磷酸鹽(Phosphate)是天然無機鹽類化合物。磷酸鹽可分為簡單磷酸鹽和復(fù)雜磷酸鹽。其中簡單磷酸鹽即為正磷酸鹽;復(fù)雜磷酸鹽可以分為三類:直鏈聚磷酸鹽、超磷酸鹽和環(huán)狀聚偏磷酸鹽。簡單磷酸鹽是正磷酸的各種鹽,例如NaH2PO4、Na2HPO4、Na3PO4等。磷酸的鈉鹽、鉀鹽、銨鹽以及所有的磷酸二氫鹽都易溶于水,而磷酸一氫鹽和磷酸正鹽除鈉、鉀和鹽以外,一般都難溶于水。
磷酸鹽是人體必需的電解質(zhì),約占體重的 1%。成人的正常血清磷酸鹽水平范圍為 2.5 至 4.5 mg/dL。磷酸鹽的正常血清水平往往隨著年齡的增長而降低。磷是植物生長發(fā)育過程中不可或缺的大量營養(yǎng)元素之一,它是植物體內(nèi) ATP、磷酸甘油酯和核酸等許多代謝物和大分子的重要組成部分,參與了基因表達(dá)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等大量的生物學(xué)途徑。磷主要以正磷酸鹽(無機磷酸鹽)的形式被植物體吸收利用。
磷酸鹽廣泛用于食品加工中。例如肉制品加工中加入復(fù)合磷酸鹽可以使肉的持水能力得到提高,嫩度有所改善,還可以起抗氧化護色保鮮作用。復(fù)合磷酸鹽能增加面筋筋力,減少淀粉溶出物,增強面條彈性,提高面條表面光潔度。可以用來治療犬周期性二期或三期肥大細(xì)胞瘤,不論是否發(fā)生局限性淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。磷酸鹽可以通過去除磷酸分子中的三個質(zhì)子而形成磷酸根離子(PO43-)。磷酸鹽對農(nóng)業(yè)和工業(yè)也具有經(jīng)濟意義。
特性
結(jié)構(gòu)
磷酸鹽是通過從正磷酸(H3PO4)中去除三個H原子而形成的,因此它獲得負(fù)電荷,被稱為共軛離子或陰離子。磷酸根的分子量為94.97g·mol-1。它有一個中心磷原子,以四面體形式被4個氧原子包圍,總共帶有三個負(fù)電荷。
理化性質(zhì)
物理性質(zhì)
磷酸的鈉鹽、鉀鹽、銨鹽以及所有的磷酸二氫鹽都易溶于水,而磷酸一氫鹽和磷酸正鹽除鈉、鉀和銨鹽以外,一般都難溶于水。
磷酸鹽MPO4焙燒時不發(fā)生變化,但如果其中含有對熱不穩(wěn)定的陽離子,也會發(fā)生分解,如:
化學(xué)性質(zhì)
由于磷酸是中強酸,所以它的堿金屬鹽都易于水解。如Na2HPO4和Na3PO4在水中發(fā)生如下水解反應(yīng)使溶液呈堿性:
對于NaH2PO4除了發(fā)生水解反應(yīng),還可能發(fā)生離解作用,反應(yīng)式為:
由于解離程度(K解離=6.2×10-2)比水解程度(K水解=10-11)大,因此顯酸性。
磷酸根離子在酸性條件下與飽和仲鉬酸銨溶液混合后加熱,能生成特征的磷酸銨黃色沉淀,此反應(yīng)可用于分析鑒定。
常見分類
磷酸鹽可分為簡單磷酸鹽和復(fù)雜磷酸鹽。其中簡單磷酸鹽即為正磷酸鹽;復(fù)雜磷酸鹽可以分為三類:直鏈聚磷酸鹽、超磷酸鹽和環(huán)狀聚偏磷酸鹽。構(gòu)成復(fù)雜磷酸鹽的基本結(jié)構(gòu)單元仍然是磷氧四面體PO4。
簡單磷酸鹽
