阿魏酸用于食品工業(yè)論文
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1阿魏酸的制備
1．1植物體內(nèi)提取法
阿魏酸廣泛存在于植物體內(nèi)，當(dāng)歸、無(wú)患子、川穹、香蘭豆、麥麩和米糠等植物中含量較多。植物體內(nèi)的阿魏酸主要以三種形式存在：水溶態(tài)，脂溶態(tài)和束縛態(tài)。水溶態(tài)下的阿魏酸與一些小分子如單糖、多胺等結(jié)合呈易溶態(tài)，其主要存在于植物的細(xì)胞質(zhì)中；脂溶態(tài)的阿魏酸常結(jié)合一些脂溶性的物質(zhì)存在于植物的蠟質(zhì)層中；在束縛態(tài)下，阿魏酸常以醚或酯的形式與植物細(xì)胞壁物質(zhì)相結(jié)合。植物體內(nèi)的阿魏酸主要以酯鍵與多糖和木質(zhì)素交聯(lián)或自身酯化或醚化形成二阿魏酸，一般可通過(guò)堿解法或酶解法打斷酯鍵，再用合適的溶劑來(lái)提取。從植物中提取到的阿魏酸屬純天然物質(zhì)，無(wú)毒無(wú)害，經(jīng)過(guò)純化就能直接應(yīng)用于醫(yī)藥及食品工業(yè)，是目前要求較高的醫(yī)用阿魏酸的主要來(lái)源。從植物中提取阿魏酸目前應(yīng)用較多的主要有堿解法、阿魏酸酯酶法和植物組織培養(yǎng)法三種。
1．1．1堿解法阿魏酸在谷維素中主要以酯的形式存在，其易于水解，因此在從谷維素中提取阿魏酸時(shí)，可以先用堿水解谷維素，再對(duì)其進(jìn)行酸化，其反應(yīng)式如。該法制備阿魏酸，操作簡(jiǎn)易可靠，提取率較高，而且其產(chǎn)生的環(huán)木菠蘿醇類等副產(chǎn)品具有很高的利用價(jià)值。鄧紅等以谷維素為原材料，利用響應(yīng)面法優(yōu)化堿水解制取阿魏酸的工藝。結(jié)果表明，利用谷維素用堿水解制取阿魏酸，其方法可靠、易行、得率較高。趙升強(qiáng)等［8］采用乙醇／水／氫氧化鈉溶液從玉米麩皮中提取阿魏酸，解決了提取液粘度高而難以實(shí)現(xiàn)膜分離的問(wèn)題。通過(guò)水解谷維素制備阿魏酸是目前比較常用的一種制備阿魏酸的方法。谷維素的來(lái)源廣，易取得，產(chǎn)量高，成本較低，因此該方法可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)中。但是，該法提取阿魏酸后產(chǎn)生的廢渣、廢液容易造成環(huán)境污染，如何進(jìn)行綠色化生產(chǎn)還需進(jìn)一步深入研究。
1．1．2阿魏酸酯酶法阿魏酸酯酶是一種由真菌、細(xì)菌和酵母分泌的，能將低聚糖阿魏酸酯、阿魏酸甲酯和多糖阿魏酸中的阿魏酸游離出來(lái)的一。薛楓等將阿魏酸酯酶和阿拉伯木聚糖酶進(jìn)行混合，高效地降解了玉米麩皮，制備出阿魏酸和低聚木糖兩種功能性食品原料，確定了酶的最適反應(yīng)條件。在此條件下，阿魏酸的釋放量比未經(jīng)高溫高壓預(yù)處理時(shí)提高了1倍，還原糖的釋放量提高了3倍。龔燕燕等利用宇佐美曲霉（Aspergillusus-amii）阿魏酸酯酶與木聚糖酶協(xié)同降解小麥麩皮，制備了阿魏酸，得出阿魏酸酯酶與木聚糖酶之間存在協(xié)同作用，雙酶共同作用，有利于小麥麩皮的降解，提高FA的釋放率。阿魏酸酯酶法是一種通過(guò)天然的催化劑將阿魏酸衍生物從生物體內(nèi)游離出來(lái)的一種方法。該法工藝簡(jiǎn)單、節(jié)能環(huán)保、條件溫和、催化效率較高、專一性強(qiáng)，但基于該反應(yīng)易受外界環(huán)境的影響，穩(wěn)定性差，而且微生物除了會(huì)分解出阿魏酸酯酶，還會(huì)分解出一些其他物質(zhì)，導(dǎo)致阿魏酸的降解，所以單獨(dú)使用阿魏酸酯酶法提取阿魏酸的效果并不理想，而且難以達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)的目的。把該方法與其他多種高效的提取方法相結(jié)合，將成為今后的研究熱點(diǎn)。
1．1．3植物組織培養(yǎng)法植物組織培養(yǎng)法是通過(guò)培養(yǎng)基對(duì)植物部分器官或組織進(jìn)行誘導(dǎo)再生的過(guò)程，它也是獲得阿魏酸的一個(gè)有效途徑。大量研究表明，植物通過(guò)組織培養(yǎng)產(chǎn)生的阿魏酸衍生物的產(chǎn)量比直接提取時(shí)更大，而且減少了純化工藝。張蓓蕾通過(guò)川芎愈傷組織誘導(dǎo)的培養(yǎng)條件和繼代培養(yǎng)次數(shù)對(duì)川芎次生代謝產(chǎn)物形成和積累的影響進(jìn)行研究，得出了川芎愈傷組織誘導(dǎo)培養(yǎng)的最佳條件，而且隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加，次生代謝產(chǎn)物含量會(huì)遞增。該研究表明，阿魏酸在組織體內(nèi)的含量是可以調(diào)控的，因此，通過(guò)改變培養(yǎng)的環(huán)境或方法對(duì)代謝物質(zhì)的合成與積累方面進(jìn)行研究，將對(duì)阿魏酸未來(lái)的生產(chǎn)有相當(dāng)大的影響。
