小麥秸稈木醋液成分及抑菌效果研究

張利亞 劉霞 張佩

摘要：通過低溫熱解小麥秸稈得到粗木醋液，再減壓蒸餾制得精制木醋液，采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS）對粗木醋液、精制木醋液進行成分分析。結(jié)果表明，精制木醋液成分種類減少，枯草芽孢桿菌、大腸桿菌、青枯雷爾氏菌、痤瘡丙酸桿菌、表皮葡萄球菌、草酸青霉菌等菌種的抑制試驗表明，粗木醋液和精制木醋液均有良好的抑菌效果，粗木醋液的抑菌能力比精制木醋液好。

關(guān)鍵詞：小麥秸稈;木醋液;GC-MS;成分分析;抑菌

中圖分類號：S188文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）18-0219-04

收稿日期：2019-10-18

作者簡介：張利亞（1971—），男，河南鄭州人，高級工程師，主要從事生物質(zhì)綜合利用研究。E-mail：biocoal@126.com。

通信作者：劉?霞，碩士，主要從事生物質(zhì)能源化利用技術(shù)相關(guān)研究。E-mail：285660187@qq.com。

木醋液是木材等生物質(zhì)在高溫熱解時產(chǎn)生的煙氣冷凝后的液體，其主要成分是水、醋酸，還含有醇類、酸類、酚類等200多種有機物和鈣（Ca）、鐵（Fe）、鉀（K）、鈉（Na）、鎂（Mg）等微量元素[1-2]。木醋液成分種類復(fù)雜多樣，用途廣泛，經(jīng)加工可作為天然酸度劑改良堿性土壤;其中的有機物小分子經(jīng)過植物葉面細胞吸收，能合成酶、生長激素等，可為植物提供一定的物質(zhì)基礎(chǔ)，因此可制成植物葉面肥[3];其中的酸性物質(zhì)對家禽牲畜的食欲有刺激作用，有利于動物消化吸收，可作為動物飼料添加劑;此外，木醋液可與氨氣等臭氣發(fā)生反應(yīng)，起到殺菌除臭的作用[4-5]。粗木醋液含有焦油和許多其他顆粒雜質(zhì)等物質(zhì)，需要精制后才能利用。精制木醋液含有有機酸類、酚類等有效成分，可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、殺菌等[6-7]。

目前，對精制前后的小麥秸稈木醋液的抑菌活性方面的報道較少，尤其是對人體致病菌抑菌效果的研究。因此，本研究以小麥秸稈粗木醋液、精制木醋液為研究對象，分析其抑菌活性的變化，以期為木醋液的開發(fā)利用提供理論基礎(chǔ)。

1?材料與方法

1.1?木醋液的制備

小麥秸稈木醋液樣本采自河南省衛(wèi)輝市。將干燥造粒好的小麥秸稈放入低溫炭化爐，于240 ℃、隔絕空氣的條件下熱解，產(chǎn)生的氣體利用冷凝裝置處理，收集煙氣的冷凝液即為粗木醋液。粗木醋液的精制采用減壓蒸餾裝置（1 000 mL），在真空度為0.09 MPa、回流比為2的條件下回收溫度為60 ℃以下的液體，得精制木醋液備用。

1.2?理化性能測試方法

試液密度采用密度瓶測定;pH值用ATC型號便攜式pH測試筆測定，測定精度為0.01;有機酸含量用0.1 mol/L NaOH標準溶液測定，并折算成醋酸的質(zhì)量分數(shù)。

1.3?GC-MS測定方法

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS）測定前將樣品進行除水處理：分別取各樣品5 mL，加入正己烷100 mL，再加入無水硫酸鎂干燥劑進行干燥，靜置12 h，抽濾，將濾液裝入進樣瓶中待測。

色譜條件：色譜柱為RTX-WAX石英毛細管柱（30 m×0.32 mm×0.25 μm）;色譜柱箱程序升溫至40 ℃保持4.5 min，以20 ℃/min升溫至120 ℃并保持18 min，再以60 ℃/min升溫至230 ℃并保持 18 min;以氦氣（99.999%）為載氣，流速為 1.54 mL/min。

質(zhì)譜條件：電子轟擊離子源（EI）;電子能量 70 eV;傳輸線溫度230 ℃;離子源溫度200 ℃;檢測電壓0.85 kV;質(zhì)量掃描范圍（m/z）30～500;溶劑截流：0.5 min;記錄1.0～55.0 min信號。

1.4?小麥秸稈木醋液的抑菌試驗

1.4.1?供試菌種與培養(yǎng)基

1.4.1.1?供試菌種?枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、大腸桿菌（Escherichia coli）、青枯雷爾氏菌（Ralstonia solanacearum）、痤瘡丙酸桿菌（Propionibacterium acnes）、表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）、草酸青霉（Penicillium oxalicum）。

1.4.1.2?培養(yǎng)基?牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基用于培養(yǎng)枯草芽孢桿菌、大腸桿菌、表皮葡萄球菌，馬鈴薯葡萄糖瓊脂（PDA）培養(yǎng)基用于培養(yǎng)青枯雷爾氏菌、草酸青霉，硫乙醇酸鹽培養(yǎng)基用于培養(yǎng)痤瘡丙酸桿菌。

1.4.2?菌懸液制備

將活化好的斜面菌種用 10 mL 無菌水沖洗至90 mL液體培養(yǎng)基中，置于振蕩培養(yǎng)箱（28 ℃、120 r/min）中培養(yǎng)36 h，用無菌水配成濃度為1×108 CFU/mL的菌懸液，待用。

