摘要棉酚作為一種有毒多元酚類物質(zhì)廣泛存在于棉籽中，嚴(yán)重影響棉籽粕的綜合利用，限制了棉副產(chǎn)品的發(fā)展。概述了棉酚的測定、脫除與改性的相關(guān)技術(shù)及研究現(xiàn)狀，并對改性棉酚的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞棉酚；測定；脫除；改性

中圖分類號S562文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2014）24-08364-03

Research Progress on Removal and Modification of Gossypol

LIU Jingao， LI Zhu et al（Resources and Environmental Engineering College of Light Industry Division， Hubei University of Technology， Wuhan， Hubei 430068）

AbstractGossypol as a kind of polyphenol class toxic substance widely exists in cottonseed， seriously influences the comprehensive utilization of cottonseed meal， and limits the development of cotton byproducts. The related technologies and research status of determination of the gossypol， removal and modification of gossypol were reviewed， the development trend of modified gossypol was forecasted.

Key wordsGossypol； Determination； Removal； Modification

我國是世界上的產(chǎn)棉大國，每年產(chǎn)棉籽600萬t，每年棉籽提取油料后得到的棉籽粕也非常豐富，其中棉籽粕中含有豐富的蛋白質(zhì)與低聚糖資源，同時也含0.15%～1.80%的棉酚[1]。棉籽蛋白在品質(zhì)上近似豆類蛋白，是畜牧業(yè)、水產(chǎn)業(yè)中物美價廉的蛋白來源，且棉籽低聚糖也是優(yōu)質(zhì)的食用品，但棉酚的存在在很大程度上限制了棉籽粕的再利用，因?yàn)閯游锸秤眠^量棉酚物質(zhì)后，會出現(xiàn)中毒癥狀。

1棉酚的結(jié)構(gòu)與特性

棉酚又名棉毒素或棉籽醇，是棉屬植物體內(nèi)形成的一種多元酚化合物，存在于棉株的各部器官，其中棉籽仁中含量最高，其他一些錦葵科植物也可形成含有多元酚化合物。棉酚是棉籽中特有的一種有色、有毒物質(zhì)，其含量占棉籽的07%～4.8%。棉酚及類棉酚集中在棉籽仁的球狀色腺體中，色腺體中棉酚含量達(dá)20.6%～39.0%，它是一種姜黃色結(jié)晶，呈微酸性，熔點(diǎn)18l～185 ℃。

棉酚的相對分子質(zhì)量為518.562，分子式為C30H30O8，熔點(diǎn)為181～185 ℃，化學(xué)名2，2′聯(lián)二萘8，8′二醛基1，1′6，6′7，7′六羥基5，5′二異丙基3，3′二甲基，棉酚分子具有手性，分子結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1棉酚的分子結(jié)構(gòu)棉酚按其存在形式分為游離棉酚（FG）和結(jié)合棉酚（BG）。游離棉酚的活性基團(tuán)（醛基與羥基）對動物有一定毒性，可引起動物中毒，通常表現(xiàn)為胃腸炎與生殖系統(tǒng)病癥。結(jié)合棉酚由游離棉酚與棉仁中的蛋白質(zhì)、磷脂、糖類等通過化學(xué)結(jié)合而成，毒性較小，不易被人體吸收。

2棉酚含量的測定

現(xiàn)已報道的棉酚含量測定的分析方法主要包括極譜分析法、熒光淬滅法、分光光度法、紙上層析法。國內(nèi)普遍使用的是GB13086-1991的測定方法——苯胺比色法和紫外分光光度法（UV法）。近幾年來隨著尖端儀器的不斷發(fā)展，接連出現(xiàn)了氣液色譜法、原子吸收法和高效液相色譜法的分析測定方法。

棉酚的測定主要是在一些食品行業(yè)中廣泛被應(yīng)用。對棉籽油料中的棉酚含量的測定，沈媛等采用丙酮作為棉籽油中游離棉酚的萃取溶劑，建立了反相高效液相的色譜法測定棉籽油中游離棉酚含量的方法[2]。該法對游離棉酚的回收率較高，具有樣品處理省時間簡便、分離效果好、基線穩(wěn)定、回收率高、重現(xiàn)性良好等優(yōu)點(diǎn)。

