摘要[目的]利用堿解農(nóng)林廢棄物制備阿魏酸和對(duì)香豆酸。[方法]對(duì)4種農(nóng)林廢棄物（花生殼、玉米秸稈、小麥秸稈、玉米芯）進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)玉米芯最適合用于提取阿魏酸和對(duì)香豆酸?？疾觳煌瑲溲趸c濃度、固液比（玉米芯/堿液）、提取溫度、提取時(shí)間對(duì)玉米芯中阿魏酸和對(duì)香豆酸提取量的影響。[結(jié)果]提取玉米芯中阿魏酸的最佳工藝條件為：氫氧化鈉濃度為0.5 mol/L，固液比（玉米芯/堿液）為1∶30 g/ml，提取溫度為50 ℃，提取時(shí)間為2.5 h。在此條件下，阿魏酸的提取量最高為14.05 mg/g，對(duì)香豆酸的提取量為21.12 mg/g。[結(jié)論] 研究可為提高玉米芯的附加值利用提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞 阿魏酸；對(duì)香豆酸；玉米芯；堿水解

中圖分類號(hào)S609.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）29-10302-04

基金項(xiàng)目泰州市社會(huì)發(fā)展項(xiàng)目（TS201337）。

作者簡介夏文靜（1982- ），女，山東青島人，講師，碩士，從事酶的分離純化以及天然產(chǎn)物的分離提取研究。

阿魏酸（ferulic acid）化學(xué)名稱為4羥基3甲氧基肉桂酸[1]。對(duì)香豆酸（pcoumaric acid）化學(xué)名稱為4羥基肉桂酸，是白花蛇舌草、海金沙、杜仲葉的有效成分之一，屬于羥基肉桂酸類化合物（hydroxycinnamicacids）中最主要的一種[2]。阿魏酸和對(duì)香豆酸具有抗氧化、抗心血管疾病、降血脂、抗動(dòng)脈粥樣硬化、抗菌消炎以及抑制腫瘤等特性[3-6]。此外，阿魏酸可用于制備天然香蘭素、抗氧化劑、防腐劑、交聯(lián)劑等。因此，阿魏酸被廣泛應(yīng)用于食品、保健品、醫(yī)藥等領(lǐng)域，具有廣闊的市場應(yīng)用前景[7]。阿魏酸、對(duì)香豆酸的化學(xué)合成反應(yīng)時(shí)間較長，溶劑用量大，轉(zhuǎn)化率低，成本高。我國是糧食、蔗糖生產(chǎn)大國，在其收獲與加工過程中會(huì)產(chǎn)生大量的玉米芯、糖渣、秸稈等纖維質(zhì)副產(chǎn)品，其主要成分都是富含酚酸的細(xì)胞壁類物質(zhì)[1]，故富含酚酸的生物質(zhì)原料可作為酚酸的主要來源[2]。

我國是玉米生產(chǎn)和消費(fèi)大國，玉米芯是玉米產(chǎn)業(yè)中的主要副產(chǎn)品。每生產(chǎn)100 kg玉米則伴隨有15 kg的玉米芯產(chǎn)生[8]。玉米芯的主要是成分是纖維素（31.7%）、半纖維素（34.7%）、木質(zhì)素（20.3%）[9]。近年來，來源于玉米芯中的多種具有抗氧化、抗腫瘤、增強(qiáng)免疫力等重要生理活性的物質(zhì)被廣泛研究，如阿魏酸、對(duì)香豆酸、低聚木糖等。在我國，除少數(shù)玉米芯被用作為牲畜飼料、農(nóng)村燃料外，大部分被直接丟棄。如果利用農(nóng)林廢棄物玉米芯生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品，不僅能夠產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)利益，而且能夠解決廢棄物影響環(huán)境的問題。玉米芯中的阿魏酸和對(duì)香豆酸的羧基通過酯鍵與多糖鏈接，酚羥通過醚鍵與植物細(xì)胞壁的木質(zhì)素交聯(lián)在一起[2]，通過強(qiáng)堿處理，可以使得酯鍵斷裂，從而釋放出阿魏酸和對(duì)香豆酸。筆者探索利用堿解法提取玉米芯中阿魏酸的工藝，為提高玉米芯的附加值提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料玉米芯：購于江蘇連云港農(nóng)貿(mào)市場。主要儀器：高速臺(tái)式冷凍離心機(jī)，Thermo；PHS25型數(shù)字酸度計(jì)，上海大普儀器有限公司；Agilent 1260高效液相色譜儀，美國安捷倫科技有限公司。主要試劑：阿魏酸標(biāo)準(zhǔn)品（純度>98%），國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；甲醇（色譜純），ROE公司；氫氧化鈉、亞硫酸鈉、乙酸乙酯、磷酸、冰乙酸，均為分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2方法

