不同精制法松树木醋液中生物活性组分的富集

许英梅，高连连，朴永哲，刘巨涛，张树彪

(大连民族学院生物技术与资源利用国家民委-教育部重点实验室，辽宁大连116605)

小兴安岭的红松一般分布在海拔300～600 m处，为高大乔木，材质较好，其在森林抚育中的枝丫和木材加工的废弃物是生产木煤气等生物质燃气及化学品的一种数量庞大而又可再生的原料资源。在将松木废弃物干馏热解制得木煤气的同时，得到回流冷凝液，即为松木醋液，通常为红褐色液体，占总加工量的30%，如果不加以综合利用，不仅会造成环境污染，还会制约生物质能源发展的规模。有关木醋液的研究表明［1-3］，农林废弃物热解所得木醋液80%以上的成分是水，其余是包含多种有机酸、酚类、醇类和酮类的有机物质，其性质和成分会因原料和热解温度的不同而有所差异;通过气相色谱-质谱法(GC-MS)分析出不同原料木醋液的主要挥发性化学成分总计282种，但有关松木醋液的研究较少。

木醋液在农业方面用途广泛，具有改良土壤、促进植物生长、杀菌抑菌、防虫防腐和除臭等多种作用。文献中通过研究木醋液对不同植物生长的影响，证明适宜浓度的木醋液能够促进植物生长、降低土壤pH、提高有机质的含量，对土壤微生物起到调控作用［3-5］。A.Y.Loo等［6］首次从红树醋液中分离提取并鉴定出3种酚类活性化合物，证明其具有抗氧化作用。Qin Wei等［7］分析了核桃树枝木醋液的化学成分，表明有机酸和酚类化合物占有机相的63.46%，且其对细菌和植物病原菌有很强的抑制作用。R.Uthayakumar等［8］研究认为，木醋液还可以用于污水处理和水的净化，且比传统沉淀法和电絮凝法更加洁净安全，具有杀菌抑菌性。文献指出，木醋液中抑菌性等生物活性主要来源于有机相中的乙酸、苯酚和愈创木酚等［9-13］。

本文采用不同精制方法去除松木醋液中的有色杂质，研究对松木醋液中生物活性组分的影响，为木醋液在抑菌剂等农业领域的应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

(1)原松木醋液:小兴安岭森林抚育的松木枝丫及木材加工残余物经干馏制气后的回流液体，用物理精制法静置澄清分离过滤后所得;

(2)蒸馏松木醋液:用蒸馏精制法所得;

(3)膜过滤松木醋液:将原松木醋液用膜过滤精制法所得。

1.2 仪器

气相色谱–质谱联用仪(GC-MS，QP2010 Plus型，日本岛津公司)。

1.3 方法

1.3.1 松木醋液的脱水处理

参照文献［14-16］，分别取3种精制松木醋液各5 mL，用无水乙醚10 mL萃取，分3次，依次为5，3，2 mL，合并乙醚相溶液，加入适量无水氯化钙干燥10 min，过滤后分别得到3种精制松木醋液的有机相样品，待分析。精确测量分出的水相和有机相的量。

1.3.2 木醋液的GC-MS分析

将1.3.1中的3种松木醋液的有机相样品，用甲醇稀释至50 mL，分别进行GC-MS分析。色谱条件:DB-5MS毛细管色谱柱，30 m×0.25 mm ×0.25 μm;进样口温度270 ℃，载气He气，程序升温50～270℃(保持30 min)，检出器FID。质谱条件:EI源，电子能量70 eV，加速电压0.9 kV，源温230℃，扫描范围m/z 10～350。质谱标准库:NIST库。

2 结果与讨论

2.1 3种精制松木醋液的初步分离结果

将3种精制松木醋液进行脱水处理后，有机物的质量分数变化见表1。可以看出，原松木醋液分别经蒸馏和膜过滤精制后，有机物的质量分数逐渐减少，从17.16%分别下降至13.14%和12.53%。这是因为经过蒸馏法和膜过滤法精制后，一些分子量较大、分子结构较复杂的焦油类有色有害物质被分离除去，松木醋液的颜色由红褐色变为浅黄色。3种精制松木醋液的总离子流图如图1～图3。图1中的t=31.110 min至t=53.783 min的峰在蒸馏松木醋液总离子流图(如图2)中大大减小和消失，而图2中的t=29.307 min至t=35.367 min的峰在膜过滤松木醋液总离子流图(如图3)中基本消失。

表1 不同精制松木醋液中有机物质量分数的变化

图1 松木醋液原液总离子流图

图2 蒸馏松木醋液总离子流图

图3 膜过滤松木醋液总离子流图

2.2 3种精制松木醋液的生物活性组分特征

3种精制松木醋液经GC-MS分析，得到木醋液中各类物质成分的峰面积的变化，本文重点研究松木醋液有机相中生物活性组分羧酸和酚类的变化，结果见表2、表3。由表2可以看出，将原松木醋液用蒸馏法精制后，有机相中乙酸、丙酸和丁酸的质量分数(峰面积)都有所增加，特别是乙酸由原木醋液的48.45%提高到53.83%，使羧酸总量由50.63%提高到57.31%。而膜过滤所得松木醋液的有机相中乙酸、丙酸和丁酸的质量分数(峰面积)都有少量下降，使羧酸总量由50.63%降低为48.61%，说明膜过滤在拦截有色大分子的同时也部分拦截了乙酸、丙酸和丁酸，使乙酸和羧酸的总量略有下降(降低4.5%)，也说明蒸馏木醋液更有利于松木醋液中乙酸等羧酸的富集。

表2 3种精制松木醋液有机相中羧酸质量分数(峰面积)的GC-MS分析结果 %

由表3可以看出，相对于原松木醋液中的总酚质量分数，蒸馏松木醋液和膜过滤松木醋液都有所降低，由原松木醋液中总酚的17.08%分别降低为12.18%和15.74%，但膜过滤松木醋液的总酚质量分数高于蒸馏松木醋液，特别是针对具有较高抑菌活性的特征组分苯酚和2-甲氧基苯酚(愈创木酚)而言，膜过滤松木醋液中苯酚质量分数为 2.65%，愈创木酚的质量分数为4.00%，都明显高于原松木醋液和蒸馏松木醋液，说明膜过滤松木醋液对苯酚和愈创木酚有明显的富集作用。

表3 3种精制松木醋液有机相中酚质量分数(峰面积)变化的GC-MS分析结果 %

3 结论

(1)对小兴安岭松树木醋液的3种精制方法中，蒸馏法和膜过滤法都可以去除有色有害物质，使颜色变浅。松木醋液原液总离子流图中t=31.110 min至t=53.783 min的峰在蒸馏松木醋液总离子流图中大大减小和消失，而蒸馏松木醋液总离子流图中t=29.307 min至t=35.367 min的峰在膜过滤松木醋液总离子流图中基本消失。

(2)蒸馏法松木醋液有利于木醋液中乙酸等羧酸的富集，膜过滤法松木醋液有利于对苯酚和愈创木酚等酚类的富集。对羧酸和酚类总的生物活性成分的富集，膜过滤法松木醋液较有优势。

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