丙酮酸鈣保健價(jià)值與制備方法的研究進(jìn)展

李 明,王宏玉

(通化師范學(xué)院 制藥與食品科學(xué)系,吉林 通化 134002)

隨著對(duì)丙酮酸鈣研究的不斷深入，丙酮酸鈣除了具有明顯的減肥作用外，其它許多功能也逐漸被人們所認(rèn)知.丙酮酸鈣的制備方法也成了目前的研究焦點(diǎn).本文對(duì)丙酮酸鈣在保健功能方面的研究進(jìn)展及生產(chǎn)方法作一綜述.

1 丙酮酸及其鈣鹽的性質(zhì)

丙酮酸(Pyruvic acid)又稱2-氧代丙酸(2-Oxopropanoic acid),為無(wú)色至淡黃色液體，呈醋酸香氣和愉快香氣，沸點(diǎn)165℃，易溶于水，因分子中同時(shí)具有羥基官能團(tuán)，具有許多特殊的化學(xué)性質(zhì)，不穩(wěn)定，極易被氧化.丙酮酸是有機(jī)體內(nèi)糖類代謝過(guò)程中的中間產(chǎn)物，也是蛋白質(zhì)類與脂類代謝必經(jīng)的中轉(zhuǎn)站.丙酮酸鈣(Calcium Pyruvate)是丙酮酸的鈣鹽，很穩(wěn)定，白色結(jié)晶粉末，無(wú)味，近乎中性，微溶于水.

2 丙酮酸鈣的保健功能

2.1 降脂減肥作用

多項(xiàng)研究顯示：丙酮酸鈣能顯著降低膽固醇(TC)，甘油三酯(TG)及瘦素(Leptin)水平[1-2]；降低體重和體脂含量，但不影響肌肉含量及運(yùn)動(dòng)能力[3-7]；減少能量堆積，控制脂肪生成[8].

丙酮酸鈣降脂減肥的作用機(jī)理可能是外源丙酮酸鈣的供給，提高了機(jī)體丙酮酸鈣水平，刺激線粒體,促進(jìn)三羧酸循環(huán)，增加靜息代謝率，無(wú)效消耗更多的能量所致.

丙酮酸鈣在進(jìn)入人體后，首先被胃分泌的鹽酸轉(zhuǎn)換為弱酸——丙酮酸.機(jī)體內(nèi)利用葡萄糖的最主要代謝途徑是糖酵解和三羧酸循環(huán)過(guò)程，可發(fā)生在各種細(xì)胞.糖酵解過(guò)程需在多種酶的參與下經(jīng)10步反應(yīng)，才能分解為丙酮酸而后再經(jīng)丙酮酸脫氫酶復(fù)合體作用下生成乙酰CoA參與三羧酸循環(huán).因此,當(dāng)外源性供給丙酮酸，可避免糖酵解過(guò)程中關(guān)鍵酶對(duì)丙酮酸合成的限速作用，增強(qiáng)丙酮酸脫氫酶復(fù)合體活性，加快丙酮酸向NADH和乙酰CoA的轉(zhuǎn)化，使三羧酸循環(huán)得以不斷進(jìn)行，釋放出大量的能量.從而可能會(huì)抑制從膳食中吸收過(guò)多能量而避免脂肪的合成.另一方面，活躍的三羧酸循環(huán)可加速脂肪動(dòng)員,脂肪動(dòng)員產(chǎn)生的甘油和脂肪酸，在氧和丙酮酸供給充足的條件下，分解成二氧化碳和水釋放出大量能量.

另外，也有研究顯示，丙酮酸鈣能控制體重增長(zhǎng)，降低脂肪酸含量，可能是通過(guò)調(diào)節(jié)肝臟 ACCαmRNA轉(zhuǎn)錄水平和增加機(jī)體能量消耗實(shí)現(xiàn)的[9].

2.2 增強(qiáng)耐力

美國(guó)匹茲堡大學(xué)的研究表明，志愿者連續(xù)服用七天丙酮酸鈣后，進(jìn)行體能測(cè)試，受試者耐力至少增加了20%[2].

