沒食子酸的制備及應(yīng)用研究進展

黃 甜，孟 勇，張秀紅，李雪梅

（綿陽禾本生物工程有限公司，四川 綿陽 621010）

沒食子酸，化學名為3,4,5-三羥基苯甲酸，俗稱五倍子酸或棓酸，其具有抗氧化、抗炎、抗菌等多種生理活性，可廣泛應(yīng)用于食品、飼料、農(nóng)業(yè)、化工等領(lǐng)域。但其工業(yè)制備方式多樣，且各有優(yōu)劣，文章通過查閱沒食子酸制備相關(guān)綜述性或研究性文獻，對沒食子酸的各工業(yè)生產(chǎn)及其在食品中的應(yīng)用現(xiàn)狀進行總結(jié)分析，以期為挖掘沒食子酸在食品領(lǐng)域更為巨大的應(yīng)用潛力提供理論依據(jù)。

1 沒食子酸的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)

沒食子酸是一種有機酸，同時具有多酚和羧酸的性質(zhì)，即易被氧化，和三氯化鐵水溶液生成藍黑色沉淀，或加熱失去二氧化碳成焦性沒食子酸。在高溫條件下其穩(wěn)定性差，易分解。沒食子酸衍生物穩(wěn)定性好，因此應(yīng)用較為廣泛。沒食子酸的易溶性使其在各領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力。

沒食子酸分子結(jié)構(gòu)中含有3 個酚羥基和1 個羧基，其酚羥基具有親水性質(zhì)，苯環(huán)部分具有疏水性，而羧基使其呈現(xiàn)弱酸性。因此沒食子酸既親水又疏水，能溶于熱水、乙醇和乙醚[1-3]，低溫條件下則結(jié)晶析出；在酸性環(huán)境中性質(zhì)穩(wěn)定，在偏堿或中性環(huán)境中穩(wěn)定性差，易變性[4]。

2 沒食子酸的來源

沒食子酸來源廣泛，如地榆、翻白草、月季、圓果化香樹、茶條槭、紅景天、石榴等[6]植物及藏藥材余甘子中[5-7]，但在植物或果實中的沒食子酸通常是以游離狀態(tài)存在的，含量較低[8-9]。賀濤濤[10]、張穎等[11]、王金榮等[12]及李建梅等[13]采用高效液相色譜法測得地榆、翻白草、紅景天及石榴中的沒食子酸含量分別為0.79%～3.53%、0.19%～0.23%、0.16%～0.18%、0.24%～0.38%。也有研究表明，可通過水解塔拉單寧或五倍子制備沒食子酸，這也是近年來工業(yè)生產(chǎn)沒食子酸的行業(yè)趨勢[14]。

3 沒食子酸的生產(chǎn)

沒食子酸的常用制備方法有化學法、生物法和提取法?；瘜W法分為酸水解法和堿水解法；生物法可分為酶法和發(fā)酵法；提取法是通過水提、醇提法、超臨界CO2萃取、超聲提取、微波提取和浸漬等作用于月季、石榴等植物，結(jié)晶獲得沒食子酸，其產(chǎn)量較低，純化困難，成本高，不適用于規(guī)模化生產(chǎn)。文章主要討論化學法和生物法制備沒食子酸的研究進展。

3.1 化學法生產(chǎn)沒食子酸

化學法制備沒食子酸，是對五倍子、塔拉粉或塔拉單寧原料進行浸提，得到單寧水溶液，在加熱條件下，以強酸或強堿作為催化劑，使單寧水解生成葡萄糖和沒食子酸。但是該方法存在較多缺點，如水解不徹底、副反應(yīng)多、產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定、沒食子酸得率不高、純化困難等。此外，水解過程中產(chǎn)生的廢液嚴重污染環(huán)境，且對設(shè)備腐蝕程度大，嚴重影響設(shè)備使用壽命。

3.1.1 酸水解法

用熱水從五倍子或塔拉單寧中浸提出單寧水溶液，過濾，除去殘渣，再對單寧水溶液進行適當濃縮（濃縮至單寧質(zhì)量分數(shù)約為20%即可），濃縮液以硫酸作催化劑，在加熱條件下，可催化生成1 分子葡萄糖和多個沒食子酸[4,8]。再經(jīng)過分離、脫色、精制結(jié)晶、干燥等，即可獲得沒食子酸成品。酸水解方式可分為一步法和兩步法，兩步法是將五倍子或塔拉粉通過熱水浸泡，得到單寧溶液，經(jīng)適當濃縮后加入一定量的無機酸進行水解，冷卻，結(jié)晶，離心，干燥后即為沒食子酸粗品，經(jīng)過脫色，再進一步冷卻，結(jié)晶，干燥獲得沒食子酸產(chǎn)品。在兩步法中其水解速度與無機酸的濃度、溫度呈正相關(guān)關(guān)系。一步法則是無浸泡過程，直接添加無機酸進行水解，生產(chǎn)周期相對更短，在某段時期內(nèi)應(yīng)用較為廣泛[23]。許多學者[15-17]對酸水解條件（溫度、酸度、無機酸種類、時間以及料液比等）進行了研究，已得到成熟的工業(yè)化生產(chǎn)工藝，但由于使用的無機酸多為強酸，對設(shè)備腐蝕嚴重，生產(chǎn)過程中的廢酸廢液也會對環(huán)境造成嚴重污染[18]。