對于食用油料中游離棉酚的含量測定，于加乾采用反相高效液相色譜法測定了食用調(diào)和油中游離棉酚[3]，采用反相高效液相色譜的方法對食用調(diào)和油料中的游離棉酚的定量分析起到了一定積極的作用，與國標(biāo)[4]GB/T5009.148-2003相比，縮短了游離棉酚的測定分析時間，且誤差小。

田小紅等以超聲萃取對棉籽餅進(jìn)行預(yù)處理，結(jié)合反相高效液相色譜法測定棉籽餅中棉酚含量[5]。2種方法的耦合使測定分析的整體試驗(yàn)工藝變簡單，在通過正交試驗(yàn)得出最佳試驗(yàn)條件后與一般方法相比重現(xiàn)性高，回收率好，樣品測定準(zhǔn)確，其方法簡便、靈敏、快速且準(zhǔn)確度高，能滿足定量分析的要求。

諸多測定方法較國標(biāo)而言，縮短了測定分析的時間，準(zhǔn)確度更高，方法更簡便、易行、迅速，但對測定所需的儀器與設(shè)備的要求更高、更昂貴，所以在選擇測定方法時要進(jìn)行綜合考慮。

3棉酚的脫除與改性

棉酚大量集聚在棉籽子葉內(nèi)的棉酚腺內(nèi)，棉酚腺是堅(jiān)韌的半固態(tài)，在機(jī)械加工過程中，很難被破壞，在榨取棉籽油時，因經(jīng)受潤濕高溫處理便很容易被破壞而使棉酚游離出來，限制后續(xù)的加工。 對棉酚的脫除有物理法、化學(xué)法、復(fù)合或多次溶劑浸提和微生物發(fā)酵法。目前研究較多的是溶劑浸提法與微生物發(fā)酵法，關(guān)于對棉籽粕的脫酚工藝的研究仍有學(xué)者在不斷改進(jìn)優(yōu)化。

3.1棉酚的脫除

3.1.1物理法。物理法脫毒主要是利用棉酚在高溫、高水分作用下與氨基酸或蛋白質(zhì)反應(yīng)，由游離態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合態(tài)，同時自身發(fā)生降解達(dá)到降低棉酚毒性的效果。物理脫毒方法主要有擠壓法、旋液分離法和空氣分級法等，其中擠壓法脫毒是比較傳統(tǒng)的脫毒方法。棉酚在加工過程中與蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成結(jié)合棉酚，同時高溫高水分也使蛋白質(zhì)變性程度增加，總的來說該方法可以大大降低游離棉酚的含量，但該方法利用高溫等條件使棉籽粕中的蛋白質(zhì)變性，對棉副產(chǎn)品的提取不利，故用物理法進(jìn)行脫毒不值得提倡[6]。

3.1.2化學(xué)法。化學(xué)法是利用一些化學(xué)試劑，在一定條件下使游離棉酚轉(zhuǎn)化或變性成結(jié)合棉酚從而達(dá)到脫毒的效果。常用的化學(xué)試劑有硫酸亞鐵、尿素、堿[7]等，其中最常用的是硫酸亞鐵。硫酸亞鐵中的Fe2+能與雙醛式游離棉酚中的醛基發(fā)生反應(yīng)生成變性棉酚-鐵絡(luò)合物，使游離棉酚的活性醛基失去作用而達(dá)到脫毒的目的[8]；棉酚是一種酚類物質(zhì)，顯一定的酸性，能與堿發(fā)生反應(yīng)生成鹽；游離棉酚中的雙醛式結(jié)構(gòu)能與酰胺類化合物在一定溫度和濕度下生成西佛堿類加成物，經(jīng)簡單處理后可達(dá)到脫毒效果。

在工業(yè)上，對棉油中的棉酚采用堿煉的方法脫除，周文龍利用化學(xué)法通過對反應(yīng)的優(yōu)化了采取低溫長混堿煉的工藝，達(dá)到節(jié)能、降耗、提升品質(zhì)的效果[9]。

