第六节 酚酸的制备

一、阿魏酸和对香豆酸的制备

阿魏酸最早在植物的种子和叶子中发现，是桂皮酸的衍生物之一，具有顺式和反式两种结构（见图1-5），在植物细胞壁中与多糖和蛋白质结合成为细胞壁的骨架。阿魏酸是阿魏、酸枣仁等中药材的有效成分之一，其在食品原料如麦麸、玉米皮等中含量也较高（见表1-9）。

对香豆酸是植物中最常见的羟基肉桂酸之一，为白花蛇舌草、海金沙草、杜仲叶的有效成分之一，其最大紫外吸收波长为226 nm和312 nm。对香豆酸多通过酯键与植物中的多糖、脂肪醇、酚类以及生物碱等共价交联，其在谷物中含量较高（见表1-10），仅在部分蔬菜水果中发现有少量游离态对香豆酸。

植物细胞壁含有大量的阿魏酸和对香豆酸。目前，可通过以下三个途径从植物中获得阿魏酸和对香豆酸：①从酚酸与一些小分子的结合物中获得；②通过组织培养获得；③从植物细胞壁中提取。米糠醇提物中含有多种甾醇和萜类的阿魏酸酯，其中最典型的物质是γ-谷维素，它占米糠油的1.5%～2.8%。目前生产高纯度反式阿魏酸的工业化方法就是在90℃～100℃下将谷维素用氢氧化钠或氢氧化钾水解8h，然后用硫酸将pH值调至酸性以沉淀出阿魏酸。

1．阿魏酸和对香豆酸提取工艺

（1）裂解法。

裂解法主要包括高温蒸煮、酸裂解法和碱裂解法。

采用高温蒸煮可以断裂麸皮中的部分化学键，使大部分阿魏酸低聚糖及阿魏酸游离出来。但是，其获得的主要是阿魏酸低聚糖，阿魏酸含量较低。

酸裂解法能水解麦麸，从而得到酚酸化合物，但高温酸性条件下的阿魏酸、对香豆酸、咖啡酸以及肉桂酸衍生物会发生分解，因此酸裂解法会降低阿魏酸提取率。

碱裂解法是利用强碱溶液让阿魏酸与木质素连接的酯键裂解从而达到分离阿魏酸的目的，此法受温度影响大于碱浓度对其的影响。但碱法提取阿魏酸后，留下大量废渣废液，如果不加以利用，将造成环境污染。并且，由于该法提取时间较长，过去仅用于分析细胞壁的阿魏酸含量。最近发现，通过提高提取温度，并加入适合的保护剂，能降低碱浓度和减少碱解时间，为碱解法的实际应用提供了可能。

（2）酶解法。

阿魏酸酯酶是可断裂阿魏酸与糖之间连接的酯键的一种酶，来源于真菌、细菌和酵母。采用单一酶法提取麦麸中的阿魏酸产率低，且在发酵过程中，微生物会分解再利用产物，因此用单一酶直接发酵麦麸生产阿魏酸的可行性较低。采用混合酶（多为阿魏酸酯酶和木聚糖酶）制备阿魏酸，利用多种酶的协同作用，提高阿魏酸产率，可避免直接发酵过程中微生物将产物再利用，但由于不同酶反应最适条件不相同，受外界环境影响较大，成本也较高。

目前，由于诸多因素，利用微生物发酵细胞壁物质如蔗渣、麦麸等制备阿魏酸仍未工业化，但对于阿魏酸酯酶的研究已有较大进展：筛选出了一批可高产阿魏酸酯酶的微生物；详细研究了阿魏酸酯酶的酶学特性；探讨了阿魏酸酯酶和多糖降解酶的协同作用；探讨了微生物产酶的影响因素和酶的工业化分离方法。

（3）酶碱协同提取法。

酶碱协同提取法提取阿魏酸，利用了碱法和酶法在工艺中的优势，大幅度提高了阿魏酸产率，并且此法提取的阿魏酸具有较好的抗油脂氧化能力和抑菌功能，但此法成本较高，操作复杂。