1．2化學(xué)合成法
阿魏酸的化學(xué)合成主要有兩種類型，Wit-tig－Horner反應(yīng)和Kneoevenagel反應(yīng)。Wittig－Horner反應(yīng)是通過(guò)使亞磷酸三乙酯乙酸鹽和乙酰香蘭素在強(qiáng)堿體系中發(fā)生反應(yīng)，再用濃鹽酸酸化而合成阿魏酸。由于反應(yīng)中要使用強(qiáng)堿，生成酚鈉離子會(huì)抑制羰基和碳負(fù)離子之間的反應(yīng)，還會(huì)伴隨有副反應(yīng)的發(fā)生，實(shí)用價(jià)值低，相關(guān)研究較少。Kneoevenagel反應(yīng)則是以在吡啶溶劑中加入少量的有機(jī)堿作為催化劑，通過(guò)香蘭素和丙二酸發(fā)生反應(yīng)而合成阿魏酸的，該反應(yīng)中經(jīng)常使用的催化劑有哌啶和苯胺等。何良波等采用微波輻射法，利用正交設(shè)計(jì)，以香蘭素和丙二酸為原料，甲苯和吡啶為溶劑，苯胺作催化劑，采用帶有分水器的回流裝置，在攪拌下合成阿魏酸。該工藝具有反應(yīng)速度快、產(chǎn)率較高的優(yōu)點(diǎn)。丁元生等以香蘭素和丙二酸為原料，KF／K2CO3／γ－Al2O3為催化劑，經(jīng)Knoevenagel縮合反應(yīng)催化合成反式阿魏酸。產(chǎn)品收率達(dá)到65％以上，且催化劑可以重復(fù)使用6次，收率依然超過(guò)60％。朱婉清以香蘭素和丙二酸為原料，采用Knoevenagel縮合反應(yīng)，也成功地制取了阿魏酸。面對(duì)市場(chǎng)對(duì)阿魏酸需求量的不斷增大，以及中藥資源來(lái)源較少的問(wèn)題，阿魏酸的化學(xué)合成法已經(jīng)成為生產(chǎn)阿魏酸的一個(gè)重要途徑。相比起其他幾種方法，化學(xué)合成法具有生產(chǎn)方法多樣化、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)量大、可持續(xù)生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，適用于批量生產(chǎn)，能夠滿足市場(chǎng)需求。但化學(xué)合成所得產(chǎn)物是反式和順式阿魏酸的混合物，后續(xù)分離難度較大，研究者今后應(yīng)從分子結(jié)構(gòu)上來(lái)優(yōu)化阿魏酸的合成工藝，以期早日工業(yè)化應(yīng)用。
1．3生物合成法
生物合成法是用一些微生物（ArthrobacterBlobiformis）將阿魏酸前體進(jìn)行轉(zhuǎn)化，得到阿魏酸的方法，如可將從丁香油中提取得到的丁子香酚肉桂酸酯通過(guò)微生物轉(zhuǎn)化為阿魏酸。辛嘉英對(duì)無(wú)溶劑體系中生物合成新型油脂抗氧化劑阿魏酸雙甘酯進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，無(wú)溶劑體系中，在70mgCRL催化下，轉(zhuǎn)速為150r／min，底物比為1∶1，反應(yīng)時(shí)間為120h，底物含水量為10mg／g，硅藻土添加量為40mg時(shí)，產(chǎn)率最高。生物合成法是一種清潔高效的合成方法，但目前其工藝并不是很成熟，因此對(duì)阿魏酸的藥理活性及其在生物體內(nèi)的合成及調(diào)控機(jī)制的研究，對(duì)阿魏酸生物合成法的發(fā)展具有十分重要的意義。
2阿魏酸在食品工業(yè)中應(yīng)用的研究進(jìn)展
阿魏酸作為食品抗氧化劑在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛，它不僅可以明顯提高一些蛋白類或多糖類食品的品質(zhì)，而且與一些其他的物質(zhì)（如Vc）結(jié)合使用，可以大大增強(qiáng)食品抗氧化效果。目前，將阿魏酸用于食品抗氧化劑在日本已被批準(zhǔn)，美國(guó)和一些歐洲國(guó)家也已經(jīng)開始采用一些含阿魏酸量較高的物質(zhì)（如香蘭豆、草藥、咖啡等）作為抗氧化劑，對(duì)食品進(jìn)行防腐保鮮。同時(shí)，阿魏酸在食品交聯(lián)劑方面有很好的應(yīng)用前景。
