全 文 ：碱解玉米芯制备阿魏酸和对香豆酸
夏文静，李 飞，常 钰，蒋雅静，沈 燕 (南京师范大学泰州学院生物技术与化学工程学院，江苏泰州 225300)
摘要 ［目的］利用碱解农林废弃物制备阿魏酸和对香豆酸。［方法］对 4种农林废弃物(花生壳、玉米秸秆、小麦秸秆、玉米芯)进行比
较，发现玉米芯最适合用于提取阿魏酸和对香豆酸。考察不同氢氧化钠浓度、固液比(玉米芯 /碱液)、提取温度、提取时间对玉米芯中阿
魏酸和对香豆酸提取量的影响。［结果］提取玉米芯中阿魏酸的最佳工艺条件为:氢氧化钠浓度为 0． 5 mol /L，固液比(玉米芯 /碱液)为
1∶ 30 g /ml，提取温度为 50 ℃，提取时间为 2． 5 h。在此条件下，阿魏酸的提取量最高为 14． 05 mg /g，对香豆酸的提取量为 21． 12 mg /g。
［结论］研究可为提高玉米芯的附加值利用提供依据。
关键词 阿魏酸;对香豆酸;玉米芯;碱水解
中图分类号 S609． 9 文献标识码 A 文章编号 0517 －6611(2014)29 －10302 －04
Production of Ferulic Acid and p-cumaric Acid from Corn Cob by Alkaline Hydrolysis
XIA Wen-jing，LI Fei，CHANG Yu et al (School of Biotechnology and Chemical Eninnening，Taizhou College，Nanjing Normal Univer-
sity，Taizhou，Jiangsu 225300)
Abstract ［Objective］The ferulic acid and p-cumaric acid were produced from agricultural residues by alkaline hydrolysis． ［Method］Corn
cob was found to be the best through the comparison of alkaline hydrolysis of peanut shell，cornstalk，wheat straw and corncob． Effects of dif-
ferent sodium hydroxide concentration，solid-liquid ratio，extraction temperature and time on ferulic acid;p-cumaric acid were investigated．
［Ｒesult］Optimal hydrolysis conditions (NaOH concentration of 0． 5 mol /L，solid / liquid ratio of 1∶ 30 g /ml，hydrolysis temperature of 50 ℃，
hydrolysis time of 2． 5 h)ensured the production of hydrolysates with relatively high contents of both ferulic acid (14． 05 mg /g)and p-coumar-
ic acid (21． 12 mg /g)． ［Conclusion］The study can provide basis for improving added value utilization of corn cob．
Key words Ferulic acid;p-cumaric acid;Corn cob;Alkaline hydrolysis
基金项目 泰州市社会发展项目(TS201337)。
作者简介 夏文静(1982 － )，女，山东青岛人，讲师，硕士，从事酶的分
离纯化以及天然产物的分离提取研究。
收稿日期 2014-08-27
阿魏酸(ferulic acid)化学名称为 4-羟基-3-甲氧基肉桂
酸［1］。对香豆酸(p-coumaric acid)化学名称为 4-羟基肉桂
酸，是白花蛇舌草、海金沙、杜仲叶的有效成分之一，属于羟
基肉桂酸类化合物(hydroxycinnamicacids)中最主要的一