所謂簡單磷酸鹽是正磷酸的各種鹽,例如NaH2PO4、Na2HPO4、Na3PO4、KH2PO4、CaHPO4、NH4H2PO4、(NH)2HPO4、K3PO4 Ca3(PO4)2、Zn3(PO4)2等。簡單磷酸鹽比較重要的性質(zhì)是:溶解性、水解性和穩(wěn)定性。
磷酸的鈉鹽、鉀鹽、銨鹽以及所有的磷酸二氫鹽都易溶于水,而磷酸一氫鹽和磷酸正鹽除鈉、鉀和銨鹽以外,一般都難溶于水。由于磷酸是中強酸,所以它的堿金屬鹽都易于水解。磷酸正鹽比較穩(wěn)定,通常不易分解。但是磷酸一氫鹽或磷酸二氫鹽受熱時易脫水縮合為焦磷酸鹽或偏磷酸鹽。
焦磷酸鹽是含有焦磷酸根(P2O74-)的鹽類。例如焦磷酸鉀、焦磷酸鈉及酸式焦磷酸鈉等。焦磷酸鉀三水合物為無色、易潮解的晶體,比重2.33,300℃時失去全部結(jié)晶水。用氫氧化鉀或碳酸鉀與磷酸中和,控制一定的pH值,使生成磷酸氫二鉀,經(jīng)濃縮蒸干,再于500℃左右灼燒脫水,即得白色塊狀或粉末狀無水焦磷酸鉀,后者在無電鍍中用作絡(luò)合劑。焦磷酸鈉可用作洗潔精、軟化劑等。酸式焦磷酸鹽則由磷酸二氫鹽制得。
偏磷酸鹽是磷酸鹽的一種縮聚形式。具有PO3-基,如偏磷酸鈣、偏磷酸鈉和偏磷酸銨等。主要用作肥料,也是化工基本原料之一。堿金屬和鎂的偏磷酸鹽均溶解于水;其余的鹽類則難溶于水或不溶于水,易溶于硝酸、過量的偏磷酸及過量的堿金屬偏磷酸鹽。
復(fù)雜磷酸鹽
直鏈聚磷酸鹽:直鏈聚磷酸鹽是由兩個或兩個以上的PO4通過共用角頂氧原子形成直鏈結(jié)構(gòu)。這類磷酸鹽的通式是Mn+2PnO3n+1,式中M是+1價金屬離子,n是聚磷酸鹽中的磷原子數(shù)。當(dāng)n很大時,聚磷酸鹽的化學(xué)式趨近于MnPnO3n,與聚偏磷酸鹽化學(xué)式相同,常誤稱為偏磷酸鹽。直鏈聚磷酸鹽中最為人們熟知的是Graham's鹽(俗稱六偏磷酸鈉),是一種水溶性聚磷酸鹽玻璃體,具有近似于(NaPO3)的組成,它沒有固定的熔點,在水中具有較大的溶解度,水溶液具有很大的黏性,pH值在5.6~6.4之間。研究表明,它不是一種簡單的化合物,而是一種具有高相對分子質(zhì)量聚磷酸鹽玻璃體(90%)和各種偏磷酸鹽(10%)的混合物。
超磷酸鹽:具有支鏈籠狀結(jié)構(gòu)的聚磷酸鹽稱為超磷酸鹽,通式也是Mn+2PnO3n+1,超磷酸鹽是無定形玻璃體,具有良好的可塑性。
環(huán)狀聚偏磷酸鹽:環(huán)狀聚偏磷酸鹽是由3個或3個以上的PO4通過共用氧原子而連接成環(huán)狀結(jié)構(gòu),通式是(MPO3)n。常見的有環(huán)狀三偏磷酸鹽(六元環(huán))和四偏磷酸鹽(八元環(huán))。
聚磷酸鹽的重要化學(xué)性質(zhì)有:水解作用、配合作用、催化作用和高分子性質(zhì)。由于這些性質(zhì),奠定了聚磷酸鹽在各方面的重要應(yīng)用。
來源
自然界已發(fā)現(xiàn)的磷酸鹽礦物有200余種。磷以五價形式存在,與氧構(gòu)成[PO4]四面體。與[PO4]四面體結(jié)合的陽離子有Fe、Al、Ca、Mn、U、Na、Mg、Cu、Zn、Pb、Be等。四面體內(nèi)為共價鍵,與外部陽離子間為離子鍵。礦物中類質(zhì)同象廣泛。磷酸鹽礦物中不僅有陽離子的類質(zhì)同象代替,也有陰離子等價、異價類質(zhì)同象代替。
海洋中無機磷酸鹽分為溶解態(tài)和顆粒態(tài)兩種。水溶液中溶解的無機磷酸鹽存在如下平衡:
