小麥秸稈木醋液成分及抑菌效果研究

張利亞 劉霞 張佩

摘要：通過低溫熱解小麥秸稈得到粗木醋液，再減壓蒸餾制得精制木醋液，采用氣相色譜-質譜聯用技術（GC-MS）對粗木醋液、精制木醋液進行成分分析。結果表明，精制木醋液成分種類減少，枯草芽孢桿菌、大腸桿菌、青枯雷爾氏菌、痤瘡丙酸桿菌、表皮葡萄球菌、草酸青霉菌等菌種的抑制試驗表明，粗木醋液和精制木醋液均有良好的抑菌效果，粗木醋液的抑菌能力比精制木醋液好。

關鍵詞：小麥秸稈;木醋液;GC-MS;成分分析;抑菌

中圖分類號：S188文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）18-0219-04

收稿日期：2019-10-18

作者簡介：張利亞（1971—），男，河南鄭州人，高級工程師，主要從事生物質綜合利用研究。E-mail：biocoal@126.com。

通信作者：劉?霞，碩士，主要從事生物質能源化利用技術相關研究。E-mail：285660187@qq.com。

木醋液是木材等生物質在高溫熱解時產生的煙氣冷凝后的液體，其主要成分是水、醋酸，還含有醇類、酸類、酚類等200多種有機物和鈣（Ca）、鐵（Fe）、鉀（K）、鈉（Na）、鎂（Mg）等微量元素[1-2]。木醋液成分種類復雜多樣，用途廣泛，經加工可作為天然酸度劑改良堿性土壤;其中的有機物小分子經過植物葉面細胞吸收，能合成酶、生長激素等，可為植物提供一定的物質基礎，因此可制成植物葉面肥[3];其中的酸性物質對家禽牲畜的食欲有刺激作用，有利于動物消化吸收，可作為動物飼料添加劑;此外，木醋液可與氨氣等臭氣發生反應，起到殺菌除臭的作用[4-5]。粗木醋液含有焦油和許多其他顆粒雜質等物質，需要精制后才能利用。精制木醋液含有有機酸類、酚類等有效成分，可應用于農業、醫藥、殺菌等[6-7]。

目前，對精制前后的小麥秸稈木醋液的抑菌活性方面的報道較少，尤其是對人體致病菌抑菌效果的研究。因此，本研究以小麥秸稈粗木醋液、精制木醋液為研究對象，分析其抑菌活性的變化，以期為木醋液的開發利用提供理論基礎。

1?材料與方法

1.1?木醋液的制備

小麥秸稈木醋液樣本采自河南省衛輝市。將干燥造粒好的小麥秸稈放入低溫炭化爐，于240 ℃、隔絕空氣的條件下熱解，產生的氣體利用冷凝裝置處理，收集煙氣的冷凝液即為粗木醋液。粗木醋液的精制采用減壓蒸餾裝置（1 000 mL），在真空度為0.09 MPa、回流比為2的條件下回收溫度為60 ℃以下的液體，得精制木醋液備用。

1.2?理化性能測試方法

試液密度采用密度瓶測定;pH值用ATC型號便攜式pH測試筆測定，測定精度為0.01;有機酸含量用0.1 mol/L NaOH標準溶液測定，并折算成醋酸的質量分數。

1.3?GC-MS測定方法

氣相色譜-質譜聯用技術（GC-MS）測定前將樣品進行除水處理：分別取各樣品5 mL，加入正己烷100 mL，再加入無水硫酸鎂干燥劑進行干燥，靜置12 h，抽濾，將濾液裝入進樣瓶中待測。

色譜條件：色譜柱為RTX-WAX石英毛細管柱（30 m×0.32 mm×0.25 μm）;色譜柱箱程序升溫至40 ℃保持4.5 min，以20 ℃/min升溫至120 ℃并保持18 min，再以60 ℃/min升溫至230 ℃并保持 18 min;以氦氣（99.999%）為載氣，流速為 1.54 mL/min。

質譜條件：電子轟擊離子源（EI）;電子能量 70 eV;傳輸線溫度230 ℃;離子源溫度200 ℃;檢測電壓0.85 kV;質量掃描范圍（m/z）30～500;溶劑截流：0.5 min;記錄1.0～55.0 min信號。