种［2］。阿魏酸和对香豆酸具有抗氧化、抗心血管疾病、降血
脂、抗动脉粥样硬化、抗菌消炎以及抑制肿瘤等特性［3 －6］。
此外，阿魏酸可用于制备天然香兰素、抗氧化剂、防腐剂、交
联剂等。因此，阿魏酸被广泛应用于食品、保健品、医药等领
域，具有广阔的市场应用前景［7］。阿魏酸、对香豆酸的化学
合成反应时间较长，溶剂用量大，转化率低，成本高。我国是
粮食、蔗糖生产大国，在其收获与加工过程中会产生大量的
玉米芯、糖渣、秸秆等纤维质副产品，其主要成分都是富含酚
酸的细胞壁类物质［1］，故富含酚酸的生物质原料可作为酚酸
的主要来源［2］。
我国是玉米生产和消费大国，玉米芯是玉米产业中的主
要副产品。每生产 100 kg 玉米则伴随有 15 kg 的玉米芯产
生［8］。玉米芯的主要是成分是纤维素(31． 7%)、半纤维素
(34． 7%)、木质素(20． 3%)［9］。近年来，来源于玉米芯中的
多种具有抗氧化、抗肿瘤、增强免疫力等重要生理活性的物
质被广泛研究，如阿魏酸、对香豆酸、低聚木糖等。在我国，
除少数玉米芯被用作为牲畜饲料、农村燃料外，大部分被直
接丢弃。如果利用农林废弃物玉米芯生产高附加值产品，不
仅能够产生可观的经济利益，而且能够解决废弃物影响环境
的问题。玉米芯中的阿魏酸和对香豆酸的羧基通过酯键与
多糖链接，酚羟通过醚键与植物细胞壁的木质素交联在一
起［2］，通过强碱处理，可以使得酯键断裂，从而释放出阿魏酸
和对香豆酸。笔者探索利用碱解法提取玉米芯中阿魏酸的
工艺，为提高玉米芯的附加值提供依据。
1 材料与方法
1． 1 材料 玉米芯:购于江苏连云港农贸市场。主要仪器:
高速台式冷冻离心机，Thermo;PHS-25型数字酸度计，上海大
普仪器有限公司;Agilent 1260 高效液相色谱仪，美国安捷伦
科技有限公司。主要试剂:阿魏酸标准品(纯度 ＞ 98%)，国
药集团化学试剂有限公司;甲醇(色谱纯)，ＲOE 公司;氢氧
化钠、亚硫酸钠、乙酸乙酯、磷酸、冰乙酸，均为分析纯，国药
集团化学试剂有限公司。
1． 2 方法
1． 2． 1 玉米芯的预处理。将购买的棒状玉米芯粉碎，过 20
目筛，装入密封袋放在室温下备用。
1． 2． 2 碱解法制备阿魏酸和对香豆酸的工艺。预处理的玉
米芯→碱浸提→离心→调 pH至中性→HPLC检测。
1． 2． 3 阿魏酸标准曲线的绘制。配制 0、20、40、60、80、100
μg /ml的阿魏酸标准品，用 HPLC对标准品进行分析，以阿魏
酸浓度为横坐标(X)，峰面积为纵坐标(Y)绘制标准曲线，得到
阿魏酸的回归方程为:Y =97．850X －70．114(Ｒ2 =0．999 3)。
1． 2． 4 对香豆酸标准曲线的绘制。配制 20、40、60、80、100、
150、200、250 μg /ml的对香豆酸标准品，用HPLC对标准品进
行分析，以对香豆酸浓度为横坐标(X)，峰面积为纵坐标(Y)
绘制标准曲线，得到对香豆酸的回归方程为:Y = (X +
534． 90)/107． 49(Ｒ2 = 0． 997 6)。
1． 2． 5 高效液相色谱分析条件。色谱柱选用 phenomenex
Luna C18柱(150 × 4． 6 mm，5 μm)，以甲醇∶水∶冰乙酸(30∶
69． 3∶ 0． 7)为流动相，柱温 30 ℃，流速 1． 0 ml /min，检测波长
320 nm，进样量 20 μl［10］。
责任编辑 李菲菲 责任校对 况玲玲安徽农业科学，Journal of Anhui Agri． Sci． 2014，42(29):10302 － 10305
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2014.29.096
1． 2． 6 原料的筛选。分别称取2． 5 g的花生壳、玉米芯、玉米
秸秆和小麦秸秆，加入 100 ml 0． 5 mol /L的 NaOH，室温静置
2． 5 h，确定最佳的提取原料，每个样品做 3个重复。
1． 2． 7 氢氧化钠浓度对阿魏酸和对香豆酸提取量的影响。
称取2． 5 g预处理玉米芯，在固液比 1∶ 40 g /ml 的条件下，室
温静置 10 h，分别在 1． 0、2． 5、4． 0、6． 0、8． 0、10． 0 h取样，比较
碱质量分数分别为 0． 2、0． 5、1． 0、2． 0 mol /L 对提取量的影