崔黎黎[10]，郭宇[11]等研究顯示，補(bǔ)充丙酮酸鈣可通過(guò)提高運(yùn)動(dòng)前肌糖原和肝糖原水平及抵抗部分 ATP酶的失活來(lái)增強(qiáng)耐力，通過(guò)清除H2O2和提高GSH抗氧化能力來(lái)增強(qiáng)小鼠抗氧化損傷能力.

2.3 良好的營(yíng)養(yǎng)保健補(bǔ)充劑

丙酮酸鈣是一種良好的鈣補(bǔ)充劑,含鈣量約21.5%，比葡萄糖酸鈣要高得多，更重要的是丙酮酸鈣的陰離子為丙酮酸根離子，它的代謝是通過(guò)參與細(xì)胞能量代謝過(guò)程而完成.在代謝的過(guò)程中，丙酮酸根離子進(jìn)入細(xì)胞，參與有機(jī)代謝，不會(huì)增加肝腎的負(fù)擔(dān)，不影響機(jī)體對(duì)蛋白質(zhì)的貯存[12].

陳永亮[13]等人研究得出，補(bǔ)充丙酮酸鈣能明顯降低急性運(yùn)動(dòng)性肝損傷 NO和線粒體 Ca2+濃度,可預(yù)防和治療運(yùn)動(dòng)性急慢性肝病.

楊俊花[14]等人研究顯示，在日糧中添加一定量的葵花油和丙酮酸鈣可以提高反式油酸的積累,為組織內(nèi)源合成共軛亞油酸提供前體.

2.4 抗氧化作用

丙酮酸具有明顯的抗氧化能力.丙酮酸是一種極好的過(guò)氧化氫的清除劑.丙酮酸能抑制對(duì)離體鼠心臟缺血再灌注過(guò)程中谷胱甘肽還原酶、超氧化物歧化酶和過(guò)氧化氫酶活性的正常衰減過(guò)程，這些酶是保護(hù)機(jī)體免受脂質(zhì)過(guò)氧化損害酶系統(tǒng)的主要成員.通過(guò)防止自由基的傷害，丙酮酸可防止心肌細(xì)胞缺血性或缺氧性損傷，促進(jìn)心臟功能恢復(fù)[15].

2.5 改善心臟功能，降低血液中低密脂蛋白(LDL)的含量

由于丙酮酸是直接作用于細(xì)胞線粒體，能及時(shí)供給心肌活動(dòng)所需的能量，改善心肌泵血能力，從而延長(zhǎng)心臟的壽命.造成心腦血管疾病的主要因素是血液中低密度脂蛋白(又稱低密度膽固醇)含量的增加.丙酮酸根離子可以與低密度脂蛋白作用，促進(jìn)其分解，能有效地預(yù)防高血脂及相關(guān)疾病的發(fā)生[12].

3 丙酮酸鈣的生產(chǎn)

3.1 天然提取

天然提取法可以從果蔬中提取，但在實(shí)踐中都因成本高、產(chǎn)率低而被放棄[2].

3.2 化學(xué)合成

(1)氧化生產(chǎn)丙酮酸.由于乳酸屬于α一羥基酸, 其羥基比醇羥基更易被氧化.實(shí)際生產(chǎn)中所采用的催化劑(activator)根據(jù)生產(chǎn)工藝不同，采用的可能是Pt、Pd、FePO4、Ag、KMnO4、托倫試劑(AgNO3+NH3H2O)等[2,12].

(2)酸失水脫羧生產(chǎn)丙酮酸.該法是由酒石酸與焦硫酸鉀(或硫氫酸鉀)反應(yīng)，得到丙酮酸.

酒石酸鉀法生產(chǎn)的丙酮酸適合用于生產(chǎn)有機(jī)合成原料和生化試劑.該方法最大缺點(diǎn)是污染嚴(yán)重，生產(chǎn)成本高[2,16].