1.4?小麥秸稈木醋液的抑菌試驗

1.4.1?供試菌種與培養基

1.4.1.1?供試菌種?枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、大腸桿菌（Escherichia coli）、青枯雷爾氏菌（Ralstonia solanacearum）、痤瘡丙酸桿菌（Propionibacterium acnes）、表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）、草酸青霉（Penicillium oxalicum）。

1.4.1.2?培養基?牛肉膏蛋白胨培養基用于培養枯草芽孢桿菌、大腸桿菌、表皮葡萄球菌，馬鈴薯葡萄糖瓊脂（PDA）培養基用于培養青枯雷爾氏菌、草酸青霉，硫乙醇酸鹽培養基用于培養痤瘡丙酸桿菌。

1.4.2?菌懸液制備

將活化好的斜面菌種用 10 mL 無菌水沖洗至90 mL液體培養基中，置于振蕩培養箱（28 ℃、120 r/min）中培養36 h，用無菌水配成濃度為1×108 CFU/mL的菌懸液，待用。

1.4.3?試驗方法

（1）將直徑11 mm的濾紙浸泡于供試樣品和蒸餾水（對照）中，高壓滅菌、冷卻后備用。（2）用涂布方式分別轉接0.1 mL不同菌種的菌懸液于平板中，然后取3片已滅菌的濾紙片平鋪在培養基上，每組試驗作3個平行。痤瘡丙酸桿菌為厭氧菌，在轉接時應增加接種量（本試驗增加 0.3 mL 接種量），且在接種后密封保存。將平板正面向上，置于35 ℃培養箱中靜置培養，72 h后測量抑菌圈直徑。抑菌圈試驗判定標準：抑菌圈直徑>30 mm，高度抑制;20 mm<抑菌圈直徑≤30 mm，強抑制;15 mm<抑菌圈直徑≤20 mm，中度抑制;12 mm<抑菌圈直徑≤15 mm，弱抑制;≤12 mm不抑制。

2?結果與分析

2.1?粗木醋液和精制木醋液理化性能分析

如表1所示，精制木醋液在顏色和氣味上較粗木醋液均有較大改善，且密度、pH值、有機酸含量與粗木醋液相比也發生變化，這主要是因為減壓蒸餾后木醋液中的一些重組分——溶解焦油、粉塵顆粒等雜質均留在釜底液中，醋酸等輕組分被蒸餾出。

2.2?粗木醋液和精制木醋液成分分析

結合圖1、表2可以看出，粗木醋液的成分主要包括甲醇、 環戊醛、乙酸、丙酸、丁酸、5-甲基-2-糠醛、3-甲基-1，2-環戊二酮、愈創木酚、4-甲基-苯酚等17種物質。精制木醋液保留了醋酸等主要組分，去除了5-甲基-2-糠醛有害雜質，酚類減少了4-甲基苯酚、3-甲基苯酚、2，6，-二甲氧基苯酚、鄰苯二酚，保留了愈創木酚和2-甲氧基苯酚，其中愈創木酚具有很好的殺菌作用。

2.3?抑菌試驗

對粗木醋液和精制木醋液進行了抑菌試驗，由圖2、表3可以看出，粗木醋液、精制木醋液對試驗菌種均有一定的抑制作用。粗木醋液對枯草芽孢桿菌、大腸桿菌、青枯病病原菌、痤瘡丙酸桿菌、表皮葡萄球菌、草酸青霉的平均抑菌圈直徑分別為24.3、24.6、35.6、26.3、30.7、25.3 mm，高于精制木醋液的抑菌圈直徑20.0、18.3、34.0、20.4、23.6、18.3 mm。粗木醋液和精制木醋液均對青枯雷爾氏原菌表現出高度抑制，粗木醋液對表皮葡萄球菌也表現出高度抑制，對其余4種菌種表現為強抑制作用。精制木醋液對枯草芽孢桿菌、痤瘡丙酸桿菌、表皮葡萄球菌表現為強抑制作用，對大腸桿菌和草酸青霉表現為中度抑制作用。其中表皮葡萄球菌和痤瘡丙酸桿菌為人體致病菌，表皮葡萄球菌喜歡寄生在人體腳趾部位，分解腳部死皮等引起腳臭，痤瘡丙酸桿菌是引起青少年痤瘡的主要病菌。木醋液對這2種人體致病菌的強抑制作用，可為木醋液在化妝品、醫藥方面的進一步開發提供一定的理論基礎。

