 生产成本低,效益高。(3)易操作控制,没有三废污染,对环境无不利影响。 (4)无需高温、高压设备。常压操作,水做溶剂,生产安全,便于管理。 公开号为 CN136767A 的发明专利申请公开说明书也报道了以葡萄糖为 原料生产肌醇的方法:用葡萄糖作原料,在反应釜中加入乙醇和硼酸进行络合反 应,络合反应结束时将乙醇回收再用;络合的原液送入已加有亚硝酸钠和冰醋酸 的反应釜中氧化、再经开环和关环处理、水解中和,然后加入硫酸铜沉淀、酸化 中和;送入过滤机过滤(滤渣做肥料)后的滤液进入结晶釜中浓缩结晶;最后经 蒸馏水解除杂、加入活性炭脱色、二次浓缩结晶、脱水分离(母液回收)、烘干 粉碎得成品。 6 结束语 (l)肌醇是一种附加值高、应用广泛的精细化工产品。近年来该产品 由于一些新用途的不断开发而成为国际市场上紧俏化工商品之一。 随着国内肌醇 消费领域的进一步开拓,肌醇市场行情看好。 (2)加压水解法是肌醇生产的传统工艺,经过多年的生产实践,工艺 技术成熟可靠;另外,该工艺近几年也应用了一些新的技术,使产品的质量有所 提高,成本有所下降,操作条件有所改善。 (3)由于肌醇产品的市场前景看好,国内不少科研单位。高等院校都 在进行肌醇技术的开发工作。最近有关肌醇新工艺开发成功的报道比较多,尤其 是以葡萄糖为原料的化学会成法的报道,引起了较多人的关注。值得提及的是, 欲建新装置的企业一定要对新开发的工艺技术做进一步的深入了解, 对技术转让 单位的信用做深入的考察, 再根据本企业的具体特点, 选择最佳的工艺路线建厂。 (4)资源综合利用是提高农产品加工业经济效益的重要途径。实力较 强的企业在以米糠为原料生产肌醇的同时可联产糠油、糠粕饲料、磷酸氢钙;以 菜籽、棉籽饼粕为原料可联产蛋白饲料、磷酸氢钙。有条件的工厂可考虑联产方 案。 (山西阳泉技校 任云娥 )(化学工业第二设计院 李好管)


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