3.3 發(fā)酵生產(chǎn)

利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)丙酮酸選用的微生物有酵母菌、擔(dān)子菌、霉菌、放線菌以及細(xì)菌.該技術(shù)的關(guān)鍵是要篩選出維生素B1(硫胺素)缺陷型的菌株，以限制丙酮酸代謝進(jìn)入三羧酸循環(huán)前的氧化脫羧，使生成乙酰CoA的速率降低，即TPP(丙酮酸氧化脫羧酶系)循環(huán)中丙酮酸的代謝速率降低，使丙酮酸形成積累，再加以分離.采用發(fā)酵法生產(chǎn)的丙酮酸相當(dāng)于天然產(chǎn)物，無(wú)毒副作用可應(yīng)用于減肥劑的生產(chǎn)[12].

3.4 蛋殼灰化制備丙酮酸鈣

盛淑玲[17]等以蛋殼為原料制備丙酮酸鈣的工藝條件進(jìn)行了研究.最佳工藝條件為：雞蛋殼在1000℃溫度下煅燒2h，1g蛋殼粉加10 mL水，用6 mol/L的丙酮酸7～8 mL在50～60℃溫度下進(jìn)行中和反應(yīng)，制得產(chǎn)品，產(chǎn)率可達(dá)95%以上，丙酮酸鈣含量為87.6%.這與張富捐[18]研究結(jié)果基本相同.

段旭光[19]等人研究得出，5.6 g蛋殼煅燒灰粉后加55 mL水和0.08 mol丙酮酸、在65℃下攪拌(速度為400 r/min)反應(yīng)時(shí)間1 h，產(chǎn)率可達(dá)95%.

該法生產(chǎn)丙酮酸鈣所用原料為純生物組織-雞蛋殼，無(wú)毒、無(wú)害.而丙酮酸又是機(jī)體正常的代謝產(chǎn)物.因此該法生產(chǎn)出來(lái)的丙酮酸鈣安全性極高，可用于食品和藥物.

3.5 丙酮酸、生石灰中和法

李輝[20]等用丙酮酸、生石灰為原料, 經(jīng)中和反應(yīng)、分離、干燥等工藝過(guò)程制得丙酮酸鈣含量在99%以上，其分析結(jié)果顯示產(chǎn)品質(zhì)量符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn).該方法工藝簡(jiǎn)單，投資少，成本低，回報(bào)高，應(yīng)用前景廣闊.

3.6 固-固反應(yīng)法制備丙酮酸鈣

王天元[21]等以丙酮酸鈉和CaCO3·H2O為原料，等量混合，加入少量丙酮，在瑪瑙缽中研磨使之充分反應(yīng)后，用稀氨水洗滌6次，減壓真空干燥得丙酮酸鈣成品.因該法所得丙酮酸鈣純度不高，但產(chǎn)品粒度可達(dá)微米級(jí)，適合化妝品生產(chǎn)要求，所以在化妝品及衛(wèi)生用品方面會(huì)有很好的發(fā)展前景.

4 展望

現(xiàn)在丙酮酸鈣在國(guó)內(nèi)外降脂減肥食品方面已有開(kāi)發(fā).例如在國(guó)內(nèi)，劉穎[22]等以丙酮酸鈣和L-肉堿原料，以咖啡溶液為載體研制出的速溶減肥咖啡飲料，顯示出了明顯的降血脂功能及一定的減肥作用；薛晚利[23]等以丙酮酸鈣和殼聚糖為主要原料研制的丙-聚膠囊，顯示了明顯的減肥作用和一定的降血脂功能.但在耐力開(kāi)發(fā)方面仍是空白.所以可與焦糖色甜味劑、酸味劑等配伍制成無(wú)熱量含汽運(yùn)動(dòng)專用功能飲料, 或與螺旋藻制成體能塊.鑒于在此方面國(guó)內(nèi)研究幾近空白, 所以丙酮酸鈣作為有機(jī)鈣鹽的開(kāi)發(fā)前景相當(dāng)廣闊.

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