【摘要】为了制备分离苹果渣中多酚的纳米材料，通过改变甲基丙烯酸、乙二醇二甲基丙烯酸酯、偶氮二异丁腈和乙腈用量的试验，研究不同条件下甲基丙烯酸纳米材料的成型，结合苹果渣多酚提取液中多酚吸附试验，确定最佳多酚吸附量的纳米材料制备工艺。结果表明：甲基丙烯酸纳米材料的最佳制备工艺参数为甲基丙烯酸（MAA）2.5mmol、乙二醇二甲基丙烯酸酯（EDMA）2.5mmol、偶氮二异丁腈（AIBN）1mmol、乙腈 20mL，该条件下制备的纳米材料对多酚吸附量为 33.42 mg/g，解吸率为61.13％。

关键字：甲基丙烯酸 纳米材料 苹果渣多酚 分离

引言

2013 年我国苹果产量为 3968.3 万 t，占世界总产量的一半以上，其中约 20％用于果汁、苹果酒和果酱的制作 [1] 。苹果深加工过程中产生的副产物─苹果渣约占苹果总质量的 30％ [2] ，除少量用于燃料和饲料外，大量的都被浪费掉，而苹果渣中含有的多酚化合物，具有抗氧化、去除自由基、保护肝脏、改善消炎药副作用、抗菌、降低心血肝疾病、改善结肠炎和抑制病毒的作用[3 ∼10] 。因此，多酚物质有着广阔的市场前景，多酚物质的吸附分离技术研究报道也较多，但目前尚未见纳米材料应用于分离苹果渣多酚提取液中多酚的研究报道。

纳米材料具有高分子微球良好的表面特性、良好的分散性、小尺寸效应及广泛应用性，主要应用于药物载体释放、离子吸收、膜分离技术及人造牙齿[11 ∼ 15] 等诸多领域。目前纳米材料的合成方法主要有化学沉淀法、超临界法及离子交换法[16 ∼ 18] 等，化学沉淀法操作简单，把各反应物直接放入反应体系中，排除空气恒温水浴即可，但粒径分布较难掌握；超临界流体法对反应条件控制较严格，但制备的纳米材料大小均匀，比表面较小；而离子交换法则比较适用于金属类材料的制备。

本文利用化学沉淀法制备甲基丙烯酸纳米材料，较为系统地研究引发剂用量、甲基丙烯酸用量、交联剂用量和溶剂用量对甲基丙烯酸材料的合成影响，利用场发射扫描电镜观察材料成型，并对纳米材料吸附苹果果渣提取液中多酚的分离效果进行研究。确定甲基丙烯酸纳米材料的最佳制作参数，以期为苹果渣的综合利用提供参考 。

1 试验

1.1 材料与试剂苹果渣：苹果榨汁干燥制得的干渣。试剂：甲基丙烯酸（MAA，纯度 99％ 天津市科密欧化学试剂有限公司）、乙二醇二甲基丙烯酸酯（EDMA，作为交联剂纯度 98％ 阿拉丁试剂公司）、偶氮二异丁腈（AIBN 作为引发剂，上海试四赫维化工有限公司）、乙腈（色谱纯）、福林酚试剂（上海荔达生物科技有限公司）、没食子酸、无水乙醇、甲醇、无水 Na 2 CO 3 。

1.2 仪器与设备场发射扫描电镜 （S-4800型， 日本日立公司） 、数控超声波清洗器（KO-600BD 型，昆山市超声波仪器有限公司）、紫外分光光度计（UV-1700型，日本岛津）、恒温振荡器（SHA-C 型，国华电器有限公司）、赛洛捷克 MS-H-Pro 数显型磁力搅拌器、真空干燥箱（DZF-6051 型，上海精宏试 验 设 备 有 限 公 司 ） 、 高 速 冷 冻 离 心 机（HC-3018R， 安徽中科中佳科学仪器有限公司） 。

1.3 苹果渣多酚的超声波提取取 150g 苹果渣加入到 1L 体积分数 50％的乙醇的水溶液中， 避光静置12h 后， 按照 0.142W/g的功率进行超声波辅助提取， 超声波处理 45min，处理温度 40℃，对处理后提取液进行超滤，超滤后的提取液待测 [19] 。