3.1.3溶劑浸提法。關(guān)于對棉酚的脫除，溶劑浸提法是一種較常見的方法[10-11]。東世宏等以環(huán)己酮脫出棉籽粕中的棉酚的方向進(jìn)行了研究[12]。通過正交試驗(yàn)優(yōu)化了棉酚的提取條件，該方法與丙酮脫除棉籽粕中棉酚工藝相比，棉酚的脫除率大幅提高。楊銳等對利用甲醇提取棉籽粕中的棉酚進(jìn)行了研究，根據(jù)二苯胺棉酚難溶于水、有機(jī)溶劑和石油醚，在硫酸的作用下釋放棉酚的特點(diǎn)，制定了棉酚提取工藝有兩步：二苯胺棉酚的制備、棉酚的制備[13]。該方法能提高游離棉酚的脫除效果，同時棉籽粕中游離棉酚的含量達(dá)到安全食用標(biāo)準(zhǔn)，為棉籽粕的食品資源化的廣泛應(yīng)用提供了前提條件。

針對棉酚的存在嚴(yán)重影響棉籽蛋白的應(yīng)用并造成蛋白質(zhì)資源浪費(fèi)的現(xiàn)狀，楊沖等采用超聲波輔助鹽酸-乙醇溶液脫除法及響應(yīng)面設(shè)計(jì)法對棉籽餅粕中棉酚的脫除工藝進(jìn)行研究[14]。通過工藝的改進(jìn)與超聲波的輔助作用，這種化學(xué)法與溶劑浸提法相結(jié)合的脫毒工藝對脫酚后的棉籽粕含蛋白質(zhì)為57.7%，比脫酚前提高7.52%，達(dá)到了預(yù)期節(jié)約資源的效果。

3.1.4微生物發(fā)酵法。國外對利用微生物降解棉酚進(jìn)行了早期研究，而微生物固態(tài)發(fā)酵法是我國20世紀(jì)80年代后期逐漸發(fā)展起來的一種新的棉籽餅粕脫毒方法[15-18]，但部分試驗(yàn)菌株不符合農(nóng)業(yè)部對飼料微生物添加劑的規(guī)定。傳統(tǒng)發(fā)酵法一般采用高溫高壓滅菌，會降低游離棉酚含量，也影響氨基酸的消化利用。不同微生物對游離棉酚影響很大，部分菌株能使游離棉酚的脫除效果顯著增高。

魏二紅等研究了熱帶假絲酵母（ZD3）對棉籽餅、棉籽餅混合底物進(jìn)行熟料和生料發(fā)酵，根據(jù)發(fā)酵產(chǎn)物中總棉酚、游離棉酚和結(jié)合棉酚含量的變化，探討微生物發(fā)酵脫毒機(jī)理[18]。結(jié)果表明，棉籽餅及其混合底物經(jīng)熱帶假絲酵母發(fā)酵處理，可顯著降低游離棉酚及結(jié)合棉酚含量；對棉籽餅混合底物加熱處理（熟料發(fā)酵）及添加硫酸亞鐵，可顯著提高發(fā)酵脫毒效率。

張文舉等利用熱帶假絲酵母ZD3和黑曲霉ZD8對棉籽餅進(jìn)行單菌及復(fù)合固態(tài)發(fā)酵脫毒[19]，結(jié)果表明，棉籽餅底物經(jīng)熱帶假絲酵母ZD3、黑曲霉ZD8及復(fù)合發(fā)酵處理后，可極顯著降低棉籽餅底物游離棉酚含量，脫毒率分別達(dá)9457%、85.16%、91.64%。徐晶等對微生物發(fā)酵脫毒法也進(jìn)行了相關(guān)研究[20]，試驗(yàn)表明，采用固態(tài)生料發(fā)酵棉籽粕，不同菌株對游離棉酚脫除效果不同，經(jīng)對試驗(yàn)結(jié)果的分析得出原因有2個：其一，在微生物作用下棉籽粕中的結(jié)合棉酚發(fā)生解離，轉(zhuǎn)化為游離棉酚；其二，發(fā)酵過程中游離棉酚未發(fā)生變化而得到濃縮，導(dǎo)致游離棉酚含量的上升。

關(guān)于微生物發(fā)酵法機(jī)理，劉志勤等通過固態(tài)發(fā)酵棉籽粕脫毒效果的影響，對微生物脫毒法的機(jī)理進(jìn)行了探討[21]。棉籽粕生物發(fā)酵脫毒的原理可歸納為以下2個方面：發(fā)酵底物的滅菌處理，可使部分游離棉酚和蛋白質(zhì)中游離氨基結(jié)合，形成結(jié)合棉酚；棉籽粕發(fā)酵時，部分游離棉酚與微生物分泌到胞外的氨基酸或者活性蛋白質(zhì)中游離氨基結(jié)合，形成結(jié)合棉酚。該研究對脫毒機(jī)理的探討對棉酚的改性有積極的作用。