（4）其他方法。

超声辅助提取法是利用超声空化等性质，通过增大物质分子运动频率和速度，增加溶剂穿透力和扩散作用，从而加速溶剂浸润渗透阶段，促使解吸溶解阶段，增加扩散置换阶段，提高成分溶出速度和溶出次数，缩短提取时间的浸提方法。与传统提取法相比，其提取时间短，提取率高，并且采用低温提取有利于保护有效成分，不改变所提成分的化学结构。但超声辅助提取法噪声大，提取溶剂消耗量大，成本高。

超临界CO2流体萃取法被广泛应用于酚酸化合物的提取分离。其与微波提取法、索氏提取法以及超声辅助提取法相比，可以弥补提取时间长、溶剂消耗量大及成本高等缺点，既节约了成本，又减少了提取时间，大大提高了提取效率。但超临界CO2流体萃取法制得的阿魏酸中含有较多杂质（如挥发油），需进一步纯化。

2．阿魏酸和对香豆酸粗提物纯化工艺

阿魏酸和对香豆酸粗提物成分复杂，含杂质较多，因此确定合理高效的分离纯化方法和途径尤为重要。目前，阿魏酸和对香豆酸的纯化工艺主要是借鉴其在中药材中的纯化。

（1）大孔树脂吸附法。

大孔树脂吸附法主要是利用大孔树脂的吸附性和分子筛相结合的原理，分为吸附和解吸两个过程。此法与常用的萃取法相比，具有低成本、低毒性、操作安全等特点，但大孔树脂要进行预处理以及回收实验，导致其操作复杂烦琐，耗时较长，成本较高。

（2）离子交换法。

离子交换法是基于解离的不溶性固体物质与溶液接触时，与溶液中的离子发生离子交换反应，以离子交换树脂为固定相，以水或含水溶剂为流动相，从而使样品中的与离子交换基团相同电荷的离子被交换、吸附到柱子上，用适当流动相洗脱下来，而中性成分和具有与离子交换基团相反电荷的离子将不被交换，随流动相一起流出，达到分离目的。此法适用于酶解法样品的纯化，具有产品纯度高、低能耗、低成本、操作简单等优点，但其工艺流程较长，酸碱用量大，废水的排放污染环境。

（3）活性炭吸附法。

活性炭对植物中的某些酚酸类、糖类及氨基酸等成分具有良好的分离效果，其吸附作用在水溶液中最强，在有机相中较弱。粉末活性炭对阿魏酸的吸附能力高于颗粒活性炭，但其洗脱相当困难，需用高浓度的NaOH溶液才能将所吸附的阿魏酸完全洗脱。

（4）其他方法。

膜分离技术是利用具有选择透过性的薄膜，以压力差、电位差或浓度差为推动力，对多组分体系进行分离、分级、提纯或富集的新型分离技术，其中，超滤法和反渗透法适用于浓缩阿魏酸。此法与离子交换法相比，耗时较短，酸、碱用量少，膜相也能回收再利用。

结晶和重结晶法是利用混合物中各组分的溶解度性质，选择适当的溶剂，加热将固体溶解而制成饱和溶液，冷却析出晶体，使杂质全部或大部分留在溶液中（或被过滤除去），从而达到纯化的目的。此法操作简单、成本低，但受环境影响大。

二、绿原酸的制备

绿原酸又名1，3，4，5-四羟基环己烷羧酸-（3，4-二羟基肉桂酸酯）（结构如图1-7所示），分子式为C16H18O9，相对分子质量是354.30，主要分布于忍冬科、杜仲科、菊科及蔷薇科等植物。

1．绿原酸提取工艺

有机溶剂提取法和回流提取法是绿原酸常用的提取方式，随着现代科技的发展，现代分离技术如微波辅助提取法和吸附分离法等也逐步应用于绿原酸的提取。

（1）有机溶剂提取法。

有机溶剂提取法是工业化提取绿原酸的主要方法，多采用水和乙醇作为提取剂，根据提取和沉淀顺序的不同，可分为醇提水沉法和水提醇沉法。其中，水提醇沉法工艺产率高、操作简单、成本低，但杂质多；醇提水沉法产率较低，杂质少，但乙醇消耗多，必须回收乙醇以降低成本。相较于其他方法，有机溶剂提取法产率低，杂质多，损失大，时间长。