3.1.2 堿水解法

堿水解法是對原料（五倍子或塔拉粉）進行熱水浸提、澄清分離并濃縮，在堿性及無氧條件下加熱水解濃縮液，再進行酸堿中和，經(jīng)酸化后生成沒食子酸[19]。堿水解法的工藝流程可參照文獻[4]：原料→熱水浸提→加堿水解→加酸中和酸化→冷卻結(jié)晶→離心得粗品→粗品溶解加炭脫色→過濾后結(jié)晶→離心→干燥→沒食子酸成品。此外，學者們[20-22]對堿水解條件（原料種類、溫度、反應(yīng)時間和堿濃度等）開展了許多研究，其工藝條件日趨成熟，目前國內(nèi)多數(shù)采用堿水解法生產(chǎn)沒食子酸。與酸水解法相比，堿水解法對設(shè)備的腐蝕性相對較弱，但其工藝過程更為復(fù)雜。

3.2 生物法生產(chǎn)沒食子酸

生物法制備沒食子酸主要是通過高酶活的單寧酶，酶解作用于塔拉單寧或五倍子以生成沒食子酸。生物法較大程度地縮短了制備周期，提高了沒食子酸的得率。相較于化學法而言，生物法反應(yīng)條件溫和，且操作簡便，副產(chǎn)物較少，且對環(huán)境友好，生物法已成為一種潛力較大的沒食子酸的生產(chǎn)方法[2]。

3.2.1 酶法

酶法制備沒食子酸是指采用單寧酰基水解酶，作用于五倍子或塔拉粉的單寧提取液，從而生成沒食子酸和葡萄糖[23]。與化學法相比，酶法反應(yīng)成本更低，條件溫和，對設(shè)備腐蝕性小，產(chǎn)率高，廢水無毒，對環(huán)境友好，將逐步代替化學法生產(chǎn)沒食子酸[24]。

3.2.2 發(fā)酵法

發(fā)酵法合成沒食子酸是利用微生物在含單寧水溶液中進行發(fā)酵，以單寧中的葡萄糖為碳源，供微生物生長繁殖。微生物經(jīng)誘導(dǎo)產(chǎn)生單寧酶，進而催化酶解原料單寧生成沒食子酸和葡萄糖，葡萄糖可繼續(xù)供微生物生長[2,15]。其工藝操作步驟參照任湘等[4]的研究，將原料粉碎過篩處理后，加水浸泡獲得一定濃度的單寧水溶液，將微生物接種于溶液并發(fā)酵后，過濾，純化即可獲得沒食子酸[8,15]。

楊亞力等[25]、胡昌江等[26]、王蔚文等[27]分別采用發(fā)酵法對菌種、原料、發(fā)酵條件等進行了研究。使得發(fā)酵法制備沒食子酸的能耗低，且對環(huán)境污染小。但同時也存在一定的問題，其中單寧水解不完全尤為突出，造成反應(yīng)時間長，增加生產(chǎn)成本等[15]。

4 沒食子酸在食品中的應(yīng)用

沒食子酸是一種多酚類化合物，具有抗氧化、抗炎等生物活性，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、電子工業(yè)及化工等工業(yè)中。尤其在食品工業(yè)中，作為一種天然的抗氧化物質(zhì)，其可有效防止自由基的產(chǎn)生及細胞膜的受損。因此沒食子酸可廣泛用于生產(chǎn)抗氧化食品。

4.1 在食品抗氧化劑中的應(yīng)用

沒食子酸及其衍生物特有的分子結(jié)構(gòu)使其易被氧化，尤其是在堿性或酶存在的條件下會加速氧化，消耗環(huán)境中的氧，從而使生物組織得到保護[28]。在食品行業(yè)中，特別是油脂類食品中沒食子酸及其衍生物可作為良好的抗氧化劑，與市場上合成的抗氧化劑（如丁基羥基茴香醚）相比，沒食子酸屬于天然抗氧化劑，且無致癌性[29]。食品級沒食子酸還可用作葡萄酒防腐劑。此外，與維生素E 或甘草復(fù)配使用，還可有效提高棕櫚油的熱穩(wěn)定性[19]。

4.2 在食品包裝中的應(yīng)用

可食性膜是一種有別于傳統(tǒng)食品包裝膜的新型包裝材料，而沒食子酸因其抗菌、抗炎等特點，尤其被可食性膜研究人員青睞。研究發(fā)現(xiàn)，沒食子酸結(jié)合殼聚糖[30]進行可食性膜的制備，不僅能有效解決“白色污染”的環(huán)境問題，還能在一定程度上提升食品的品質(zhì)，延長貨架期。

5 結(jié)語

沒食子酸廣泛應(yīng)用于食品領(lǐng)域，目前成熟的沒食子酸的工業(yè)化制備方法主要有化學法和生物法，生物法對環(huán)境友好，順應(yīng)循環(huán)經(jīng)濟理念，化學法因其嚴重污染環(huán)境，腐蝕設(shè)備，將日趨被生物法代替。目前工業(yè)化生產(chǎn)沒食子酸的原料為塔拉粉和五倍子，而生物法生產(chǎn)沒食子酸的成本還比較高，因此未來還需做以下幾方面的基礎(chǔ)研究：開發(fā)除塔拉粉、五倍子以外的原料制備沒食子酸；優(yōu)化生物法制備沒食子酸工藝，以期低成本制備高產(chǎn)、高質(zhì)量的沒食子酸；開發(fā)沒食子酸在食品中的新用途等。