棉酚的脫除方法有很多，考慮到棉籽粕中含有諸多棉副產(chǎn)品后，對棉酚的脫除方法的研究也在漸漸向微生物法等方向發(fā)展，脫除方法環(huán)保、高效且利于棉副產(chǎn)品的生產(chǎn)。

3.2棉酚的改性在一定條件下，游離棉酚會變?yōu)樽冃悦薹踊蚪Y(jié)合棉酚，且結(jié)合棉酚的毒性小應(yīng)用廣泛，由此棉酚的處理方法除了一般的直接提取外，還可以進(jìn)行對棉酚的改性。對棉酚的改性使游離棉酚變?yōu)榻Y(jié)合棉酚相關(guān)的報道較少，部分微生物發(fā)酵法對棉酚的改性有所涉及。

現(xiàn)有的研究已表明，棉酚的藥理作用與其分子手性結(jié)構(gòu)相關(guān)。（-）-棉酚的活性比（+）-棉酚強(qiáng)，（-）-棉酚是（±）-棉酚的主要藥用活性成分，其對細(xì)胞的敏感性及對細(xì)胞的殺傷作用是（±）-棉酚的5倍多，且毒副反應(yīng)小。棉酚分子中的酚羥基極易氧化而降低其藥用活性[22]，通過改性，將有效成分進(jìn)行固定可極大地促進(jìn)相關(guān)藥物開發(fā)與生產(chǎn)。

Jian Yang等通過對棉酚活性手性分子的改性，通過化學(xué)法利用氨基酸使棉酚活性手性分子的轉(zhuǎn)化減少，同時在此基礎(chǔ)上也發(fā)現(xiàn)活性手性棉酚分子對H5N1病毒的殺傷力較活性手性棉酚衍生物更強(qiáng)，但制毒機(jī)理目前尚不明確[23]。Piotr Przybylski等通過采用化學(xué)法對改性前后棉酚對真菌殺傷性能進(jìn)行研究 棉酚與NaClO4形成的絡(luò)合物與普通棉酚對尖孢鐮刀菌的殺傷作用比較[24]，研究表明，棉酚與NaClO4形成的絡(luò)合物對該真菌的殺傷作用明顯強(qiáng)于單一棉酚的作用。

綜合諸多學(xué)者的研究，目前對棉酚的處理方法多采用萃取法、溶劑脫除法等簡單的直接脫除法，此類方法對棉酚的脫除率不是非常理想且易造成二次污染。通過一些學(xué)者的探索，總結(jié)出可對棉酚進(jìn)行改性處理。通過化學(xué)或微生物法使游離棉酚變?yōu)榻Y(jié)合棉酚或?qū)γ薹拥氖中赃M(jìn)行改性等再進(jìn)行處理，目的在于分離棉酚的同時使棉酚得到再利用。部分對棉酚改性的報道嘗試了微生物發(fā)酵法和化學(xué)法，也有針對棉酚分子的手性進(jìn)行的嘗試，總的來說對于此方面的研究還有待前進(jìn)。

4結(jié)語

棉酚作為一種有毒物質(zhì)一直以來主要存在于棉籽中，對棉籽粕的資源化再利用等相關(guān)的開發(fā)研究造成了諸多干擾。對于棉酚的脫除有許多學(xué)者進(jìn)行了研究，大多數(shù)采用的是直接脫除法，且直接脫除法的脫除率有待繼續(xù)改進(jìn)。在考慮到游離棉酚與結(jié)合棉酚的諸多差異，對游離棉酚的改性利用成為當(dāng)下研究的發(fā)展趨勢，目前關(guān)于棉酚改性的研究還不成熟，部分研究有所涉及。改性后棉酚的應(yīng)用范圍很廣，所帶來的經(jīng)濟(jì)效益很大，對于此方面的研究有待繼續(xù)突破。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉軍，徐志宏，魏振承，等.棉酚的綜合利用研究進(jìn)展[J].中國油脂，2008，33（8）：6-10.

