夏文靜 李飛 張曉燕 潘玥欣 陳奕彤

【摘要】本文以玉米秸稈為原料，利用堿水解法制備阿魏酸。提取玉米秸稈中阿魏酸的最佳工藝條件為：氫氧化鈉濃度為0.75mol/L，固液比（玉米芯-g/堿液-mL）為1：60，提取溫度為50℃，提取時間為12 h，最佳的保護劑是亞硫酸鈉，亞硫酸鈉的最適濃度是2.5%，在此條件下，阿魏酸的提取量最高可達26.06mg/g。

【關鍵詞】阿魏酸；玉米秸稈；堿水解

秸稈是成熟農作物莖葉（穗）部分的總稱。通常指小麥、水稻、玉米、薯類、油菜、棉花、甘蔗和其它農作物（通常為粗糧）在收獲籽實后的剩余部分。目前世界秸稈年產量約29億噸，玉米秸稈占世界秸稈年產量的35%，中國每年產生的玉米秸稈約7億噸，玉米秸稈占全國秸稈年產量56.6%。我國玉米秸稈的產量也相當之大，但是其經濟系數低，資源化利用率低。目前我國大量秸稈被閑置浪費或就地焚燒，不僅造成了資源的浪費，也造成了環(huán)境的污染。秸稈大量廢棄，將導致其富含的氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質隨雨水進入地面和地下水，與農田營養(yǎng)物質一起造成水體的富營養(yǎng)化；秸稈露天焚燒會導致大氣污染，引發(fā)火災，破壞土壤結構，危害人體健康等。因此如何豐富秸稈資源的利用已經成為當前研究的熱點話題。玉米秸稈的主要是成分是纖維素、半纖維素、木質素，在其收獲和加工過程中會產生很多副產品，其主要成分是富含酚酸的細胞壁物質，近年來，來源于秸稈中的多種具有抗氧化、抗腫瘤、增強免疫力等重要生理活性物質被廣泛研究，如阿魏酸、對香豆酸、低聚木糖等，故富含酚酸的生物質原料可作為酚酸的主要來源。

阿魏酸（4-羥基-3-甲氧基肉桂酸）是廣泛存在于當歸、川芎、紅花等中藥材的有效成分之一。阿魏酸具很多有益的生理作用，有抗氧化、抗血栓、降血脂、抗動脈粥樣硬化、抗菌消炎、降低血清和肝臟中的膽固醇、提高精子活力以及抑制腫瘤等特性。因此，阿魏酸被廣泛應用于食品、保健品、醫(yī)藥等領域，具有較大的市場應用前景。阿魏酸可以用化學合成，但反應時間較長，溶劑用量大，轉化率低，成本高；也可以從中藥阿魏、當歸、紅花等中藥材中提取，但是成本也較高。植物細胞壁中的阿魏酸的羧基通過酯鍵與多糖鏈接，酚羥通過醚鍵與植物細胞壁的木質素交聯(lián)在一起。通過強堿處理秸稈，可以使得酯鍵斷裂，從而釋放出阿魏酸。探索利用堿解法提取玉米秸稈中阿魏酸的工藝，提高玉米秸稈的附加值，不僅能夠產生可觀的經濟利益，而且能夠解決廢棄物影響環(huán)境問題。

1、材料與方法

1.1材料、儀器和試劑

玉米秸稈：購于山東青島農貿市場。試劑：阿魏酸標準品（純度>98%）：國藥集團化學試劑有限公司；甲醇（色譜純）：ROE公司；氫氧化鈉、亞硫酸鈉、磷酸、冰乙酸均為分析純，購于國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 實驗方法

⑴玉米秸稈的預處理：將購買的玉米秸稈粉碎烘干至恒重，過20目篩，裝入密封袋放在干燥器備用。

⑵堿法制備阿魏酸的工藝流程：預處理的秸稈→堿浸提→離心→調pH至中性→定容→HPLC檢測。

⑶高效液相色譜分析條件：色譜柱選用phenomenex Luna C18柱（150*4.6mm，5um），以甲醇：水：冰乙酸（30：69.3：0.7）為流動相，柱溫30℃，流速0.8ml/min，檢測波長320nm，進樣量20 ul。

⑷氫氧化鈉濃度對阿魏酸提取量的影響：稱取2.5g預處理玉米秸稈，在固液比1：40的條件下，室溫靜置10h，比較堿質量濃度分別為0.2mol/L、0.5mol/L、0.75mol/L、1.0mo/L、1.5mol/L、 2.0mol/L對阿魏酸提取量的影響，從而確定最佳堿濃度，每個樣品做三個重復。

⑸提取時間對阿魏酸提取量的影響：稱取2.5g預處理玉米秸稈，在固液比1：40，氫氧化鈉濃度為0.75mol/L的條件下，室溫靜置，分別在2h、4h、6h、8h、10h、12h、24h取樣，確定最佳提取時間，每個樣品做三個重復。

⑹固液比對阿魏酸提取量的影響：稱取2.5g預處理玉米芯，選用0.75mol/L的NaOH，在室溫條件下靜置12h，研究固液比為1：20、1：30、1：40、1：50、1：60、1：70、1：80對阿魏酸提取量的影響，每個樣品做三個重復。