1.4 多酚标准曲线的绘制及含量测定

1.4.1 多酚标准曲线的绘制分别准确吸取质量浓度为 100μg/mL 的没食子酸标准溶液 0，0.05，0.10，0.15，0.20，0.25，0.30mL 于 5mL 容量瓶中， 均以蒸馏水补至 2mL，加入 1mL 福林酚试剂，充分振荡后静置 3-4min，加入 10％的 Na 2 CO 3 溶液 1mL，充分振荡摇匀，蒸馏水定容至 5mL， 置于 25℃恒温水浴锅中静止反应 2h， 于波长 765nm 处分别测定吸光度值， 以多酚质量（μg）为横坐标，以吸光度为纵坐标绘制标准曲线 [20] 。

1.4.2 多酚提取液样品多酚含量的测定吸取苹果渣多酚提取液 10 倍稀释液于 5mL容量瓶中，测定其吸光度，以标准曲线计算样品多酚含量。

1.5 甲基丙烯酸纳米材料的成型筛选在 60℃条件下引发剂 AIBN分解为 2 个相同的活性自由基基团，该自由基作为初始自由基引发甲基丙烯酸（MAA）和交联剂 EDMA 中双链的打开，使得 2 种物质相互交联成球，从而得到所需要的表面含羧基的纳米微球，如图 1 所示。

1.5.1 引发剂偶氮二异丁腈对纳米材料成型向装有 20mL 乙腈溶液的 4 支试管中加入交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯 2.5mmol，甲基丙烯酸 2.5mmol，再分别加入引发剂偶氮二异丁腈0.25mmol、0.5mmol、1mmol 和 1.5mmol ，充分溶解混匀后，超声脱气 10min，再向每个试管中通入氩气 5min 以除净空气。

1.5.2 甲基丙烯酸对纳米材料成型向装有 20mL 乙腈溶液的试管中加入交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯 2.5mmol，引发剂偶氮二异丁腈 1mmol， 再分别加入甲基丙烯酸 0.5mmol、1.5mmol、2.5mmol、3.5mmol，充分溶解混匀后，超声脱气 10min，再向每个试管中通入氩气 5min以除净空气。

1.5.3 交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯对纳米材料成型向装有 20mL 乙腈溶液的试管中加入甲基丙烯酸 2.5mmol，引发剂偶氮二异丁腈 1mmol，再分 别 加 入 交 联 剂 乙 二 醇 二 甲 基 丙 烯 酸 酯0.5mmol、1.5mmol、2.5mmol、3.5mmol，充分溶解混匀后，超声脱气 10min，再向每个试管中通入氩气 5min 以除净空气。

1.5.4 溶剂乙腈对纳米材料成型向4个试管中分别固定加入1mmol引发剂偶氮二异丁腈，2.5mmol 甲基丙烯酸，2.5mmol 交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯，再向 4 个试管中分别加入 10mL、20mL、40mL、60mL 乙腈溶液，充分溶解混匀后，超声脱气 10min，再向每个试管中通入氩气 5min 以除净空气。将 1.5.1-1.5.4 中除净空气后的试管在 60℃恒温水浴中振荡 12h，反应后离心，所得纳米材料用甲醇清洗 3 次， 每次 3h 以除去未反应完全的物质，清洗后的材料在 60℃真空条件下干燥，干燥后的材料进行场发射扫描电镜观察试验与苹果渣多酚提取液中多酚吸附分离试验。

1.6 多酚吸附量称取各条件制备的纳米材料 10mg 于 100mL离心管中， 加入 10mL 稀释 10 倍的苹果渣多酚提取液，在恒温摇床上摇 3h，11000r/min 离心后取上清液 1mL 测定吸光度， 同时以未加纳米材料的10mL 多酚提取液做为空白对照，采用标准曲线法测定其多酚含量，按下式计算多酚吸附量 QQ =mQ Qr0式中 Q — 微纳米材料吸附量，mg/g Q 0 —多酚提取液多酚吸附前初始含量，mg Q r — 多酚提取液吸附后多酚含量， mg m — 为纳米材料用量，g。

1.7 甲基丙烯酸纳米材料对多酚的解吸试验选取分离效果最好的甲基丙烯酸纳米材料进行苹果渣提取液中多酚吸附分离试验， 步骤如 1.6节。吸附多酚物质后的甲基丙烯酸纳米材料分别用 4％ NaOH 溶液、1mol/L NaCl 溶液、70％乙醇溶液进行解吸试验。

