張志清，姚艷艷，楊雪飛，楊 雪，白 冰，顧 蓉

(四川農(nóng)業(yè)大學食品學院，四川雅安625014)

應用粉末活性炭純化阿魏酸粗提液的研究

張志清，姚艷艷，楊雪飛，楊 雪，白 冰，顧 蓉

(四川農(nóng)業(yè)大學食品學院，四川雅安625014)

探討了應用粉末活性炭的吸附能力純化麥麩中阿魏酸粗提液。結(jié)果表明，粉末活性炭對阿魏酸具有一定的吸附能力，在濃度小于1.6mg/mL時具有較高的吸附率;pH在2.0～8.0范圍內(nèi)，粉末活性炭對阿魏酸的吸附不受pH的影響;隨著溫度的升高，粉末活性炭的吸附率逐漸增大;而吸附時間對粉末活性炭的吸附影響較小。乙醇、乙酸乙酯、鹽酸只能將活性炭所吸附的少部分阿魏酸洗脫出來，而60℃、2.0%的NaOH溶液能洗脫出大部分被吸附的阿魏酸。TLC結(jié)果表明，粉末活性炭對麥麩中阿魏酸粗提液有一定的純化作用。

粉末活性炭，麥麩，阿魏酸，純化

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

反式阿魏酸標準品 純度＞99%，德國SIGMAALDRICH公司;薄層層析硅膠 化學純，青島海浪硅膠干燥劑廠;鹽酸、氫氧化鈉、乙醇、乙酸乙酯等分析純試劑、粉末活性炭 成都科龍化工試劑廠;甲醇色譜純，德國CNW Technologies GmbH公司;阿魏酸粗提液 由課題組利用超聲波輔助堿醇提取麥麩中阿魏酸的方法自制［8，10］。

LC-10A高效液相色譜儀 7725i型手動進樣器，日本島津公司;N2000工作站 浙江大學智達信息工程有限公司;CP225D型電子天平、BP-20型pH計 德國Sartorius公司;Milli-Q型純水儀 美國Millipore公司;MICROMAX型離心機 美國Thermo公司;RE-2000型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海亞榮生化儀器廠;DHG-9031型電熱恒溫干燥箱 上海精宏實驗設(shè)備有限公司;HS6150D型超聲波清洗機 恒奧科技有限公司;DBS-100型部分收集器 上海青浦滬西儀器廠;WFH-203三用紫外分析儀 上海精科實業(yè)有限公司。

1.2 吸附純化工藝流程

阿魏酸粗提液→調(diào)節(jié)pH→活性炭混合→振蕩吸附→置層析柱→洗脫劑洗脫→洗脫液定容→HPLC檢測

1.3 單因素實驗

以阿魏酸吸附率或洗脫率為考察目標，對吸附濃度、吸附pH、吸附溫度、吸附時間、洗脫劑等影響因素采用單因素實驗進行考察，水平設(shè)置參考文獻［15-17］。每個因素水平平行3次。吸附率和洗脫率的計算公式如下。

1.3.1 吸附濃度對阿魏酸吸附率的影響 取0.2g粉末活性炭分別加入10mL不同濃度(0.2、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4mg/mL)的阿魏酸粗提液中，50℃攪拌吸附30min，趁熱抽濾，用10mL超純水洗活性炭，合并濾液定容，稀釋25倍，采用高效液相色譜法進行檢測，進而求出吸附率。

1.3.2 吸附pH對阿魏酸吸附率的影響 阿魏酸粗提液的pH設(shè)置為2、3、4、5、6、7、8，各取10mL與0.2g粉末活性炭混合，于50℃下攪拌30min，過濾，用10mL超純水洗活性炭，合并濾液濃縮定容，按上述1.3.1稀釋后檢測，進而計算其吸附率。

1.3.3 吸附溫度對阿魏酸吸附率的影響 取10mL阿魏酸粗提液與0.2g粉末活性炭混合于三角瓶中，分別在20、30、40、50℃下攪拌30min，趁熱過濾，用10mL超純水洗活性炭，合并濾液濃縮定容，按上述1.3.1稀釋后檢測，進而計算其吸附率。

1.3.4 吸附時間對阿魏酸吸附率的影響 取10mL阿魏酸粗提液與0.2g粉末活性炭混合于三角瓶中在50℃下攪拌15、30、45、60、75min，趁熱過濾，用10mL超純水洗活性炭，合并濾液定容，按上述1.3.1稀釋后檢測，進而計算其吸附率。

