不同精制法松樹木醋液中生物活性組分的富集

許英梅，高連連，樸永哲，劉巨濤，張樹彪

(大連民族學(xué)院生物技術(shù)與資源利用國家民委-教育部重點實驗室，遼寧大連116605)

小興安嶺的紅松一般分布在海拔300～600 m處，為高大喬木，材質(zhì)較好，其在森林撫育中的枝丫和木材加工的廢棄物是生產(chǎn)木煤氣等生物質(zhì)燃氣及化學(xué)品的一種數(shù)量龐大而又可再生的原料資源。在將松木廢棄物干餾熱解制得木煤氣的同時，得到回流冷凝液，即為松木醋液，通常為紅褐色液體，占總加工量的30%，如果不加以綜合利用，不僅會造成環(huán)境污染，還會制約生物質(zhì)能源發(fā)展的規(guī)模。有關(guān)木醋液的研究表明［1-3］，農(nóng)林廢棄物熱解所得木醋液80%以上的成分是水，其余是包含多種有機酸、酚類、醇類和酮類的有機物質(zhì)，其性質(zhì)和成分會因原料和熱解溫度的不同而有所差異;通過氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)分析出不同原料木醋液的主要揮發(fā)性化學(xué)成分總計282種，但有關(guān)松木醋液的研究較少。

木醋液在農(nóng)業(yè)方面用途廣泛，具有改良土壤、促進植物生長、殺菌抑菌、防蟲防腐和除臭等多種作用。文獻中通過研究木醋液對不同植物生長的影響，證明適宜濃度的木醋液能夠促進植物生長、降低土壤pH、提高有機質(zhì)的含量，對土壤微生物起到調(diào)控作用［3-5］。A.Y.Loo等［6］首次從紅樹醋液中分離提取并鑒定出3種酚類活性化合物，證明其具有抗氧化作用。Qin Wei等［7］分析了核桃樹枝木醋液的化學(xué)成分，表明有機酸和酚類化合物占有機相的63.46%，且其對細菌和植物病原菌有很強的抑制作用。R.Uthayakumar等［8］研究認為，木醋液還可以用于污水處理和水的凈化，且比傳統(tǒng)沉淀法和電絮凝法更加潔凈安全，具有殺菌抑菌性。文獻指出，木醋液中抑菌性等生物活性主要來源于有機相中的乙酸、苯酚和愈創(chuàng)木酚等［9-13］。

本文采用不同精制方法去除松木醋液中的有色雜質(zhì)，研究對松木醋液中生物活性組分的影響，為木醋液在抑菌劑等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

(1)原松木醋液:小興安嶺森林撫育的松木枝丫及木材加工殘余物經(jīng)干餾制氣后的回流液體，用物理精制法靜置澄清分離過濾后所得;

(2)蒸餾松木醋液:用蒸餾精制法所得;

(3)膜過濾松木醋液:將原松木醋液用膜過濾精制法所得。

1.2 儀器

氣相色譜–質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS，QP2010 Plus型，日本島津公司)。

1.3 方法

1.3.1 松木醋液的脫水處理

參照文獻［14-16］，分別取3種精制松木醋液各5 mL，用無水乙醚10 mL萃取，分3次，依次為5，3，2 mL，合并乙醚相溶液，加入適量無水氯化鈣干燥10 min，過濾后分別得到3種精制松木醋液的有機相樣品，待分析。精確測量分出的水相和有機相的量。

1.3.2 木醋液的GC-MS分析

將1.3.1中的3種松木醋液的有機相樣品，用甲醇稀釋至50 mL，分別進行GC-MS分析。色譜條件:DB-5MS毛細管色譜柱，30 m×0.25 mm ×0.25 μm;進樣口溫度270 ℃，載氣He氣，程序升溫50～270℃(保持30 min)，檢出器FID。質(zhì)譜條件:EI源，電子能量70 eV，加速電壓0.9 kV，源溫230℃，掃描范圍m/z 10～350。質(zhì)譜標準庫:NIST庫。