海洋中顆粒態(tài)無機磷酸鹽主要以磷酸鹽礦物存在于海水懸浮物和海洋沉積物中。其中豐度最大的是磷灰石,約占地殼總磷量的95%以上。
磷酸鹽礦物的化學(xué)成分復(fù)雜。其中,磷酸根可以被酸根和釩酸根完全替代,形成砷酸鹽礦物和釩酸鹽類礦物。此外,氯離子、氟化物和氫氧根也可以進入晶格占位。通常將磷酸鹽、砷酸鹽和釩酸鹽礦物歸為一類,此類礦物種類繁多,大多數(shù)為少見或罕見礦物種。
已發(fā)現(xiàn)的磷酸鹽、砷酸鹽和釩酸鹽礦物種有近800種,但僅有少量為常見礦物。常見的磷酸鹽、砷酸鹽和釩酸鹽類礦物包括:砷石、鑭獨居石、鈰獨居石(獨居石)、獨居石、釤獨居石、氯磷鉛石、氯砷鉛石、氯磷石、氯釩鉛石、磷釔礦、綠松石(綠松石)、銀星石、光彩石、水磷鋁石、藍(lán)鐵礦、銅鈾云母、鈣鈾云母、氯磷灰石、氟磷灰石、羥基磷灰石、青河石、涂姓磷鈣石(涂氏礦)、西盟石、天藍(lán)石、磷鋁鈉石、臭蔥石、鈷華、鳥糞石、湘江鈾礦、大青山石。
絕大多數(shù)磷酸鹽礦物對稱程度低,結(jié)晶成單斜、斜方、四方和六方晶系。物理性質(zhì)變化較大,無水礦物硬度高于含水礦物,莫氏硬度最高不超過6.5。多數(shù)礦物解理發(fā)育程度為完全或中等。大多數(shù)礦物是外生成因,少數(shù)礦物(磷灰石、磷礦、獨居石等)生成于內(nèi)生條件和變質(zhì)條件。
磷酸礦分布
世界磷礦儲量近695億噸(2019年),但分布不均,磷礦儲量最為豐富的北非地區(qū)集中了全球80%以上的磷礦資源。該區(qū)域的摩洛哥和西撒哈拉沙漠是世界磷礦資源最為豐富的國家,2019年其磷礦儲量達(dá)500億t,占世界的近72%。世界上主要利用的磷礦類型為沉積型磷塊巖礦,其最主要的成礦時代為震旦-寒武紀(jì)和中生代-新生代,前者以中國西南部大量產(chǎn)出的海相磷礦床為代表,后者以從摩洛哥和西撒哈拉到埃及一帶的北非磷礦成礦省最為典型。
2019年排名世界前10位的產(chǎn)磷國為中國、摩洛哥和西撒哈拉、美國、俄羅斯、約旦、沙特阿拉伯、越南、巴西、埃及和秘魯,磷礦總產(chǎn)量逾2億t,占世界總產(chǎn)量的89.29%。傳統(tǒng)上美國、俄羅斯、摩洛哥和中國等是世界磷礦的主要出口地區(qū),但隨著北非和中東地區(qū)磷礦開發(fā)的不斷深入和傳統(tǒng)供給區(qū)資源的消耗,近年來磷礦供應(yīng)中心向北非、中東地區(qū)轉(zhuǎn)移。2018年世界磷礦粉出口前10位的國家有5個位于北非和中東地區(qū),且北非的摩洛哥是第一大磷礦出口國。
在磷肥的進出口方面,近年世界磷肥進口國主要有印度尼西亞、巴西、美國、馬來西亞、法國、澳大利亞、孟加拉國、羅馬尼亞、巴拉圭和荷蘭等,出口國有中國、埃及、摩洛哥、以色列、澳大利亞、荷蘭、黎巴嫩、墨西哥、秘魯、阿根廷等。其中,曾經(jīng)的磷肥出口大國美國,在2006年后逐漸轉(zhuǎn)為磷肥進口國;磷礦進口大國印度的磷肥近年來基本實現(xiàn)自給。中國以不占優(yōu)勢的磷礦儲量(2019年為32億t,占世界儲量的4.61%),在磷肥生產(chǎn)上除滿足本國需要外還保持世界第一的磷肥出口,近10年來的磷肥出口量都占世界的18%以上,磷礦資源消耗速度快,資源形勢嚴(yán)峻。