响，从而确定最佳碱浓度以及提取时间，每个样品做 3 个
重复。
1． 2． 8 固液比对阿魏酸和对香豆酸提取量的影响。称取2． 5
g预处理玉米芯，选用 0． 5 mol /L的 NaOH，在室温条件下静
置 2． 5 h，研究固液比为 1∶ 20、1∶ 30、1∶ 40、1∶ 50、1∶ 60、1∶ 100、
1∶ 150、1∶ 200 g /ml对阿魏酸和对香豆酸提取量的影响，每个
样品做 3个重复。
1． 2． 9 提取温度对阿魏酸和对香豆酸提取量的影响。称取
2． 5 g预处理玉米芯，选用 0． 5 mol /L的 NaOH，在固液比1∶ 30
g /ml的条件下，研究温度分别为 4、20、30、40、50、60、70℃ 对
阿魏酸和对香豆酸提取量的影响，在 2． 5 h取样，确定最佳提
取温度，每个样品做 3个重复。
1． 2． 10 提取方式对阿魏酸和对香豆酸提取量的影响。称
取 2． 5 g预处理玉米芯，在固液比 1∶ 30 g /ml，NaOH浓度 0． 5
mol /L，提取温度 50 ℃的条件下，比较静置和振荡(150
r /min)对提取量的影响，分别在 0． 5、1． 0、2． 5、4． 0 h取样，每
个样品做 3个重复。
1． 2． 11 阿魏酸提取量的计算。阿魏酸的提取量以 1 g烘干
的玉米芯最终得到的阿魏酸的质量来表示。
阿魏酸提取量(mg /g)= C × Vm ×1 000
=
20 ×(Y1 + 70． 114)× V
97． 85 ×8 ×m ×1 000
式中，C为 HPLC法测定的阿魏酸的质量浓度(μg /ml);m为
玉米芯的质量(mg);Y1 为 HPLC 法测定的阿魏酸的峰面积
(mAU);V为 NaOH的体积(ml)。
1． 2． 12 对香豆酸提取量的计算。对香豆酸的提取量以 1 g
烘干的玉米芯最终得到的阿魏酸的质量来表示。
对香豆酸提取量(mg /g)= C × Vm ×1 000
=
20 ×(Y2 + 534． 9)× V
107． 9 ×8 ×m ×1 000
式中，C为 HPLC法测定的对香豆酸的质量浓度(μg /ml);m
为玉米芯的质量(mg);Y2 为 HPLC 法测定的对香豆酸的峰
面积(mAU);V为 NaOH的体积(ml)。
2 结果与分析
2． 1 玉米芯提取物的 HPLC检测 由图 1 和图 2 可知，阿
魏酸的出峰时间在 8． 5 min左右，对香豆酸的出峰时间在7． 3
min左右，图 3中玉米芯提取物第 1 个主峰保留时间与对香
豆酸标准品保留时间一致，第 2个主峰的保留时间与阿魏酸
标准品保留时间一致，可见提取物中含有对香豆酸和阿
魏酸。
图 1 阿魏酸标准品的 HPLC图谱
图 2 对香豆酸标准品的 HPLC图谱
图 3 玉米芯提取物的 HPLC图谱
2． 2 原料的筛选 通过对 4种原料进行比较，用 0． 5 mol /L
的 NaOH处理玉米芯2． 5 h，提取的阿魏酸含量最高可达9． 71
mg /g，是花生壳中阿魏酸提取量的 53． 9倍，是玉米秸秆中阿
魏酸提取量的 2． 30倍，是小麦秸秆的中阿魏酸提取量 2． 77
倍;提取的对香豆酸的含量可达 9． 77 mg /g，是花生壳中对香
豆酸提取量的 15． 26 倍，是玉米秸秆中对香豆酸提取量的
1． 39倍，是小麦秸秆中对香豆酸提取量的 3． 57 倍。因此在
原料的选择上，优先选用玉米芯。
2． 3 NaOH浓度对提取量的影响 阿魏酸和对香豆酸上的
羧基通过酯键与多糖类链接，酚羟基通过醚键与木质素链
接，形成了木质素 /酚酸 －多糖的复合物［11］。Torre等的研究
表明，碱解可以有效断裂酯键［8］。碱浓度对于玉米芯中酚类
物质的释放具有显著的影响，较低浓度的碱液只能释放有限
浓度的阿魏酸，然而过高浓度的碱液会使得阿魏酸降解［8］。
如图 5和图 6所示，在这 4 个氢氧化钠浓度下，阿魏酸和对
香豆酸的提取量具有相似的变化趋势。由图 5 可知，随着
3030142 卷 29 期 夏文静等 碱解玉米芯制备阿魏酸和对香豆酸
图 4 不同原料提取的阿魏酸和对香豆酸
NaOH浓度的增加阿魏酸提取量逐渐增大，当提取时间为
2． 5 h，NaOH浓度从 0． 2 mol /L增加到 0． 5 mol /L时，提取量