2 结果与分析

2.1 标准曲线的绘制以多酚质量为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制多酚标准曲线如图 2 所示。由图 2 可知，多酚质量与吸光度呈正相关，曲线拟合度较好，回归方程为 y=0.0219x+0.007，相关系数 R 2 =0.9976， 说明多酚质量与吸光度具有良好的线性关系。

2.2 制备条件对甲基丙烯酸纳米材料成型的影响

2.2.1 引发剂偶氮二异丁腈在甲基丙烯酸 2.5mmol，乙二醇二甲基丙烯酸酯 2.5mmol，乙腈 20mL 的体系条件下，分别添加偶氮二异丁腈 0.25mmol、0.5mmol、1mmol 和1.5mmol， 对不同引发剂用量下制得的纳米材料进行场发射扫描电镜拍照，如图 3 所示。4 种不同引发剂用量下制备的纳米材料进行苹果渣多酚提引发剂 AIBN 分解温度为 60℃，在制备过程中随着 AIBN 用量增加，引发剂所提供的初始自由基浓度增加，加快了自由基聚合的速度。由图3 分析可知，偶氮二异丁腈的添加量对纳米材料的外貌尺寸影响不显著，当添加量为 0.25mmol~1.5mmol 时，纳米材料的分散性都较好。这可能是由于引发剂用量在 0.25mmol~1.5mmol 时，引发剂过饱和，导致聚合反应也处于饱和状态，所以制得的纳米材料分散性均较好。由图 4 可知，不同引发剂用量下制备的纳米材料对苹果渣多酚提取液中多酚吸附分离有一定影响，当偶氮二异丁腈添加量为 1mmol 时，纳米材料对多酚的吸附量最大，吸附质量比达到 2.51mg/g。

2.2.2 甲基丙烯酸在乙二醇二甲基丙烯酸酯 2.5mmol，偶氮二异丁腈 1mmol，乙腈 20mL 的体系条件下，分别添加甲基丙烯酸 0.5mmol、1.5mmol、2.5mmol、3.5mmol， 对不同甲基丙烯酸用量下制得的纳米材料进行场发射扫描电镜拍照，如图 5 所示。4 种不同甲基丙烯酸用量下制备的纳米材料进行苹果渣多酚提取液中多酚吸附分离试验结果如图 6 所示。甲基丙烯酸作为材料合成主体，随着甲基丙烯酸用量的增加，活性自由基的受体增多，聚合反应链变长，甲基丙烯酸材料的尺寸增加。由图5 可知， 甲基丙烯酸添加量在 0.5～2.5mmo 期间，制得的纳米材料由成型差、粘连严重，逐渐形成分散性较好的球形；当添加量到 3.5mmol 时，纳米材料成型又变得较差，相互间粘连严重。这可能是因为甲基丙烯酸添加量少时，聚合反应不完全；甲基丙烯酸添加量超过 2.5mmol 时，反而使反应链过长，尺寸变大且粘连。通过对比发现，当甲基丙烯酸添加量为 2.5mmol 时，纳米材料成型最好。由图 6 可知， 随着甲基丙烯酸添加量的增加，纳米材料的多酚分离量呈现先增加后减少的趋势，当甲基丙烯酸添加量为 2.5mmol 时，纳米材料对多酚的吸附量最大，吸附质量比达到 2.18mg/g。可能原因是甲基丙烯酸添加量为 2.5mmol时，纳米材料呈规则圆形，且分散性较好，具有较大的比表面积，有利于纳米材料表面的羧基与多酚的羟基结合。当添加量为 3.5mmol 时，虽然纳米材料具有更多的羧基基团，但是由于在此条件下材料成型较差且相互粘连，所以影响了材料的分离性能，反而导致分离多酚能力下降。

2.2.3 交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯在甲基丙烯酸 2.5mmol，偶氮二异丁腈1mmol，乙腈 20mL 的体系条件下，分别添加交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯 0.5mmol、1.5mmol、2.5mmol、3.5mmol，对不同交联剂用量下制得的纳米材料进行场发射扫描电镜拍照， 如图 7 所示。4 种不同交联剂下制备的纳米材料进行苹果渣多酚提取液中多酚吸附试验如图 8 所示。交联剂用量决定了材料的交联密度，一般交联剂的用量越大，材料的刚性越好，越有利于才球形材料的制备。由图 7 可知，4 种不同交联剂用量制得的材料都具有较好的形貌，都成规则圆形，且分散性良好。随着交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯添加量的增加纳米材料的尺寸先减小后增大，当乙二醇二甲基丙烯酸酯添加量为 1.5 和2.5mmol 时纳米材料尺寸较小。由图 8 可知，随着乙二醇二甲基丙烯酸酯添加量的增加，制得的纳米材料吸附多酚的量先增加再减小，这可能与纳米材料的大小有关，当交联剂用量为 0.5 和 3.5mmol 时，纳米材料尺寸较大，相对比表面积较小，与多酚中的羟基接触的概率较小；当交联剂用量为 1.5 和 3.5mmol 时，制得的纳米材料尺寸较小，比表面积较大，吸附量相对较高。比较而言，当交联剂添加量为2.5mmol 时，制得的纳米材料吸附多酚量最大，吸附质量比可达 2.37 mg/g。