常見磷酸礦物及其性質(zhì)
磷灰石族
磷灰石族的化學(xué)組成為Ca5[PO4]3(F,Cl,OH),其中還含有氧化鈣:54.58%,P2O5:41.36%,F(xiàn):1.23%,Cl:2.27%,H2O:0.56%。成分中的鈣常被稀土元素和微量元素Sr代替,稀土含量不超過5%。按照附加陰離子不同有以下變種:氟磷灰石(氟磷灰石)Ca5[PO4]3F、氯磷灰石(chlorapatite)Ca5[PO4]3Cl、羥基磷灰石(hydroxylapatite)Ca5[PO4]3(OH)、碳磷灰石(碳酸根apatite)Ca5[PO4,CO3(OH)]3(F,OH)。常見的是磷灰石,即一般所指的磷灰石。其晶體結(jié)構(gòu)為六方晶系,晶體形態(tài)是六方雙錐晶類,常呈短柱、短柱狀、厚板狀或板狀晶形。主要單形有六方柱、六方雙錐、平行雙面及其聚形。集合體呈粒狀、致密塊狀。無雜質(zhì)的磷灰石為無色,常呈淺綠、黃綠、褐紅、淺紫色。含有機質(zhì)被染成深灰至黑色。呈透明至半透明,玻璃光澤,斷口油脂光澤。莫氏硬度為5。加熱有磷光。其可用于制取磷肥、也用來制造白磷、磷酸、磷化物及其他磷酸鹽類。
綠松石族
綠松石的化學(xué)組成為Cu(Al,F(xiàn)e)6(H2O)2(PO4)4(OH)8。P2O5:34.9%,AI2O3:37.60%,CuO:9.87%,H2O:17.72%。成分中AI與Fe可成完全類質(zhì)同象代替。富鋁端員稱綠松石,富鐵端員稱磷銅鐵礦。Cu可被Zn作不完全類質(zhì)同象代替。綠松石的晶體結(jié)構(gòu)為三斜晶系,形態(tài)屬于平行雙面晶類。晶體少見,在電子顯微鏡下(放大3000~5000倍)能見到微小晶體。偶爾見到柱狀晶體。主要單形有平行雙面及其聚形。常呈隱晶質(zhì),可成致密塊狀、葡萄狀、豆?fàn)畹取F漕伾喑侍焖{(lán)色、淡藍(lán)色、綠藍(lán)色、綠色或帶綠的蒼白色。含銅的氧化物時呈藍(lán)色,含鐵的氧化物時呈綠色,白色或綠色條痕。莫氏硬度為5~6。在長波紫外光下,可發(fā)淡綠到藍(lán)色的熒光。
綠松石為含銅硫化物及含磷、鋁的巖石經(jīng)風(fēng)化淋濾作用形成。優(yōu)質(zhì)綠松石為寶石原料。綠松石質(zhì)地細(xì)膩、柔和,硬度適中。通常分為4個品種,即瓷松、綠松、泡(面)松及鐵線松等。
應(yīng)用
醫(yī)藥領(lǐng)域
磷酸鹽可以用來治療犬周期性二期或三期肥大細(xì)胞瘤,不論是否發(fā)生局限性淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。本品可能對犬的各種腫瘤有效,如肉瘤、癌、惡性黑素瘤和骨髓瘤。本品在節(jié)律性治療(低劑量化療和用抗癌藥抑制腫瘤血管發(fā)生)中的作用正在研究中。
農(nóng)業(yè)領(lǐng)域
磷在農(nóng)業(yè)中起著至關(guān)重要的作用。磷對植物在光合作用、呼吸作用、細(xì)胞分裂等各種活動中起著重要作用。磷含量對豆類作物的根系發(fā)育、莖強化、花和種子發(fā)育、果實快速成熟、固氮和植物的充分發(fā)育起著非常重要的作用。
