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

(大連民族學院生物技術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，材質較好，其在森林撫育中的枝丫和木材加工的廢棄物是生產木煤氣等生物質燃氣及化學品的一種數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，不僅會造成環境污染，還會制約生物質能源發展的規模。有關木醋液的研究表明［1-3］，農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，其性質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-質譜法(GC-MS)分析出不同原料木醋液的主要揮發性化學成分總計282種，但有關松木醋液的研究較少。

木醋液在農業方面用途廣泛，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、提高有機質的含量，對土壤微生物起到調控作用［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，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業領域的應用提供科學依據。

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–質譜聯用儀(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。質譜標準庫:NIST庫。

2 結果與討論

2.1 3種精制松木醋液的初步分離結果

將3種精制松木醋液進行脫水處理后，有機物的質量分數變化見表1。可以看出，原松木醋液分別經蒸餾和膜過濾精制后，有機物的質量分數逐漸減少，從17.16%分別下降至13.14%和12.53%。這是因為經過蒸餾法和膜過濾法精制后，一些分子量較大、分子結構較復雜的焦油類有色有害物質被分離除去，松木醋液的顏色由紅褐色變為淺黃色。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量分數的變化

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GC-MS分析，得到木醋液中各類物質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、丙酸和丁酸的質量分數(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、丙酸和丁酸的質量分數(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量分數(峰面積)的GC-MS分析結果 %

由表3可以看出，相對于原松木醋液中的總酚質量分數，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量分數高于蒸餾松木醋液，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(愈創木酚)而言，膜過濾松木醋液中苯酚質量分數為 2.65%，愈創木酚的質量分數為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量分數(峰面積)變化的GC-MS分析結果 %

3 結論

(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，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勢。

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