（2）回流提取法。

回流提取法是在有机溶剂提取法的基础上，采用回流加热装置使溶剂回流，提高了产率，缩短了时间，同时避免了提取过程中溶剂的挥发损失。但是，回流提取法溶剂消耗大，药液受热时间长，易使有效成分失活，且溶剂对环境存在污染。

（3）酶解提取法。

酶解提取法是利用酶制剂可以不同程度地降解植物细胞壁，使胞内有效成分最大限度地溶出，同时酶解可以较温和地将植物组织分解，保证了提取物的性质和结构的稳定。酶解提取法具有产率高、操作简单、污染少等优点，在绿原酸的提取分离中将得到广泛的应用。

（4）其他方法。

微波辅助提取法是利用高温高压促使高分子分解、加速化学键断裂和产生自由基等。此法在诸多方法中产率最高，提取时间最短。

超声波提取法是利用空化作用实现提取液局部高温、高压，加之超声波的机械扰动作用，加快了固液两相之间的传质过程，从而提高提取率，缩短提取时间。此法的产率较高，提取时间短，条件温和，是一种较好的方法。

匀浆提取法的原理是利用匀浆机在高压条件下的机械搅拌和液力剪切作用，将物料撕裂和粉碎，使植物的有效成分充分溶解在提取溶剂中，其产率高，提取快，适宜热敏物质的提取，可作为提取绿原酸的一种新方法。

2．绿原酸的纯化工艺

（1）有机溶剂萃取分离纯化法。

有机溶剂萃取分离纯化法是利用绿原酸和其他物质在溶剂中的不同溶解度，通过多次萃取达到富集纯化绿原酸的目的，此法通常需与其他分离方法配合应用，才能将绿原酸完全分离。该法操作方便、成本低、无污染，适合于产业化，但其产率低。

（2）吸附分离法。

吸附分离法是利用混合物中各组分与吸附剂之间结合力强弱的差别，使混合物中易吸附与难吸附组分实现分离。

大孔树脂吸附法利用大孔树脂对混合物中待分离物质具吸附作用和筛选作用，从而实现化合物的分离纯化，有速度快、使用周期长等优点，主要用于水溶性化合物的分离纯化。绿原酸作为水溶性有机酸，大孔树脂吸附法在绿原酸的提取分离纯化中将具有重要应用。

离子交换法是以离子交换树脂作为固定相，利用其在水溶液中与溶液中绿原酸离子进行可逆性交换性质，从而达到分离的目的。通过调节pH值使其以离子形态存在，再利用强酸性阳离子树脂或强碱性阴离子交换树脂对其进行吸附分离。此法具有吸附容量大、工艺操作简单、产品质量稳定、树脂可反复使用、生产成本低等优点，适于工业化生产，但生产周期长，树脂清洗困难。

凝胶色谱法是利用凝胶微孔分离分子大小不同的物质的一种技术。该法纯度高、操作简单，但成本高。

（3）膜分离法。

目前，微滤和超滤技术应用于绿原酸纯化。其中，超滤可有效除去中草药提取液中多糖、蛋白质大分子杂质，并且具有产率高、能耗低、无污染等优点，但该法操作烦琐，工业化生产成本高。

（4）其他方法。

金属离子沉淀法主要与水提工艺相结合，利用某些金属离子能与绿原酸等活性成分生成沉淀，其沉淀再用酸或盐洗涤而达到分离。

β-环糊精包合法利用具有特殊性能筒状化合物β-环糊精能与绿原酸形成包合从而达到分离。此法产率高、纯度较高、操作简便，并且β-环糊精可回收再利用，还能保护绿原酸的稳定性。

【思考题】

1．植物细胞壁中存在的主要酚酸种类有哪些？

2．简述阿魏酸的主要功能。

3．阿魏酸和对香豆酸的应用有哪些方面？

4．简述阿魏酸几种制备方法。