磷在土壤中遷移率低,可利用率低,而且由于自身的化學(xué)特性,決定了其容易被土壤中的陽離子或有機化合物固定。這些原因使得大約 70%的耕地中有效磷含量都低于植物營養(yǎng)生長和生殖生長所需要的最適濃度。有效磷含量低也因此成為影響農(nóng)作物生長和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的限制因素。由于磷容易被土壤中的陽離子或有機化合物固定,所以導(dǎo)致農(nóng)作物種植過程中施用的磷肥利用率很低。
工業(yè)領(lǐng)域
磷酸鹽玻璃
玻璃中主要成分為P2O5的被稱為磷酸鹽玻璃。P2O5在玻璃形成中起著重要作用。由于磷的化合價為+5,它可以通過sp3d雜化形成[PO4]四面體,這也是玻璃層狀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。然而,如果只用五氧化二磷作為玻璃形成體,那么這種純磷酸鹽玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性會很差,實際應(yīng)用價值不如硅酸鹽玻璃和硼酸鹽玻璃。
為了改善磷酸鹽玻璃的性能,可以引入堿金屬(R2O)、堿土金屬(RO)或其他高價金屬氧化物來形成多元體系的磷酸鹽玻璃。這種玻璃具有透紫外線、低色散、低熔點等特點,因此經(jīng)常被用來制造各種特殊用途的玻璃,如低色散光學(xué)玻璃、透紫外線玻璃、吸熱玻璃、低熔點封接玻璃、耐氟酸玻璃等。
此外,磷酸鹽玻璃對于稀土離子的溶解度很高,這使得稀土離子在其中的光譜性能好、非線性系數(shù)小,因此它也被廣泛用作激光玻璃介質(zhì)。關(guān)于磷酸鹽激光玻璃的研究最早始于20世紀(jì)70年代,已經(jīng)開發(fā)了摻Nd磷酸鹽玻璃、摻Er磷酸鹽玻璃和摻Y(jié)b磷酸鹽玻璃等多種類型,其應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了激光聚變、激光武器、激光測距、光通信波導(dǎo)放大器、超短脈沖激光器等多個領(lǐng)域。
磷酸鹽燃料電池
磷酸鹽燃料電池(PAFC)作為第一代燃料電池技術(shù),是一種使用液體磷酸作為電解質(zhì)的燃料電池。它們是第一批商業(yè)化的燃料電池,從1960年代中期開始開發(fā),并自1970年代以來經(jīng)過現(xiàn)場測試,在穩(wěn)定性、性能和成本方面都有顯著提高。這些特性使PAFC成為早期固定應(yīng)用的良好候選者。
PAFC的工作原理是基于電極反應(yīng),陽極反應(yīng)為2H2(g)→4H++4e-,陰極反應(yīng)為O2(g)+4H++4e-→2H2O。整體電池反應(yīng)為2H2+O2→2H2O。電解質(zhì)是在碳化硅(碳化硅)基體中飽和的高濃度或純液體磷酸(H3PO4)。工作范圍約為150至210°C。電極由涂有精細(xì)分散的鉑催化劑的碳紙制成。
食品領(lǐng)域
在肉、魚禽類制品方面