2.2.4 溶剂乙腈在甲基丙烯酸 2.5mmol，偶氮二异丁腈1mmol，乙二醇二甲基丙烯酸酯 2.5mmol 的体系条件下，分别添加交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯0.5mmol、1.5mmol、2.5mmol、3.5mmol，对不同溶剂乙腈用量下制得的纳米材料进行场发射扫描电镜拍照，如图 9 所示。4 种不同乙腈用量下制备的纳米材料进行苹果渣多酚提取液中多酚吸附试验如图 10 所示。随着溶剂用量的增加，反应体系中的各制备物质浓度降低，粘度降低，形成的聚合物核之间相互碰撞的几率降低，导致纳米材料颗粒之间发生相互粘连的情况降低。由图 9 可知，当乙腈添加量为 10mL 时，体系不能提供充分的溶剂进行反应，导致自由基聚合不完全；当乙腈添加量为20mL 时，制得的纳米材料能够形成分散性较好的球形材料；当乙腈添加量为 40 和 60mL 时，制得的纳米材料成型则较差。因此，确定乙腈溶液用量 20mL 作为纳米材料较佳溶剂用量。由图 10 可知， 随着乙腈用量的增加， 制得的纳米材料吸附多酚的量先增加后减少，这是由于当乙腈用量为 20mL 时，制得的纳米材料尺寸小且粒径分布均匀； 乙腈用量为 40 和 60mL 时材料成型太差，所以分离效果不好。因此，乙腈用量为 20mL 时制得的纳米材料吸附多酚量最大，吸附质量比达到 1.91 mg/g。

2.3 甲基丙烯酸纳米材料吸附多酚的解吸试验在甲基丙烯酸 2.5mmol、乙二醇二甲基丙烯酸酯 2.5mmol、偶氮二异丁腈 1mmol、乙腈 20mL的最佳条件下制备纳米材料，制备的纳米材料对苹果渣多酚提取液中多酚的 最大吸附量为33.42mg。选取 4％NaOH 溶液、1 mol/L NaCl 溶液、70％乙醇溶液作为解吸液，对纳米材料吸附的多酚物质进行解吸试验，三者多酚解吸率分别为：61.13％、8.22％、18.55％,可能原因是碱性溶液中的氢氧根离子有助于破坏酚羟基与羧基的相互作用力，使得多酚容易从纳米材料上解吸下来。

3 结束语

试验利用自由基聚合原理制备表面含有羧基的甲基丙烯酸纳米材料，通过改变甲基丙烯酸、乙二醇二甲基丙烯酸酯、偶氮二异丁腈和乙腈的用量，研究不同条件下纳米材料的成型，以场发射扫描电镜观察为依据，结合苹果渣多酚提取液中多酚吸附试验，确定了不同条件下较佳吸附量的纳米材料制备工艺参数，即甲基丙烯酸2.5mmol、乙二醇二甲基丙烯酸酯 2.5mmol、偶氮二异丁腈 1mmol、乙腈 20mL。在较佳条件下制得的甲基丙烯酸纳米材料，对苹果渣多酚提取液中多酚的吸附量为 33.42 mg/g， 解吸率为 61.13％。在最佳条件下制备的甲基丙烯酸纳米材料颗粒均匀、比表面积较大且表面所含羧基较多，有利于羧基与苹果多酚羟基的结合，增加了多酚的吸附量。由此可见，甲基丙烯酸纳米材料吸附分离苹果渣多酚提取液中多酚的技术可行，有较好的应用价值。