2 結(jié)果與討論

2.1 3種精制松木醋液的初步分離結(jié)果

將3種精制松木醋液進行脫水處理后，有機物的質(zhì)量分數(shù)變化見表1。可以看出，原松木醋液分別經(jīng)蒸餾和膜過濾精制后，有機物的質(zhì)量分數(shù)逐漸減少，從17.16%分別下降至13.14%和12.53%。這是因為經(jīng)過蒸餾法和膜過濾法精制后，一些分子量較大、分子結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的焦油類有色有害物質(zhì)被分離除去，松木醋液的顏色由紅褐色變?yōu)闇\黃色。3種精制松木醋液的總離子流圖如圖1～圖3。圖1中的t=31.110 min至t=53.783 min的峰在蒸餾松木醋液總離子流圖(如圖2)中大大減小和消失，而圖2中的t=29.307 min至t=35.367 min的峰在膜過濾松木醋液總離子流圖(如圖3)中基本消失。

表1 不同精制松木醋液中有機物質(zhì)量分數(shù)的變化

圖1 松木醋液原液總離子流圖

圖2 蒸餾松木醋液總離子流圖

圖3 膜過濾松木醋液總離子流圖

2.2 3種精制松木醋液的生物活性組分特征

3種精制松木醋液經(jīng)GC-MS分析，得到木醋液中各類物質(zhì)成分的峰面積的變化，本文重點研究松木醋液有機相中生物活性組分羧酸和酚類的變化，結(jié)果見表2、表3。由表2可以看出，將原松木醋液用蒸餾法精制后，有機相中乙酸、丙酸和丁酸的質(zhì)量分數(shù)(峰面積)都有所增加，特別是乙酸由原木醋液的48.45%提高到53.83%，使羧酸總量由50.63%提高到57.31%。而膜過濾所得松木醋液的有機相中乙酸、丙酸和丁酸的質(zhì)量分數(shù)(峰面積)都有少量下降，使羧酸總量由50.63%降低為48.61%，說明膜過濾在攔截有色大分子的同時也部分攔截了乙酸、丙酸和丁酸，使乙酸和羧酸的總量略有下降(降低4.5%)，也說明蒸餾木醋液更有利于松木醋液中乙酸等羧酸的富集。

表2 3種精制松木醋液有機相中羧酸質(zhì)量分數(shù)(峰面積)的GC-MS分析結(jié)果 %

由表3可以看出，相對于原松木醋液中的總酚質(zhì)量分數(shù)，蒸餾松木醋液和膜過濾松木醋液都有所降低，由原松木醋液中總酚的17.08%分別降低為12.18%和15.74%，但膜過濾松木醋液的總酚質(zhì)量分數(shù)高于蒸餾松木醋液，特別是針對具有較高抑菌活性的特征組分苯酚和2-甲氧基苯酚(愈創(chuàng)木酚)而言，膜過濾松木醋液中苯酚質(zhì)量分數(shù)為 2.65%，愈創(chuàng)木酚的質(zhì)量分數(shù)為4.00%，都明顯高于原松木醋液和蒸餾松木醋液，說明膜過濾松木醋液對苯酚和愈創(chuàng)木酚有明顯的富集作用。

表3 3種精制松木醋液有機相中酚質(zhì)量分數(shù)(峰面積)變化的GC-MS分析結(jié)果 %

3 結(jié)論

(1)對小興安嶺松樹木醋液的3種精制方法中，蒸餾法和膜過濾法都可以去除有色有害物質(zhì)，使顏色變淺。松木醋液原液總離子流圖中t=31.110 min至t=53.783 min的峰在蒸餾松木醋液總離子流圖中大大減小和消失，而蒸餾松木醋液總離子流圖中t=29.307 min至t=35.367 min的峰在膜過濾松木醋液總離子流圖中基本消失。

(2)蒸餾法松木醋液有利于木醋液中乙酸等羧酸的富集，膜過濾法松木醋液有利于對苯酚和愈創(chuàng)木酚等酚類的富集。對羧酸和酚類總的生物活性成分的富集，膜過濾法松木醋液較有優(yōu)勢。

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