1.2.1玉米芯的預(yù)處理。將購買的棒狀玉米芯粉碎，過20目篩，裝入密封袋放在室溫下備用。

1.2.2堿解法制備阿魏酸和對(duì)香豆酸的工藝。預(yù)處理的玉米芯→堿浸提→離心→調(diào)pH至中性→HPLC檢測。

1.2.3阿魏酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。配制0、20、40、60、80、100 μg/ml的阿魏酸標(biāo)準(zhǔn)品，用HPLC對(duì)標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行分析，以阿魏酸濃度為橫坐標(biāo)（X），峰面積為縱坐標(biāo)（Y）繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到阿魏酸的回歸方程為：Y=97.850X-70.114（R2=0.999 3）。

1.2.4對(duì)香豆酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。配制20、40、60、80、100、150、200、250 μg/ml的對(duì)香豆酸標(biāo)準(zhǔn)品，用HPLC對(duì)標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行分析，以對(duì)香豆酸濃度為橫坐標(biāo)（X），峰面積為縱坐標(biāo)（Y）繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到對(duì)香豆酸的回歸方程為：Y=（X+534.90）/107.49（R2=0.997 6）。

1.2.5高效液相色譜分析條件。色譜柱選用phenomenex Luna C18柱（150×4.6 mm，5 μm），以甲醇∶水∶冰乙酸（30∶69.3∶0.7）為流動(dòng)相，柱溫30 ℃，流速1.0 ml/min，檢測波長320 nm，進(jìn)樣量20 μl[10]。

1.2.6原料的篩選。 分別稱取2.5 g的花生殼、玉米芯、玉米秸稈和小麥秸稈，加入100 ml 0.5 mol/L的NaOH，室溫靜置2.5 h，確定最佳的提取原料，每個(gè)樣品做3個(gè)重復(fù)。

1.2.7氫氧化鈉濃度對(duì)阿魏酸和對(duì)香豆酸提取量的影響。稱取2.5 g預(yù)處理玉米芯，在固液比1∶40 g/ml的條件下，室溫靜置10 h，分別在1.0、2.5、4.0、6.0、8.0、10.0 h取樣，比較堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.2、0.5、1.0、2.0 mol/L對(duì)提取量的影響，從而確定最佳堿濃度以及提取時(shí)間，每個(gè)樣品做3個(gè)重復(fù)。

1.2.8固液比對(duì)阿魏酸和對(duì)香豆酸提取量的影響。 稱取2.5 g預(yù)處理玉米芯，選用0.5 mol/L的NaOH，在室溫條件下靜置2.5 h，研究固液比為1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60、1∶100、1∶150、1∶200 g/ml對(duì)阿魏酸和對(duì)香豆酸提取量的影響，每個(gè)樣品做3個(gè)重復(fù)。