肉制品加工中加入復(fù)合磷酸鹽可以使肉的持水能力得到提高,嫩度有所改善,還可以起抗氧化護色保鮮作用。有報道復(fù)合磷酸鹽可防止蝦頭變黑;防止魚丸、蝦球、蟹肉腐敗變質(zhì);防止魚糜制品蛋白質(zhì)的冷凍變性;改善豬肉、牛肉、狗肉等肉制品持水性和切片性。由焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉復(fù)配而成的復(fù)合磷酸鹽,應(yīng)用于鮮切豬里脊肉肌球蛋白熱誘導(dǎo)凝膠保水性方面,比使用單一磷酸鹽后凝膠的保水效果好;應(yīng)用于低溫冷藏肉中,通過提高pH(由5.58上升到6.38)使肌球蛋白熱誘導(dǎo)凝膠的保水性由70.03%提高到87.54%,同時抑制了細(xì)菌等微生物的生長繁殖。
在美國,卡拉膠磷酸鹽添加劑已成功地用于生產(chǎn)低脂、低鹽、低熱量和高蛋白質(zhì)的具有保健作用的禽肉商品。這類食品添加劑主要用來保持禽肉中水分,并使產(chǎn)品中鹽含量比原來減少50%,此外還有增加蒸煮禽肉產(chǎn)品的體積、保持產(chǎn)品香味、改良結(jié)構(gòu)、提高可切性等特點。
在糧油制品方面
復(fù)合磷酸鹽能增加面筋筋力,減少淀粉溶出物,增強面條彈性,提高面條表面光潔度。如使用偏磷酸鈉、焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉復(fù)配在面條中能明顯提高面條的食用品質(zhì),降低面湯濁度,減少“渾湯”現(xiàn)象。復(fù)合磷酸鹽在曲奇餅干、面包、蛋糕等焙烤食品加工中可使酵母面團改良,改善面團流變特性,控制pH使酵母菌保持最高活性,聚磷酸鹽還能抑制微生物的生長繁殖。在烘焙過程中磷酸鹽能與堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)釋放氣體,有利于面團的膨松。復(fù)合磷酸鹽在速凍饅頭中的應(yīng)用特點是:可減少饅頭解凍后開裂現(xiàn)象的發(fā)生,減少饅頭在成型、醒發(fā)、蒸制過程中水分的損失,增加饅頭的膨松度和光澤。
復(fù)合磷酸鹽在速凍水餃的應(yīng)用,在肉餡中添加磷酸鹽后,能改善肉的色澤、增加嫩度、彈性和保水率。在肉和蔬菜等混合餡中添加磷酸鹽能增加餡料的保水能力,防止解凍后汁液流出和蔬菜的褐變,從而解決餃子解凍后餃皮顏色加深的問題,同時餡料中添加磷酸鹽還能明顯改善餃子的口感。在面皮中添加磷酸鹽則可改善餃皮色澤,增加彈性和爽滑感。復(fù)合磷酸鹽用于方便米飯,可使產(chǎn)品不易回生,口味較好。
在飲料制品方面
復(fù)合磷酸鹽在各種軟性飲料、啤酒、葡萄酒和其他酒精飲料中用作防腐劑、澄清劑、中和劑和酸化劑。復(fù)合磷酸鹽一方面能延長果汁飲料的酸味時間,而且添加時間不同對改善果汁飲料口感效果也不同,另一方面可以協(xié)同其他發(fā)色劑,對果汁飲料具有增強護色的作用。
在乳制品方面
復(fù)合磷酸鹽可防止黃油與水相分離,可使蛋白質(zhì)變性、增溶,防止凝膠形成。在干酪生產(chǎn)磷酸鹽能結(jié)合副絡(luò)蛋白配位化合物上的鈣,有助于脂肪分散,使干酪制品質(zhì)構(gòu)均勻、光滑。另外磷酸鹽的陰離子還參與構(gòu)成蛋白質(zhì)分子間的離子橋,使加工干酪中的脂肪夾雜在一個穩(wěn)定的基質(zhì)中。
在果蔬制品方面