增加了 74%;当碱浓度增加一倍时(1． 0 mol /L)，阿魏酸的提
取量增加了 9． 9%，幅度较小，并且 NaOH浓度增大，提取液
的粘度增大，离心效果不佳，从节约成本的角度考虑，选择较
优的碱浓度为 0． 5 mol /L。当碱浓度为 0． 5 mol /L时，在1． 0
～2． 5 h，阿魏酸提取量增加了 27． 7%，在 2． 5 ～8． 0 h提取量
只增加了 3． 9%，处理 8． 0 h 之后，阿魏酸提取量开始下降，
这是由于阿魏酸具有抗氧化活性，放置时间过长会被氧
化［12］。因此，提取阿魏酸较好的氢氧化钠浓度为 0． 5 mol /L，
提取时间为 2． 5 h。
图 5 NaOH浓度对阿魏酸提取量的影响
由图 6可知，随着 NaOH浓度的增加，对香豆酸的提取
量逐渐增大。当提取时间为 1． 0 h，NaOH浓度为 0． 5、1． 0、
2． 0 mol /L时对香豆酸的提取量是 0． 2 mol /L时的 3． 96、3． 77
和 2． 48倍;当提取时间为 8． 0 h，NaOH浓度为 2． 0 mol /L时，
图 6 NaOH浓度对对香豆酸提取量的影响
对香豆酸的提取量最高可达 19． 51 mg /g，是 NaOH 浓度为
1． 0 mol /L(18． 74 mg /g)的 1． 04 倍。因此，从节约成本的角
度考虑，提取对香豆酸较好的 NaOH浓度为 1． 0 mol /L，提取
时间为 8． 0 h。
2． 4 固液比对提取量的影响 由图 7 可知，不同的固液比
对阿魏酸提取量影响不大。当固液比为 1∶ 20 g /ml 时，液体
黏稠，离心取上清时难度较大;固液比为 1∶ 30 g /ml 时，阿魏
酸和对香豆酸的提取量分别为 11． 13和 12． 52 mg /g;固液比
为 1∶ 50 g /ml时，提取量分别为 11． 63和 12． 32 mg /g，固液比
为 1∶ 100 g /ml时，提取量分别为 11． 95和 13． 36 mg /g。考虑
到 NaOH用量增加会增加成本，并且会增加离心的能耗，所
以固液比选用 1∶ 30 g /ml。
图 7 固液比对提取量的影响
2． 5 温度对提取量的影响 由图 8 可知，在 4 ～ 50 ℃的范
围内，随着温度的升高阿魏酸和对香豆酸的提取量逐渐增
加，50 ℃时阿魏酸的最高提取量可达 13． 47 mg /g，是 4 ℃提
取量的 2． 31倍;50 ℃时对香豆酸的最高提取量可达 20． 49
mg /g，是 4 ℃提取量的 4． 36倍。在 4 ～50 ℃范围内，提高温
度有利于提高两者的提取量;当温度超过 50 ℃时提取量开
始下降，这是由于在高温作用下，阿魏酸和对香豆酸会被氧
化或者分解。宋浩亮等发现，当温度超过 60 ℃时，阿魏酸损
失明显增加，这与笔者的该研究现象是一致的。因此，阿魏
酸的最佳提取温度为 50 ℃［13］。
图 8 温度对提取量的影响
2． 6 提取方式对提取量的影响 由图 9 和图 10 可知，振荡
时两者的提取量高于静置时的提取量，在 0． 5 h时尤为显著。
这是由于振荡条件下，NaOH可以与玉米芯充分接触，从而更
有利于阿魏酸和对香豆酸的释放;此后随着时间的延长，2种
方式的提取量逐渐接近。振荡 2． 5 h和静置 2． 5 h阿魏酸的
40301 安徽农业科学 2014年
提取量分别为 13． 72和 14． 05 mg /g;振荡 2． 5 h和静置 2． 5 h
对香豆酸的提取量分别为 20． 20和 21． 20 mg /g。因此，从提
取效率和能耗考虑，采用静置提取的方式。
图 9 提取方式对阿魏酸提取量的影响
图 10 提取方式对对香豆酸提取量的影响
3 结论
该研究利用玉米芯为原料，探索碱法提取阿魏酸和对香
豆酸的工艺条件，在 NaOH浓度为 0． 5 mol /L，固液比为 1∶ 30
g /ml，提取温度为 50 ℃，提取时间为 2． 5 h时，阿魏酸的提取
量可达 14． 05 mg /g，对香豆酸的提取量可达 21． 12 mg /g。与
其他学者报道相比，此方法简便、快捷，且阿魏酸和对香豆酸
的提取量处于较高水平。
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