2．1用作防腐保鮮劑
阿魏酸特殊的結(jié)構(gòu)賦予其極強(qiáng)的抗氧化和抗菌活性，是優(yōu)選的天然食品保鮮劑。張蔚等將一些健康志愿者的新鮮糞便通過(guò)稱重稀釋后進(jìn)行厭氧培養(yǎng)，之后進(jìn)行反復(fù)涂布分離，得到69種人體腸道細(xì)菌，然后采用超高效液相四級(jí)桿飛行時(shí)間串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)（UPLC－Q－TOF／MS）與Metabol-ynxTM軟件對(duì)阿魏酸經(jīng)人體糞便混合菌及分離的單菌作用后的代謝產(chǎn)物進(jìn)行了分析，得出腸道細(xì)菌對(duì)阿魏酸有代謝作用且由不同細(xì)菌完成。研究表明，阿魏酸在一定程度上可以被人體所代謝，如若能將阿魏酸與其他有機(jī)物相結(jié)合形成復(fù)配型添加劑，以部分替代亞硝酸鹽的防腐作用，相信它在防腐保鮮方面的發(fā)展將無(wú)可限量。
2．2用作食品交聯(lián)劑
阿魏酸不僅在防腐保鮮方面有很重要的作用，而且將其添加到食品中，還可以起到食品交聯(lián)的作用，更好地提高食品的應(yīng)用價(jià)值。阿魏酸能夠改善復(fù)合膜的機(jī)械性能和阻濕性能，減小復(fù)合膜的水溶性，但會(huì)顯著降低復(fù)合膜的透光率，且使復(fù)合膜的顏色發(fā)黃。其中，添加1％阿魏酸的復(fù)合膜性能較好，其抗拉強(qiáng)度為14．33MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為9．36％，水蒸氣透過(guò)率為4．52g.mm.m－2•d－1•kPa－1，水溶性為28．46％，透光率為77．37％。阿魏酸通過(guò)使多糖分子進(jìn)行交聯(lián)，在很大程度上提高了一些可食性物質(zhì)的品質(zhì)，如果多糖分子在交聯(lián)過(guò)程中添加一定量的阿魏酸，其應(yīng)用價(jià)值在未來(lái)將會(huì)有進(jìn)一步的提高。除此之外，近年來(lái)越來(lái)越多的研究表明，運(yùn)動(dòng)除了對(duì)人有益之外，也對(duì)人體存在著一定的隱性危害，這一損害的罪魁禍?zhǔn)拙褪亲杂苫?。而且有大量資料已經(jīng)證明：炎癥、腫瘤、衰老、血液病以及心、肝、肺、皮膚等各方面疾病的發(fā)生機(jī)理，都與體內(nèi)自由基產(chǎn)生過(guò)多或清除自由基能力下降有著密切的關(guān)系。阿魏酸由于有清除自由基的功能，能很好地消除運(yùn)動(dòng)隱性危害，將來(lái)在運(yùn)動(dòng)型飲料方面也將有很大的發(fā)展前景。
3展望
阿魏酸作為一種具有獨(dú)特性能的天然抗氧化劑，因其毒性小，作用效果明顯，而且具有抗血栓、消炎、防癌以及抗氧化等各種不同的生物活性，越來(lái)越引起人們的關(guān)注。它不僅在醫(yī)藥、保健品和化妝品等諸多領(lǐng)域中顯示出獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值，而且在食品方面的應(yīng)用也將不斷拓展，因此越來(lái)越多的學(xué)者、機(jī)構(gòu)開始對(duì)阿魏酸進(jìn)行研究。目前，阿魏酸的來(lái)源主要通過(guò)從植物體內(nèi)進(jìn)行提取，其產(chǎn)量大、來(lái)源較廣，而且價(jià)格適中，是主要的生產(chǎn)方法?；瘜W(xué)合成法和生物合成法由于其技術(shù)及分離的局限性還沒(méi)有被廣泛應(yīng)用，目前仍以實(shí)驗(yàn)研究為主。阿魏酸在應(yīng)用方面，以食品為主，這也是目前的研究熱點(diǎn)和今后的發(fā)展趨勢(shì)。阿魏酸分子中由于烷烴較短且含有雙鍵、親水性強(qiáng)，在一定程度上限制了其在脂溶性食品加工中的應(yīng)用，需引起科研人員的注意。另外，人們?nèi)找嬷匾暿称钒踩虼嗽谶M(jìn)行應(yīng)用研究的同時(shí)，還需注重食品安全方面的研究。相信隨著研究工作的不斷深入，阿魏酸的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏訌V泛，并將產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
作者：陳洋 唐瑤 曹婉鑫 王俊宏 單位：陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)