1.3.5 洗脫劑及濃度對阿魏酸洗脫率的影響 取10mL阿魏酸粗提液與0.2g粉末活性炭混合于三角瓶中，在50℃下攪拌30min，趁熱過濾，用10mL乙醇洗活性炭后分別用無水乙醇50mL、49mL無水乙醇+1mL濃鹽酸、乙酸乙酯(50、100mL)、60℃的NaOH 100mL(0.5%、1%、1.5%、2.0%)等不同洗脫劑進行洗脫，將洗脫液定容，按上述1.3.1稀釋后檢測，進而計算其洗脫率。

1.4 正交實驗設(shè)計

在單因素實驗的基礎(chǔ)上，確定了最佳阿魏酸吸附濃度、吸附溫度、洗脫劑(不同濃度的60℃NaOH溶液)三個對實驗影響因素較大的因素。采用L9(34)正交設(shè)計表進行正交實驗，以回收率為指標，每組實驗3次，確定其影響條件(表1)。實驗結(jié)果采用Deign Expert7.0進行方差分析。

表1 正交設(shè)計的因素編碼表

1.5 純度鑒定

利用粉末活性炭吸附技術(shù)純化阿魏酸粗提液后，需要對其純度進行鑒定。本實驗對阿魏酸的純度鑒定采用TLC法和HPLC相結(jié)合的方法。對洗脫液進行真空濃縮回收乙醇后，用薄層層析法檢驗其純度。分別用標準品、樣液、濃縮液在同一硅膠板上點樣，使用展開劑展開、晾干，在254nm紫外分析儀下觀察。展開劑種類及配比如表2所示。

將經(jīng)活性炭純化的阿魏酸純化液先真空濃縮，稱取總固形物的質(zhì)量。然后取適量的乙醇溶解該固形物，用HPLC檢測阿魏酸的含量，從而得阿魏酸的純化率。計算公式如下：

表2 薄層色譜因素水平

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗考察結(jié)果

影響阿魏酸粗提液純化率的因素很多，在本研究前期工作基礎(chǔ)上基本明確了阿魏酸濃度、吸附pH、吸附溫度、吸附時間、洗脫劑濃度等5個因素影響較為顯著。因此，在進行正交實驗前，通過單因素實驗對這五個主要的因素進行分析，確定實驗因素與水平，結(jié)果見圖1～圖4及表3。

2.1.1 阿魏酸濃度對吸附率的影響 由圖1可見，吸附率在阿魏酸濃度為1mg/mL時達到最大。在阿魏酸濃度為1mg/mL之前，隨著濃度升高，吸附量不斷增加;超過1mg/mL時，隨著濃度升高，吸附量整體呈下降趨勢，因此本實驗確定最佳濃度為1mg/mL。

由于麥麩中有大量雜質(zhì)的干擾，濃度對吸附量的影響很大，但還是有一定的吸附作用。若要使其完全吸附，可以增加粉末活性炭的量。實驗中采用0.2g粉末活性炭定量分析。

2.1.2 吸附pH對吸附率的影響 阿魏酸是弱酸，能在高pH下溶解，在低pH下沉淀或結(jié)晶。為了探討阿魏酸最佳的吸附pH條件，實驗采用不同pH條件(2、3、4、5、6、7、8)。結(jié)果如圖2所示，隨著溶液pH的升高，吸附率呈“V”字型變化。pH=6時吸附率最低，僅僅在40%左右，雖然在堿性條件下pH=8時，吸附率有增加，但考慮在堿性條件下，阿魏酸雖然溶解度增加，但樣品穩(wěn)定性降低，不利于正交實驗的進行，因此將正交實驗中的吸附pH設(shè)置為4。

圖1 阿魏酸濃度對吸附率的影響

圖2 pH對吸附率的影響

2.1.3 吸附溫度對吸附率的影響 由圖3可知，不同的吸附溫度對吸附率的影響成線性關(guān)系。由于實驗條件限制，本實驗研究20、30、40、50℃對阿魏酸吸附的影響。隨著溫度的升高，阿魏酸的吸附率逐漸增加。由于過高的吸附溫度要提高實驗成本以及會使阿魏酸降解嚴重，因此本實驗確定最佳吸附溫度為40℃。

圖3 吸附溫度對吸附率的影響

2.1.4 吸附時間對吸附率的影響 實驗考察了吸附時間(15、30、45、60、75min)對阿魏酸吸附率的影響，結(jié)果如圖4所示。隨著吸附時間的變化，吸附率始終在70.5%與72.8%之間波動，說明吸附時間對阿魏酸吸附率的影響不大。