[2] 沈媛，薛雅林，金青哲，等.棉籽油中游離棉酚的反相高效液相色譜測定[J].中國油脂，2012，37（10）：71-74.

[3] 于加乾.高效液相色譜法測定食用調(diào)和油中的游離棉酚[J].糧油食品科技，2013，21（4）：78-80.

[4] 河北省衛(wèi)生防疫站.GB/T 5009.148-2003，植物性食品中游離棉酚的測定[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

[5] 田小紅，解成喜.高效液相色譜法測定棉籽餅中游離棉酚含量[J].飼料研究，2011（8）：46-47.

[6] 喬國平，王立，王興國.棉籽餅粕脫毒方法研究進(jìn)展[J].糧食與油脂，2002（3）：27-29.

[7] 戴衛(wèi)東，盧伯南，錢禮華，等.熱堿法脫除游離棉酚的實(shí)驗(yàn)研究[J].應(yīng)用化工，2004，33（6）：57-59.

[8] 王菲，云志.棉酚脫除技術(shù)及檢測方法[J].糧油加工，2008（8）：61-64.

[9] 周文龍.低溫長混二次堿煉工藝在棉籽油精煉中的應(yīng)用[J].中國油脂，2005，30（10）：22-23.

[10] 劉大川，李君君.95%乙醇浸出棉仁低溫壓榨餅的工藝研究[J].中國油脂，2009，34（12）：5-9.

[11] 劉大川，鄒麗娟.棉仁低溫壓榨餅己烷/甲醇分步浸出工藝研究[J].中國油脂，2009，34（11）：8-11.

[12] 東世宏，馬瑞，王丹，等.高沸點(diǎn)溶劑脫除棉酚新工藝的研究[J].石河子大學(xué)學(xué)報，2011，29（2）：236-239.

[13] 楊銳.利用棉酚甲醇浸出液提取棉酚的生產(chǎn)總結(jié)[J].中國油脂，2007，32（8）：75-76.

[14] 楊沖，王承明.棉籽粕中棉酚的超聲輔助脫除研究[J].中國糧油學(xué)報，2011，26（1）：74-78.

[15] 丁雪，馬曉燕，張先舟，等.降解游離棉酚的熱帶假絲酵母菌的發(fā)酵動力學(xué)研究[J].中國釀造，2011（6）：131-133.

[16] 朱德偉，劉志鵬，蔡國林，等.高效降解棉酚菌種的篩選及棉粕發(fā)酵脫毒工藝研究[J].中國油脂，2010，35（2）：24-28.

[17] 喬曉艷，蔡國林，陸健.微生物發(fā)酵改善棉粕飼用品質(zhì)的研究[J].中國油脂，2013，38（5）：30-33.

[18] 魏二虹，張文舉，劉東軍，等.熱帶假絲酵母發(fā)酵對底物中棉酚含量的影響[J].糧食與飼料工業(yè)，2011（4）：40-43.

[19] 張文舉，許梓榮，孫建義，等.假絲酵母ZD3與黑曲霉ZD8復(fù)合固體發(fā)酵對棉籽餅脫毒及營養(yǎng)價值的影響研究[J].中國糧油學(xué)報，2006，21（6）：129-135.

[20] 徐晶，陳光，劉國明，等.不同菌株固態(tài)生料發(fā)酵棉籽粕的研究[J].中國油脂，2012，37（7）：16-19.

[21] 劉志勤，彭博.固態(tài)發(fā)酵對棉籽粕脫毒效果的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（35）：21753-21754，21837.

[22] 張歡，唐輝，劉艷芳，等.（-）-棉酚及（-）-醋酸棉酚原料藥的穩(wěn)定性研究[J].石河子大學(xué)學(xué)報，2011，29（3）：328-331.

[23] YANG J，CHEN G，LI L L，et al.Synthesis and antiH5N1 activity of chiral gossypol derivatives and its analogs implicated by a viral entry blocking mechanism[J].Bioorganic Medicinal Chemistry Letters，2013，23（9）：2619-2623.

[24] PIOTR PRZYBYLSKI，KRYSTIAN PYTA，DOROTA REMLEINSTAROSTA，et al.Antifungal activity of alkyl and heterocyclic azaderivatives of gossypol as well as their complexes with NaClO4 against Fusarium oxysporum f.sp.lupini[J].Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters，2009，4：1996-2000.