1.2.9提取溫度對(duì)阿魏酸和對(duì)香豆酸提取量的影響。稱取2.5 g預(yù)處理玉米芯，選用0.5 mol/L的NaOH，在固液比1∶30 g/ml的條件下，研究溫度分別為4、20、30、40、50、60、70℃ 對(duì)阿魏酸和對(duì)香豆酸提取量的影響，在2.5 h取樣，確定最佳提取溫度，每個(gè)樣品做3個(gè)重復(fù)。

1.2.10提取方式對(duì)阿魏酸和對(duì)香豆酸提取量的影響。稱取2.5 g預(yù)處理玉米芯，在固液比1∶30 g/ml，NaOH濃度0.5 mol/L，提取溫度50 ℃的條件下，比較靜置和振蕩（150 r/min）對(duì)提取量的影響，分別在0.5、1.0、2.5、4.0 h取樣，每個(gè)樣品做3個(gè)重復(fù)。

1.2.11阿魏酸提取量的計(jì)算。阿魏酸的提取量以1 g烘干的玉米芯最終得到的阿魏酸的質(zhì)量來表示。

式中，C為HPLC法測定的阿魏酸的質(zhì)量濃度（μg/ml）；m為玉米芯的質(zhì)量（mg）；Y1為HPLC法測定的阿魏酸的峰面積（mAU）；V為NaOH的體積（ml）。

1.2.12對(duì)香豆酸提取量的計(jì)算。對(duì)香豆酸的提取量以1 g烘干的玉米芯最終得到的阿魏酸的質(zhì)量來表示。

式中，C為HPLC法測定的對(duì)香豆酸的質(zhì)量濃度（μg/ml）；m為玉米芯的質(zhì)量（mg）；Y2為HPLC法測定的對(duì)香豆酸的峰面積（mAU）；V為NaOH的體積（ml）。

2結(jié)果與分析

2.1玉米芯提取物的HPLC檢測由圖1和圖2可知，阿魏酸的出峰時(shí)間在8.5 min左右，對(duì)香豆酸的出峰時(shí)間在7.3 min左右，圖3中玉米芯提取物第1個(gè)主峰保留時(shí)間與對(duì)香豆酸標(biāo)準(zhǔn)品保留時(shí)間一致，第2個(gè)主峰的保留時(shí)間與阿魏酸標(biāo)準(zhǔn)品保留時(shí)間一致，可見提取物中含有對(duì)香豆酸和阿魏酸。

2.2原料的篩選通過對(duì)4種原料進(jìn)行比較，用0.5 mol/L的NaOH處理玉米芯2.5 h，提取的阿魏酸含量最高可達(dá)9.71 mg/g，是花生殼中阿魏酸提取量的53.9倍，是玉米秸稈中阿魏酸提取量的2.30倍，是小麥秸稈的中阿魏酸提取量2.77倍；提取的對(duì)香豆酸的含量可達(dá)9.77 mg/g，是花生殼中對(duì)香豆酸提取量的15.26倍，是玉米秸稈中對(duì)香豆酸提取量的1.39倍，是小麥秸稈中對(duì)香豆酸提取量的3.57倍。因此在原料的選擇上，優(yōu)先選用玉米芯。

2.3NaOH濃度對(duì)提取量的影響阿魏酸和對(duì)香豆酸上的羧基通過酯鍵與多糖類鏈接，酚羥基通過醚鍵與木質(zhì)素鏈接，形成了木質(zhì)素/酚酸-多糖的復(fù)合物[11]。Torre等的研究表明，堿解可以有效斷裂酯鍵[8]。堿濃度對(duì)于玉米芯中酚類物質(zhì)的釋放具有顯著的影響，較低濃度的堿液只能釋放有限濃度的阿魏酸，然而過高濃度的堿液會(huì)使得阿魏酸降解[8]。如圖5和圖6所示，在這4個(gè)氫氧化鈉濃度下，阿魏酸和對(duì)香豆酸的提取量具有相似的變化趨勢。由圖5可知，隨著NaOH濃度的增加阿魏酸提取量逐漸增大，當(dāng)提取時(shí)間為2.5 h，NaOH濃度從0.2 mol/L增加到0.5 mol/L時(shí)，提取量增加了74%；當(dāng)堿濃度增加一倍時(shí)（1.0 mol/L），阿魏酸的提取量增加了9.9%，幅度較小，并且NaOH濃度增大，提取液的粘度增大，離心效果不佳，從節(jié)約成本的角度考慮，選擇較優(yōu)的堿濃度為0.5 mol/L。當(dāng)堿濃度為0.5 mol/L時(shí)，在1.0～2.5 h，阿魏酸提取量增加了27.7%，在2.5～8.0 h提取量只增加了3.9%，處理8.0 h之后，阿魏酸提取量開始下降，這是由于阿魏酸具有抗氧化活性，放置時(shí)間過長會(huì)被氧化[12]。因此，提取阿魏酸較好的氫氧化鈉濃度為0.5 mol/L，提取時(shí)間為2.5 h。