木醋液的主要成分是醋酸，醋酸也是生活中常用的殺菌物質，高海霞等研究表明，木醋液的抑菌活性可能是酸類和酚類的共同作用[8-9];王海英等研究表明，愈創木酚有抑菌作用[10]。通過減壓蒸餾處理的精制木醋液成分變化最大的是酚類，主要有4-甲基苯酚、3-甲基苯酚等酚類的減少和愈創木酚含量的下降，木醋液的抑菌活性也有所降低。因此，筆者推測木醋液的抑菌作用可能和酚類有關，并猜測愈創木酚含量降低可能是精制木醋液抑菌活性下降的一個主要原因，具體原因還需要進一步試驗研究。綜上所述，通過減壓蒸餾法處理的精制木醋液，可以改善木醋液的外觀，提高木醋液被接受的程度，但是減壓蒸餾也會造成木醋液部分有效成分的丟失，對木醋液的抑菌效果產生一定的影響。因此，如何最大程度地兼顧木醋液的外觀和抑菌效果，還需要進一步的研究。

3?結論

小麥秸稈粗木醋液和精制木醋液的成分分析結果表明，精制木醋液成分減少，特別是酚類物質減少較多。抑菌活性研究結果表明，精制木醋液抑菌活性不如粗木醋液， 表明木醋液的抑菌作用和酚類有很大關系，其中愈創木酚很可能是主要的抑菌成分。木醋液對枯草芽孢桿菌、大腸桿菌、青枯雷爾氏菌、痤瘡丙酸桿菌、表皮葡萄球菌、草酸青霉有良好的抑菌性，表明其具有廣譜抗菌性。因此木醋液在農業、醫藥方面有很大的研究前景，特別是在人體醫藥上的潛力，可為木醋液的研發提供新的方向。

參考文獻：

[1]閆?鈺，陸鑫達，李戀卿，等. 秸稈熱裂解木醋液成分及其對辣椒生長及品質的影響[J]. 南京農業大學學報，2011，34（5）：58-62.

[2]陳?萍，朱洪吉，王建剛. 氣相色譜質譜法測定木醋液飲料中化學成分[J]. 食品研究與開發，2016，37（15）：183-185.

[3]席新明，邱?凌，邱洪臣，等. 木醋酸-沼液耦合噴施對蘋果樹病蟲害的防治效果[J]. 江蘇農業科學，2019，47（4）：101-103.

[4]文春波，錢發軍，任?杰. 河南省秸稈資源綜合利用現狀與對策[J]. 現代農業科技，2011（8）：247-248.

[5]薛桂新，黃世臣，宋益冬. 木醋液對桃黑根霉抑菌作用和對久保桃保鮮效果的研究[J]. 延邊大學農學學報，2013，35（2）：123-130.

[6]Yatagai M，Nishimoto M，Hori K，et al. Termiticidal activity of wood vinegar，its components and their homologues[J]. Journal of Wood Science，2002，48（4）：338-342.

[7]Wu Q M，Zhang S Y，Hou B X，et al. Study on the preparation of wood vinegar from biomass residues bycarbonization process[J]. Bioresource Technology，2015，179：98-103.

[8]高海霞，蘇印泉，張?強，等. 杜仲葉林枝木醋液化學成分及抑菌活性研究[J]. 西北植物學報，2011，31（10）：2106-2112.

[9]尉?芹，馬希漢，鄭?滔. 核桃殼木醋液的制取、成分分析及抑菌試驗[J]. 農業工程學報，2008，24（7）：276-279.

[10]王海英，楊國亭，任廣英，等. 精制蒙古櫟和雜木木醋液的抑菌活性成分分析[J]. 廣東化工，2012，39（11）：14-15.