参考文献1 于滨，吴茂玉，朱凤涛，等. 苹果渣综合利用研究进展[J].中国果菜,2012,12:31-34. 2 Grigoras C G., Destandau Emilie, Fougere Laetitia,et al. Evaluation of apple pomace extracts as a source ofbioactive compounds[J]. Industrial Crops and Products, 2013,49:794-804.3 Bellion P, Digles J,Will F,et al. Polyphenolic Apple extracts:effects of raw material and production method onantioxidant effectiveness and reduction of DNA damage in Caco-2 cells[J].Journal of Agricultural and FoodChemistry,2010,58(11): 6636-6642.4 Maria Mendoza-Wilson Ana, Eli Armenta-Vazquez Martin, Ivan Castro-Arredondo Sergio,et al. Potential ofpolyphenols from an aqueous extract of apple peel as inhibitors of free radicals:An experimental andcomputational study[J]. Journal of Molecular Structure, 2013,1035: 61-68.5 Yang Jingyu, Li Yan, Wang Fang, et al. Hepatoprotective effects of apple polyphenols on CCl4-induced acuteliver damage in mice[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2010,58(10):6525-31.6 Carrasco-Pozo C, Speisky H, Brunser O,et al. Apple peel polyphenols protect against gastrointestinal mucosaalterations induced by indomethacin in rats[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2011,59 （12） :6459-66.7 Fratianni F, Coppola R, Nazzaro F,et al. Phenolic composition and antimicrobial and antiquorum sensing activityof an ethanolic extract of peels from the apple cultivar Annurca[J]. Journal of Medicinal Food, 2011, 14(9):957-63.8 Zhao S, Bomser J, Joseph EL, et al. Intakes of apples or apple polyphenols decease plasma values for oxidizedlow-density lipoprotein/beta2-glycoprotein I complex[J]. Journal of Functional Foods, 2013, 59(1):493-497.9 D'Argenio G, Mazzone G, Tuccillo C,et al. Apple polyphenols extract (APE) improves colon damage in a ratmodel of colitis[J]. Digestive and Liver Disease, 2012,44(7):555-62.10 Alvarez AL, Melon S, Dalton KP, et al. Apple pomace, a by-product from the asturian cider industry, inhibitsherpes simplex virus types 1 and 2 in vitro replication: study of its mechanisms of action[J]. Journal of MedicinalFood, 2012, 15(6):581-587.11 Li Zhang,Xiuling Jiao,Dairong Chen,et al. γ -AlOOH Nanomaterials with Regular Shapes:HydrothermalFabrication[J]. European Journal of Inorganic Chemistry, 2011,34:5258–5264.12 E.Reverchon,R.Adami. Nanomaterials and supercriticalfluids[J]. Journal of Supercritical Fluids,2006,37(1):1–22.13 葛跃,杨连珍. 纳米材料的制备、特性及研究进展[J]. 科技信息, 2012,02:169+171.14 Pan T-Y, Lee C-F, Chu C-H. Synthesis and characteristics of poly(methacrylic acid-co-N-isopropylacrylamide)thermosensitive composite hollow latex particles and their application as drug carriers[J]. Journal of PolymerScience Part A: Polymer Chemistry，2013,51(24):5203-5214.15 Liang Y, Abdelrahman AI, Baranov V, et al. The release and extraction of lanthanide ions from metal-encodedpoly (styrene-co-methacrylic acid) microspheres[J]. Polymer，2012,53(4):998-1004.16 Ajiro H, Kamei D, Akashi M. Methacrylic acid and methyl methacrylate oligomers adsorbed to porous isotacticpoly(methyl methacrylate) ultrathin films and mechanistic studies of living template polymerization[J]. Journal ofPolymer Science Part A: Polymer Chemistry，2008,46(17):5879-5886.17 Solhi L, Atai M, Nodehi A, et al. A novel dentin bonding system containing poly(methacrylic acid) graftednanoclay: synthesis, characterization and properties[J]. Dent Mater，2012, 28(10):1041-1050.18 Brandon J.Beberwyck,Yogesh Surendranath, A.Paul Alivisatos. Cation exchange:a versatile tool fornanomaterials synthesis[J].The Journal of Physical Chemistry C，2013,117(39):19759−19770.19 Virot M,Tomao V,Le B C,et al. Towards the industrial production of antioxidants from food processingby-products with ultrasound-assisted extraction[J]. Ultrasonics Sonochemistry，2010,17(6) :1066-1074.20 岳亚楠,岳田利,袁亚宏. 超高压提取苹果渣中多酚的研究[J]. 西北农林科技大学学报：自然科学版，2013,41（3）:179-186.