圖4 吸附時間對吸附率的影響

2.1.5 洗脫劑濃度對洗脫率的影響 阿魏酸易溶于乙酸乙酯、乙醇等有機溶劑。COUTEAU等［13］研究發(fā)現(xiàn)乙醇能將阿魏酸全部從顆?；钚蕴可舷疵撓聛?。但本研究發(fā)現(xiàn)，乙醇和乙酸乙酯只能將少量的阿魏酸從粉末活性炭上洗脫下來，即使將乙醇酸化也達不到理想效果(見表3)。堿液是活性炭的再生劑，而且對阿魏酸有較高的溶解度，因此選用NaOH溶液作為洗脫劑。結(jié)果表明，隨著NaOH濃度的增加，洗脫率也增加，當NaOH濃度達到2%時，洗脫率最大，達到82.73%，所以確定最佳的洗脫劑為60℃ 2% NaOH。

表3 洗脫劑對洗脫率的影響

2.2 正交實驗優(yōu)化最佳吸附和洗脫條件

為了進一步優(yōu)化純化工藝，根據(jù)單因素實驗結(jié)果選取對阿魏酸純化影響較大的3個因素：阿魏酸濃度(A)，吸附溫度(B)，洗脫劑濃度(C)。根據(jù)正交實驗原理，采用4因素3水平L9(34)的正交表進行實驗設(shè)計，最后一列作為缺省項，每個處理3次重復，并以回收率作為評價指標，結(jié)果見表4。

表4 正交實驗設(shè)計表及結(jié)果

根據(jù)表4的正交實驗結(jié)果，對數(shù)據(jù)進行綜合分析。由實驗結(jié)果的極差值R可以看出本實驗吸附溫度(B)的影響效應最大，各因素對阿魏酸提取量的影響顯著程度大小為B＞A＞C。由正交實驗表可看出A1B2C1為最優(yōu)組合。但表4也顯示出，因素組合為A3B2C1時阿魏酸的回收率最大，為88.48%。采用Design expert軟件對實驗數(shù)據(jù)進行方差分析表明(見表5)。

表5 方差分析表

各項變異來源的F值均不顯著，這是由于實驗誤差的自由度太小，達到顯著的臨界F值也過大所致。為了更好的表現(xiàn)因素的顯著性，故做如下處理，將F值小于1的變異項的平方和和自由度與誤差項的平方和和自由度合并，作為實驗誤差平方和的估計值，結(jié)果如表6所示。

表6 活性炭吸附方差分析表(去掉F＜1因子后)

由表6可知，B因素達到顯著水平，其余兩因素對實驗結(jié)果影響不顯著。結(jié)合單因素實驗(圖3)結(jié)果，隨著吸附溫度的上升，吸附量有所增加，因此，本實驗在綜合分析正交實驗結(jié)果(表4)A3B2C1最大回收率，以及表6的方差結(jié)果基礎(chǔ)上，最終確定粉末活性炭純化阿魏酸粗提液的最優(yōu)組合為A3B3C1，即阿魏酸濃度1.5mg/mL，吸附溫度50℃，洗脫劑為60℃2%NaOH。在該最佳條件下進行3次平行驗證實驗，回收率分別為88.31%，88.49%，86.38%，平均值為87.73%，RSD為1.33%。

2.3 純度鑒定

實驗中薄層層析最佳的色譜分析條件為：苯-氯仿-乙酸乙酯-甲酸(V/V，4∶3∶2∶1)。濃縮所得成品看不到拖尾(Rf=0.52)，但是阿魏酸附近有其他成分的斑點出現(xiàn)，表明其純度有待進一步提高。通過HPLC檢測阿魏酸的含量，得到阿魏酸的純化率為44.22%。

3 討論

3.1 通過實驗證明，粉末活性炭吸附技術(shù)純化阿魏酸是可行的。采用正交實驗得出粉末活性炭吸附技術(shù)純化阿魏酸粗提液的最佳條件：阿魏酸濃度1.5mg/mL，吸附溫度50℃，洗脫劑為60℃2%NaOH，其純度可達到44.22%。結(jié)果表明，通過正交實驗確定的最優(yōu)工藝參數(shù)，具有良好的重現(xiàn)性。