⑺提取溫度對阿魏酸提取量的影響：稱取2.5g預處理玉米秸稈，選用0.75mol/L的NaOH，在固液比1：60的條件下，研究溫度分別為10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃對阿魏酸和香豆酸提取量的影響，在12h取樣，確定最佳提取溫度，每個樣品做三個重復。

⑻不同保護劑對阿魏酸提取量的影響：稱取2.5g預處理玉米秸稈，在固液比1：60，NaOH濃度0.75mol/L，提取溫度50℃的條件下，比較焦亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉四種保護劑對提取量的影響，四種保護劑的濃度為2.5%，以不加保護劑的為空白對照，每個樣品做三個重復。

⑼保護劑濃度對阿魏酸提取量的影響：稱取2.5g預處理玉米秸稈，在固液比1：60，NaOH濃度0.7mol/L，提取溫度50℃的條件下，比較亞硫酸鈉終濃度分別為0.5%、1%、2.5%、5%對阿魏酸提取量的影響，每個樣品做三個重復。

⑽阿魏酸提取量的計算：阿魏酸的提取量以每克烘干的玉米秸稈最終得到的阿魏酸的質量來表示。式中：C為HPLC法測定的阿魏酸的質量濃度（ug/ml）；m為玉米芯的質量（mg）；Y為HPLC法測定的阿魏酸的峰面積（mAU）；V為NaOH的體積（ml）。

2、結果與討論

2.1氫氧化鈉濃度對提取量的影響

阿魏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素鏈接，形成了木質素/酚酸-多糖的復合物。堿解可以有效水解斷裂酯鍵，因此堿濃度對于秸稈中阿魏酸等酚酸類物質的釋放具有顯著的影響。實驗表明，隨著NaOH濃度的增加阿魏酸提取量逐漸增大，當NaOH濃度從0.2mol/L增加到0.5mol/L時，提取量增加了54%；當堿濃度從0.5mol/L增加到0.75mol/L，阿魏酸的提取量增加了26%，當氫氧化鈉增加到1mol/L時，阿魏酸提取量比0.75mol/L時增加了1.5%，幅度較小。當NaOH濃度增加到2mol/L時阿魏酸提取量為17.77mg/g，是0.75mol/L時提取量的1.2倍，但是氫氧化鈉用量是2.7倍，同時實驗中發(fā)現(xiàn)，氫氧化鈉用量越大，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0.75mol/L。

2.2提取時間對阿魏酸提取量的影響

實驗證明，在2h到12h的范圍內，隨著時間的延長，阿魏酸提取量變化比較明顯，超過12h以后，隨著阿魏酸提取量隨著時間延長也逐漸增大，但是增加幅度較小，所以從節(jié)省時間的角度考慮，選用較優(yōu)的提取時間為12h。

2.3固液比對阿魏酸提取量的影響

由圖1可知，當固液比分為1：20、1：30、1：40、1：50、1：60、時，阿魏酸提取量分別為13.93、14.82、15.29、15.87、16.91mg/g，隨著固液比的增加，阿魏酸的提取量不斷增加。當固液比繼續(xù)增加到1：70和1：80時，阿魏酸的的提取量趨于穩(wěn)定?？紤]到提取液體積增加會增加成本，并且會增加離心的能耗，所以固液比選用1：60。

2.4溫度對提取量的影響

由圖2可知，在10-50℃的范圍內，隨著溫度的升高阿魏酸的提取量逐漸增加，50℃時阿魏酸的最高提取量可達24.20mg/g是10℃提取量的1.71倍，這是因為溫度升高，加速阿魏酸與木質素之間酯鍵斷裂，有利于阿魏酸的釋放。當提取溫度超過50℃時阿魏酸提取量開始下降，這是由于在高溫作用下，雖然阿魏酸的釋放量增加，但是釋放的阿魏酸在高溫條件下會被氧化或者分解。

2.5保護劑對阿魏酸提取量的影響

由圖3可知，在堿液中添加不同的保護劑對阿魏酸的提取量都略有提升，這是因為阿魏酸不穩(wěn)定，尤其是在溫度較高時，容易被氧化，這四種阿魏酸以亞硫酸鈉的效果最好，添加2.5%的亞硫酸鈉作為保護劑，阿魏酸的提取量為26.06mg/g，因此在提取阿魏酸時，選取亞硫酸鈉作為保護劑。

2.6亞硫酸鈉濃度對阿魏酸提取量的影響

由圖4可知，當亞硫酸鈉濃度在0.5-2.5%范圍內，隨著亞硫酸鈉濃度的升高，阿魏酸的提取量逐漸增加，當亞硫酸濃度為2.5%時，阿魏酸的提取量26.06mg/g。

3、結論

利用玉米秸稈為原料，探索堿法提取阿魏酸的工藝條件，當氫氧化鈉濃度為0.75mol/L，提取時間為12h時，固液比為1：60，提取溫度為50℃，亞硫酸鈉的濃度為2.5%時，阿魏酸的提取量可達26.06mg/g，此方法簡便、快捷，可以用于以玉米秸稈提取制備天然阿魏酸。

參考文獻

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注：本文受

1.基金資助：泰州市社會發(fā)展項目（TS201337）

2.基金資助：泰州市社會發(fā)展項目（TS201516）

3.基金資助：南京師范大學泰州學院第二批精品課程《酶工程》

作者簡介

夏文靜，女，山東青島，碩士，講師，從事酶的分離純化以及天然產物的分離提取工作。