利用復(fù)合磷酸鹽的抑菌護色作用應(yīng)用于果蔬保鮮,延長其保質(zhì)期。有研究用由食品級焦磷酸鈉、維生素c、檸檬酸按1:0.1:2復(fù)配而成的復(fù)合磷酸鹽配方,應(yīng)用于鮮切青蘋果具有較好的抗酶促褐變和護綠的雙重功效,對多酚氧化酶的活性抑制率達(dá)到99.8%以上,保鮮期可達(dá)4~7d。另有研究發(fā)現(xiàn),將由0.1‰植酸、0.2‰異維生素C鈉、0.6‰多聚磷酸鹽、0.1‰EDTA二鈉組成的復(fù)合磷酸鹽應(yīng)用于鮮切馬鈴薯保鮮時,可將其保鮮期從4~8d延長至180d,馬鈴薯色澤依舊良好,無明顯褐變或色澤加深現(xiàn)象。利用磷酸鹽的合作用,可以軟化水果果皮,在果膠提取工藝中,復(fù)合磷酸鹽可以有效地破碎組織細(xì)胞,大大提高了果膠的提取效率。
生理作用
人體
磷酸鹽是人體必需的電解質(zhì),約占體重的 1%。成人的正常血清磷酸鹽水平范圍為 2.5 至 4.5 mg/dL。磷酸鹽的正常血清水平往往隨著年齡的增長而降低,其最高水平見于嬰兒,即 4.5 至 8.3 mg/dL,約占 50%高于成人;這是因為嬰兒和兒童的生長和發(fā)育需要更多的磷酸鹽。
腸的磷吸收
所有腸段都吸收磷酸鹽,而空腸是最活躍的部位。每日約200mg磷酸鹽隨消化液,主要是唾液與膽汁分泌入胃腸道,其中2/3被重吸收。主要吸收機制有兩種。其一,主要位于十二指腸,是依賴于鈉的主動轉(zhuǎn)運,受砷酸鹽、二磷酸鹽、汞、CT的抑制。1,25(OH)2D3,增加主動轉(zhuǎn)運。其二,位于空腸與回腸,與腸腔磷酸鹽濃度呈線性關(guān)系。當(dāng)攝入磷酸鹽減少時,主動吸收成為主要的吸收方式。
維生素D增加磷酸鹽吸收不依賴于它對鈣吸收的作用。PTH通過刺激1,25(OH)2D3合成,間接增加腸道磷吸收。鈣通過在腸腔內(nèi)與磷形成不溶性混合物,減少鈣、磷吸收及其生物利用度。當(dāng)鈣:磷比值大于3時,可引起磷酸鹽吸收減少導(dǎo)致磷缺乏。另外一個與磷酸鹽形成不溶性混合物的陽離于是鋁。另外,腸腔內(nèi)低鈉可減少磷酸吸收,高鉀則增加其吸收。
骨塑造與再造
磷酸鹽對骨功能的影響大都是間接的,這些間接作用包括刺激PTH分泌,減少1,25(OH)2D3合成和對其他旁分泌、自分泌激素起作用等。低血磷導(dǎo)致骨礦化缺陷如骨軟化或佝僂病。而在組織培養(yǎng)中,周圍磷濃度與骨消溶成反比。
腎排泄
凈磷重吸收具有飽和性。當(dāng)血漿磷濃度升高,磷重吸收會達(dá)到一個平臺(轉(zhuǎn)運最大量,TmPO4)。由于GFR變化,TmPO4不是固定不變的,用TmP/GFR可表示磷的腎閾值。它代表當(dāng)血漿高于某值時,尿磷開始升高。
在腎單位水平,約85%的濾過磷被淺表近腎小管的前段重吸收。磷重吸收部位分布于整個腎單位,但較集中在近腎小管。無PTH時,磷重吸收在近腎小管直段。缺磷時。淺表近腎小管對缺磷狀態(tài)更敏感。
磷轉(zhuǎn)運的細(xì)胞內(nèi)機制包括頂端與基底側(cè)膜轉(zhuǎn)運機制。磷重吸收依賴于腔Na+濃度。有Na+時,轉(zhuǎn)運呈單向,受箭毒與Na+-K+-ATP酶抑制劑的抑制。因細(xì)胞頂端Na+梯度的維持需基底側(cè)膜的Na+-K+-ATP酶將鈉排出,跨頂端膜的鈉梯度是磷進入細(xì)胞的驅(qū)動力。經(jīng)細(xì)胞的磷轉(zhuǎn)運,是繼發(fā)性的主動轉(zhuǎn)運。鈉對這種轉(zhuǎn)運呈高度特異性,其他陽離子如鋰、鉀等無此作用。葡萄糖、氨基酸也用類似的方法轉(zhuǎn)運,后兩者在小管的量升高時,可減少磷重吸收pH7.4時,Na+-磷共轉(zhuǎn)運呈電中性。兩個Na+與一個二元磷陽離子相配對。已發(fā)現(xiàn)多種Na+-磷共轉(zhuǎn)運蛋白。