3.2 歐仕益的研究結(jié)果表明［15］，粉末活性炭對蔗渣堿液中阿魏酸有很好的純化作用，但是本實驗結(jié)果并不理想。其原因可能是：a.麥麩中阿魏酸的含量要小于蔗渣，且雜質(zhì)較多，不宜除去;b.本實驗所用儀器設(shè)備相對簡單，誤差相對較大;c.實驗用層析柱中為自制，粉末活性炭在層析柱中厚度較厚，在洗脫時可能未全部洗脫;d.層析柱、接收器為透明柱體，在洗脫過程中由于光照而使阿魏酸部分分解;e.在洗脫時若能使粉末活性炭盡量分散，可能會使實驗效果更加明顯。

3.3 作為顯著影響因素的吸附溫度，由于本實驗設(shè)置的最高溫度為50℃。但實驗表明，其吸附率仍在增加。由此可以看出，若是采用更高的吸附溫度可能使實驗效果更好，但要防止溫度過高而使阿魏酸嚴重降解。

3.4 本實驗結(jié)果證明，采用粉末活性炭純化麥麩中阿魏酸粗提液是可行的。但是優(yōu)化后的工藝使其純度提高到44.22%，若用于工業(yè)生產(chǎn)還不太現(xiàn)實，有待進一步提高。

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Purification of ferulic acid from wheat bran by powdered activated carbon

ZHANG Zhi-qing，YAO Yan-yan，YANG Xue-fei，YANG Xue，BAI Bing，GU Rong
(College of Food Science，Sichuan Agricultural University，Ya’an 625014，China)

Powdered activated carbon was used to purify ferulic acid reagent in the solution.The results showed that powdered activated carbon had certain capacity for adsorbing ferulic acid.When the concentration was less than 1.6mg/mL，it had a high adsorption rate at pH 2.0～8.0.As the temperature increased，powdered activated carbon adsorption rate increased.The adsorption time had little impact on adsorption rate.60℃ and 2.0%of NaOH could desorb almost 85%of the adsorbed ferulic acid，whereas alcohol，ethyl acetate and hydrochloric acid could desorbe less than 25%of the adsorbed ferulic acid.The results of TLC showed that powdered activated carbon had certain effect on purification of ferulic acid from wheat bran.

powdered activated carbon;wheat bran;ferulic acid;purification

TS210.9

B

1002-0306(2011)12-0310-05

麥麩是小麥加工的主要副產(chǎn)品，約占小麥籽粒質(zhì)量的15%～20%［1］，我國每年加工的麥麩可達2000萬t以上，但是綜合利用率還不到20%，大部分作為飼料直接利用。研究表明，麥麩中不僅含有豐富的膳食纖維、蛋白質(zhì)、碳水化合物等，還含有多種抗腫瘤、抗氧化的重要生理活性物質(zhì)，如多種黃酮類化合物、膳食纖維、阿拉伯木聚糖、植酸、酚酸等［2］，其中酚酸有香草酸、阿魏酸等，后者是麥麩中含量最高的酚酸，約占麩皮重量的0.5%～0.7%［3］。阿魏酸具有抑制血小板凝聚、促進血小板解聚、抗血栓、降血脂、防治冠心病、抗菌消炎、抗突變和防癌等生理功能，可抑制多種微生物生長，被廣泛應用于醫(yī)藥、保健品、化妝品和食品添加劑等領(lǐng)域［4-7］。阿魏酸在麥麩中主要與細胞壁多糖和木質(zhì)素交聯(lián)結(jié)合，本研究前期將堿液對麩皮的強裂解性、乙醇對阿魏酸的高溶解力與超聲波破碎相結(jié)合，高效地游離出麥麩中的阿魏酸［8-10］，但由于雜質(zhì)過多，其純度有待提高。因此本研究在借鑒現(xiàn)有純化技術(shù)的基礎(chǔ)上［11-15］，探討采用粉末活性炭對麥麩中阿魏酸粗提液進行純化的可能性，分析影響因素，采用高效液相色譜法進行檢測［9］，希望確定出一套高效可行的純化麥麩阿魏酸粗提液的技術(shù)，為麥麩深加工利用提供技術(shù)參考。

2010-11-30

張志清(1976-)，男，副教授，博士，研究方向:食品檢驗、糧油副產(chǎn)物加工。

教育部大學生創(chuàng)新性實驗項目(091062627);四川省教育廳重點項目(09ZA081);四川省人事廳留學人員擇優(yōu)項目專項(川人函［2008］488號)。