1.4.3?試驗方法

（1）將直徑11 mm的濾紙浸泡于供試樣品和蒸餾水（對照）中，高壓滅菌、冷卻后備用。（2）用涂布方式分別轉(zhuǎn)接0.1 mL不同菌種的菌懸液于平板中，然后取3片已滅菌的濾紙片平鋪在培養(yǎng)基上，每組試驗作3個平行。痤瘡丙酸桿菌為厭氧菌，在轉(zhuǎn)接時應(yīng)增加接種量（本試驗增加 0.3 mL 接種量），且在接種后密封保存。將平板正面向上，置于35 ℃培養(yǎng)箱中靜置培養(yǎng)，72 h后測量抑菌圈直徑。抑菌圈試驗判定標準：抑菌圈直徑>30 mm，高度抑制;20 mm<抑菌圈直徑≤30 mm，強抑制;15 mm<抑菌圈直徑≤20 mm，中度抑制;12 mm<抑菌圈直徑≤15 mm，弱抑制;≤12 mm不抑制。

2?結(jié)果與分析

2.1?粗木醋液和精制木醋液理化性能分析

如表1所示，精制木醋液在顏色和氣味上較粗木醋液均有較大改善，且密度、pH值、有機酸含量與粗木醋液相比也發(fā)生變化，這主要是因為減壓蒸餾后木醋液中的一些重組分——溶解焦油、粉塵顆粒等雜質(zhì)均留在釜底液中，醋酸等輕組分被蒸餾出。

2.2?粗木醋液和精制木醋液成分分析

結(jié)合圖1、表2可以看出，粗木醋液的成分主要包括甲醇、 環(huán)戊醛、乙酸、丙酸、丁酸、5-甲基-2-糠醛、3-甲基-1，2-環(huán)戊二酮、愈創(chuàng)木酚、4-甲基-苯酚等17種物質(zhì)。精制木醋液保留了醋酸等主要組分，去除了5-甲基-2-糠醛有害雜質(zhì)，酚類減少了4-甲基苯酚、3-甲基苯酚、2，6，-二甲氧基苯酚、鄰苯二酚，保留了愈創(chuàng)木酚和2-甲氧基苯酚，其中愈創(chuàng)木酚具有很好的殺菌作用。

2.3?抑菌試驗

對粗木醋液和精制木醋液進行了抑菌試驗，由圖2、表3可以看出，粗木醋液、精制木醋液對試驗菌種均有一定的抑制作用。粗木醋液對枯草芽孢桿菌、大腸桿菌、青枯病病原菌、痤瘡丙酸桿菌、表皮葡萄球菌、草酸青霉的平均抑菌圈直徑分別為24.3、24.6、35.6、26.3、30.7、25.3 mm，高于精制木醋液的抑菌圈直徑20.0、18.3、34.0、20.4、23.6、18.3 mm。粗木醋液和精制木醋液均對青枯雷爾氏原菌表現(xiàn)出高度抑制，粗木醋液對表皮葡萄球菌也表現(xiàn)出高度抑制，對其余4種菌種表現(xiàn)為強抑制作用。精制木醋液對枯草芽孢桿菌、痤瘡丙酸桿菌、表皮葡萄球菌表現(xiàn)為強抑制作用，對大腸桿菌和草酸青霉表現(xiàn)為中度抑制作用。其中表皮葡萄球菌和痤瘡丙酸桿菌為人體致病菌，表皮葡萄球菌喜歡寄生在人體腳趾部位，分解腳部死皮等引起腳臭，痤瘡丙酸桿菌是引起青少年痤瘡的主要病菌。木醋液對這2種人體致病菌的強抑制作用，可為木醋液在化妝品、醫(yī)藥方面的進一步開發(fā)提供一定的理論基礎(chǔ)。

木醋液的主要成分是醋酸，醋酸也是生活中常用的殺菌物質(zhì)，高海霞等研究表明，木醋液的抑菌活性可能是酸類和酚類的共同作用[8-9];王海英等研究表明，愈創(chuàng)木酚有抑菌作用[10]。通過減壓蒸餾處理的精制木醋液成分變化最大的是酚類，主要有4-甲基苯酚、3-甲基苯酚等酚類的減少和愈創(chuàng)木酚含量的下降，木醋液的抑菌活性也有所降低。因此，筆者推測木醋液的抑菌作用可能和酚類有關(guān)，并猜測愈創(chuàng)木酚含量降低可能是精制木醋液抑菌活性下降的一個主要原因，具體原因還需要進一步試驗研究。綜上所述，通過減壓蒸餾法處理的精制木醋液，可以改善木醋液的外觀，提高木醋液被接受的程度，但是減壓蒸餾也會造成木醋液部分有效成分的丟失，對木醋液的抑菌效果產(chǎn)生一定的影響。因此，如何最大程度地兼顧木醋液的外觀和抑菌效果，還需要進一步的研究。

3?結(jié)論

小麥秸稈粗木醋液和精制木醋液的成分分析結(jié)果表明，精制木醋液成分減少，特別是酚類物質(zhì)減少較多。抑菌活性研究結(jié)果表明，精制木醋液抑菌活性不如粗木醋液， 表明木醋液的抑菌作用和酚類有很大關(guān)系，其中愈創(chuàng)木酚很可能是主要的抑菌成分。木醋液對枯草芽孢桿菌、大腸桿菌、青枯雷爾氏菌、痤瘡丙酸桿菌、表皮葡萄球菌、草酸青霉有良好的抑菌性，表明其具有廣譜抗菌性。因此木醋液在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥方面有很大的研究前景，特別是在人體醫(yī)藥上的潛力，可為木醋液的研發(fā)提供新的方向。

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