2.4固液比對(duì)提取量的影響由圖7可知，不同的固液比對(duì)阿魏酸提取量影響不大。當(dāng)固液比為1∶20 g/ml時(shí)，液體黏稠，離心取上清時(shí)難度較大；固液比為1∶30 g/ml時(shí)，阿魏酸和對(duì)香豆酸的提取量分別為11.13和12.52 mg/g；固液比為1∶50 g/ml時(shí)，提取量分別為11.63和12.32 mg/g，固液比為1∶100 g/ml時(shí)，提取量分別為11.95和13.36 mg/g?？紤]到NaOH用量增加會(huì)增加成本，并且會(huì)增加離心的能耗，所以固液比選用1∶30 g/ml。

2.5溫度對(duì)提取量的影響由圖8可知，在4～50 ℃的范圍內(nèi)，隨著溫度的升高阿魏酸和對(duì)香豆酸的提取量逐漸增加，50 ℃時(shí)阿魏酸的最高提取量可達(dá)13.47 mg/g，是4 ℃提取量的2.31倍；50 ℃時(shí)對(duì)香豆酸的最高提取量可達(dá)20.49 mg/g，是4 ℃提取量的4.36倍。在4～50 ℃范圍內(nèi)，提高溫度有利于提高兩者的提取量；當(dāng)溫度超過50 ℃時(shí)提取量開始下降，這是由于在高溫作用下，阿魏酸和對(duì)香豆酸會(huì)被氧化或者分解。宋浩亮等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度超過60 ℃時(shí)，阿魏酸損失明顯增加，這與筆者的該研究現(xiàn)象是一致的。因此，阿魏酸的最佳提取溫度為50 ℃[13]。

2.6提取方式對(duì)提取量的影響由圖9和圖10可知，振蕩時(shí)兩者的提取量高于靜置時(shí)的提取量，在0.5 h時(shí)尤為顯著。這是由于振蕩條件下，NaOH可以與玉米芯充分接觸，從而更有利于阿魏酸和對(duì)香豆酸的釋放；此后隨著時(shí)間的延長，2種方式的提取量逐漸接近。振蕩2.5 h和靜置2.5 h阿魏酸的提取量分別為13.72和14.05 mg/g；振蕩2.5 h和靜置2.5 h對(duì)香豆酸的提取量分別為20.20和21.20 mg/g。因此，從提取效率和能耗考慮，采用靜置提取的方式。

3結(jié)論

該研究利用玉米芯為原料，探索堿法提取阿魏酸和對(duì)香豆酸的工藝條件，在NaOH濃度為0.5 mol/L，固液比為1∶30 g/ml，提取溫度為50 ℃，提取時(shí)間為2.5 h時(shí)，阿魏酸的提取量可達(dá)14.05 mg/g，對(duì)香豆酸的提取量可達(dá)21.12 mg/g。與其他學(xué)者報(bào)道相比，此方法簡便、快捷，且阿魏酸和對(duì)香豆酸的提取量處于較高水平。

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