反式-乌头酸的生产与测定

介绍

乌头酸(aconitic acid)，又名丙烯-1，2，3-三羧酸，由于最初在乌头属植物(Aconitum napellus)中发现而得名，是甘蔗中丰富的有机酸之一。化学式C6H6O6，分子量174.108 g/mol，密度1.66 g/cm3，熔点194~195 ℃，在自然界中存在顺式(cis-aconitic acid，CAA)和反式(trans-aconitic acid，TAA)两种异构体。CAA与TAA分子结构的差异在于一位碳原子(C1)所在羧基基团(-COOH)朝向不同，若C1与C6所在-COOH位于不饱和双键(C2＝C3)同侧，则为顺式构象；若二者位于不饱和双键两侧，则为反式构象。CAA与TAA极性强，易溶于水和乙醇。它的外观为白色叶状或片状结晶，常温常压下性能稳定。反式-乌头酸作为一种抗氧化剂、增塑剂和润滑湿剂，主要用于工业有机合成中，除了参与核心代谢和用作食品添加剂外，它还具有杀线虫和抗水肿活性[1]。

反式-乌头酸

顺反异构体的差别

反式-乌头酸和顺式-乌头酸是两种几何异构体，它们的主要区别在于分子结构中的双键位置不同，导致它们的物理化学性质、稳定性、生物活性和应用领域有所差异。反式是自然界中主要存在的稳定形式，而顺式则是三羧酸循环中的一个中间产物。

生产

反式-乌头酸的生产主要通过工业化学合成途径，主要包括丙烷-1,1,2,3-四羧基化合物的皂化反应，脱氯化氢反应和对产生的丙烯四羧酸产物的硫酸酸化处理等步骤，整个流程会产生许多副产物，如异柠檬酸内酯。因此反应后续的纯化环节为生产增加了复杂度和成本，生产尚未实现工业化。而微生物发酵法是以糖类或淀粉类为原料，选用发酵菌株，如玉米黑粉菌、大肠杆菌、土曲霉、黑曲霉等合成产品。随着生物技术及基因工程的发展，微生物作为底盘生物来合成生产产品的研究大量展开，如何快速高效筛选高产的菌株成为亟待解决的问题[2,3]。

测定

目前，反式-乌头酸的测定方法有醋酐吡啶显色法、高效液相色谱（high performance liquid chromatography，HPLC）法等。然而醋酐吡啶显色法反应时间需要30 min，反应发热很高，且吡啶和醋酐都是有毒易燃易爆物质；HPLC法需要高压液相色谱设备并制备样品，无法实现在线快速检测；基于已有检测方法的缺陷，如果能够设计与其浓度相关的显色反应，便可实现其快速检测。基于其具有活泼的双键结构，可快速被高锰酸钾氧化，同时使高锰酸钾褪色，因此，可通过高锰酸钾颜色变化以分光光度法进行快速检测，目前，高锰酸钾分光光度法已经用于苯胺和维生素B1等的测定[4-7]。

反式-乌头酸是一种重要的有机化合物，选择一种适当简便的方法来测定其含量具有重要意义。基于它的分子中碳碳双键的还原性，利用其能与高锰酸钾发生氧化还原反应使高锰酸钾褪色的特点，详细探究其反应条件。为消除反式-乌头酸分子中-COOH解离释放的H+干扰，本研究中的显色反应确定在酸性条件下进行，选择低浓度硫酸作为反应介质控制酸度。在此基础上，建立高锰酸钾分光光度法测定发酵液中的浓度，以期为快速测定提供参考。

基于反式-乌头酸与高锰酸钾发生的氧化还原反应，建立了分光光度法测定反式乌头酸含量的方法。检测体系为2.0 g/L的高锰酸钾加入2.0 mL，含反式-乌头酸样品加入1 mL，50 µL 2 mol/L稀硫酸，摇匀，在35 ℃下反应8 min后，用去离子水定容至25 mL并摇匀。取1 mL于比色皿中，置于紫外-可见分光光度计上测定吸光度。以此检测方法进行试验，回收率可达98%~102%。综上，该方法可靠、灵敏度高、操作简单，适用于发酵液中反式乌头酸的快速检测[8]。

参考文献

[1]陈凡. 高粱蔗,甜高粱汁液中乌头酸的快速分析方法[J]. 甜菜糖业, 1982, (2):79-80.

[2]袁玥, 林佶. 超高效液相色谱-飞行时间质谱法定性定量检测乌头类植物中14种乌头生物碱及其代谢产物的含量[J]. 食品安全质量检测学报, 2018, 9(21): 5653-5658.

[3]杨静. 林业剩余物土曲霉发酵制备衣康酸的研究[D]. 北京: 中国林业科学研究院, 2018.

[4]王晓玲, 刘建波. 高锰酸钾褪色光度法测定盐酸氯丙嗪[J]. 广州化工, 2021, 49(20): 78-79, 93.

[5]曾少甫, 郭盼, 章凯倩, 等. 基于紫外-可见分光光度法测定食品接触橡胶中高锰酸钾消耗量[J]. 食品科学, 2022, 43(22): 334-340.

[6]桑宏庆, 陈守江, 蔡华珍, 等. 采用褪色光度法测定水中苯胺[J]. 食品与发酵工业, 2006, 32(5): 124-126.

[7]蔡卓, 黄富嵘, 梁信源, 等. 高锰酸钾分光光度法测定药片中维生素B1的含量[J]. 广西大学学报(自然科学版), 2009, 34(2): 172-174.

[8]董维璇,陈佳磊,徐泽宇,等.分光光度法快速测定反式乌头酸[J/OL].食品研究与开发,1-12[2024-11-01].