基膜磷轉(zhuǎn)運研究不夠深入。有證據(jù)表明磷離開細(xì)胞通過①具有對磷的特殊底物的陰離子交換系統(tǒng);②Na+-依賴的磷共轉(zhuǎn)運系統(tǒng);③由電勢能驅(qū)動的磷轉(zhuǎn)運。通過構(gòu)型改變的磷轉(zhuǎn)運調(diào)節(jié)是一個短期調(diào)節(jié)。管腔酸化減少磷轉(zhuǎn)運,細(xì)胞內(nèi)酸化增加磷轉(zhuǎn)運。管腔Na+梯度升高,可刺激磷轉(zhuǎn)運。低Na+濃度時,pH很重要,pH8.0時的Na+作用比pH7.0時要大。當(dāng)Na+濃度達(dá)到飽和(150mmol/L)時,pH幾乎沒有影響。細(xì)胞質(zhì)鈉則減少磷轉(zhuǎn)運。
PTH增加尿磷排泄。PTH與其近腎小管的受體結(jié)合,通過GTP結(jié)合蛋白與腺酸環(huán)化酶偶合,產(chǎn)生第二信使。后者使cAMP依賴的蛋白激酶磷酸化。
植物
磷是植物生長發(fā)育過程中不可或缺的大量營養(yǎng)元素之一,它是植物體內(nèi) ATP、磷脂和核酸等許多代謝物和大分子的重要組成部分,參與了基因表達(dá)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等大量的生物學(xué)途徑。磷主要以正磷酸鹽(無機磷酸鹽)的形式被植物體吸收利用。
土壤中的磷酸鹽被植物吸收以后,少數(shù)仍以離子狀態(tài)存在于體內(nèi),大多數(shù)同化成有機化合物,如磷酸糖、磷脂和核苷酸等。同化部位不限,根和地上部位都一樣。在線粒體中,磷酸鹽通過氧化磷酸化使NADH(或琥珀酸)氧化為ATP。在葉綠體中,光合磷酸化也可形成ATP。
除了在線粒體和葉綠體中進行這些反應(yīng)以外,在胞質(zhì)溶膠中也可以通過轉(zhuǎn)磷酸作用形成ATP。例如,在糖酵解中,甘油醛-3-磷酸在甘油醛-3-磷酸脫氫酶作用下,與H2PO4-結(jié)合,把無機化合物磷酸摻入1-二磷酸甘油酸,進一步在磷酸甘油酸激酶催花下,1-二磷酸甘酸的磷酸轉(zhuǎn)移,形成3-磷酸甘油酸和ATP。這就是底物水平的磷酸化反應(yīng)。
健康影響
高磷血癥比較少見。引起高磷酸鹽血癥的最主要原因有:腎功能不足、甲狀旁腺功能低下(包括假性甲狀旁腺功能低下)、活動性枝端肥大癥、含磷酸鹽的藥物灌喂過量和急性組織損傷(包含橫紋肌崩解和治療惡性疾病對組織細(xì)胞的負(fù)影響)等。另外,糖尿病中毒時,由于酸中毒引起細(xì)胞內(nèi)磷的大量釋放、內(nèi)環(huán)境容積減小而降低腎對磷的排出,亦可引起高磷酸鹽血癥。
糾正高磷酸鹽血癥的方法有:限制膳食含磷量、采用結(jié)合磷酸鹽的抗酸劑以控制磷酸鹽的攝入;也可用膜島素處理或透析療法等配合輸液以促進磷的排出。
參考資料 >
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