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，一般可通過堿解法或酶解法打斷酯鍵，再用合適的溶劑來提取。從植物中提取到的阿魏酸屬純天然物質(zhì)，無毒無害，經(jīng)過純化就能直接應(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)膜分離的問題。通過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天然的催化劑將阿魏酸衍生物從生物體內(nèi)游離出來的一種方法。該法工藝簡單、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)市場對(duì)阿魏酸需求量的不斷增大，以及中藥資源來源較少的問題，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微生物轉(zhuǎn)化為阿魏酸。辛嘉英對(duì)無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)，美國和一些歐洲國家也已經(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，斷裂伸長率為9．36％，水蒸氣透過率為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)過程中添加一定量的阿魏酸，其應(yīng)用價(jià)值在未來將會(huì)有進(jìn)一步的提高。除此之外，近年來越來越多的研究表明，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，阿魏酸的來源主要通過從植物體內(nèi)進(jìn)行提取，其產(chǎn)量大、來源較廣，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。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?，因此在進(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)