堿解玉米芯制備阿魏酸和對香豆酸

摘要[目的]利用堿解農(nóng)林廢棄物制備阿魏酸和對香豆酸。[方法]對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、提取時間對玉米芯中阿魏酸和對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；對香豆酸；玉米芯；堿水解

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

基金項目泰州市社會發(fā)展項目（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]。阿魏酸和對香豆酸具有抗氧化、抗心血管疾病、降血脂、抗動脈粥樣硬化、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、對香豆酸的化學(xué)合成反應(yīng)時間較長，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、增強免疫力等重要生理活性的物質(zhì)被廣泛研究，如阿魏酸、對香豆酸、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]，通過強堿處理，可以使得酯鍵斷裂，從而釋放出阿魏酸和對香豆酸。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：高速臺式冷凍離心機，Thermo；PHS25型數(shù)字酸度計，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的對香豆酸標(biāo)準(zhǔn)品，用HPLC對標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行分析，以對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，每個樣品做3個重復(fù)。

1.2.7氫氧化鈉濃度對阿魏酸和對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對提取量的影響，從而確定最佳堿濃度以及提取時間，每個樣品做3個重復(fù)。

1.2.8固液比對阿魏酸和對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對阿魏酸和對香豆酸提取量的影響，每個樣品做3個重復(fù)。

1.2.9提取溫度對阿魏酸和對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℃ 對阿魏酸和對香豆酸提取量的影響，在2.5 h取樣，確定最佳提取溫度，每個樣品做3個重復(fù)。

1.2.10提取方式對阿魏酸和對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）對提取量的影響，分別在0.5、1.0、2.5、4.0 h取樣，每個樣品做3個重復(fù)。

1.2.11阿魏酸提取量的計算。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對香豆酸提取量的計算。對香豆酸的提取量以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，阿魏酸的出峰時間在8.5 min左右，對香豆酸的出峰時間在7.3 min左右，圖3中玉米芯提取物第1個主峰保留時間與對香豆酸標(biāo)準(zhǔn)品保留時間一致，第2個主峰的保留時間與阿魏酸標(biāo)準(zhǔn)品保留時間一致，可見提取物中含有對香豆酸和阿魏酸。

2.2原料的篩選通過對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；提取的對香豆酸的含量可達(dá)9.77 mg/g，是花生殼中對香豆酸提取量的15.26倍，是玉米秸稈中對香豆酸提取量的1.39倍，是小麥秸稈中對香豆酸提取量的3.57倍。因此在原料的選擇上，優(yōu)先選用玉米芯。

2.3NaOH濃度對提取量的影響阿魏酸和對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使得阿魏酸降解[8]。如圖5和圖6所示，在這4個氫氧化鈉濃度下，阿魏酸和對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)提取時間為2.5 h，NaOH濃度從0.2 mol/L增加到0.5 mol/L時，提取量增加了74%；當(dāng)堿濃度增加一倍時（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，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，放置時間過長會被氧化[12]。因此，提取阿魏酸較好的氫氧化鈉濃度為0.5 mol/L，提取時間為2.5 h。

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

2.5溫度對提取量的影響由圖8可知，在4～50 ℃的范圍內(nèi)，隨著溫度的升高阿魏酸和對香豆酸的提取量逐漸增加，50 ℃時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 ℃時對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 ℃時提取量開始下降，這是由于在高溫作用下，阿魏酸和對香豆酸會被氧化或者分解。宋浩亮等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度超過60 ℃時，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提取方式對提取量的影響由圖9和圖10可知，振蕩時兩者的提取量高于靜置時的提取量，在0.5 h時尤為顯著。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香豆酸的釋放；此后隨著時間的延長，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 ℃，提取時間為2.5 h時，阿魏酸的提取量可達(dá)14.05 mg/g，對香豆酸的提取量可達(dá)21.12 mg/g。與其他學(xué)者報道相比，此方法簡便、快捷，且阿魏酸和對香豆酸的提取量處于較高水平。

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