木醋液的制备及其应用研究进展

潘 琴，冮 洁，许英梅，邓海平，宋文俊

(1.大连民族大学 生命科学学院 生物技术与资源利用教育部重点实验室，辽宁 大连 116605；2.铜仁科学院梵净山生物资源研究所，贵州 铜仁 554300)

木醋液也叫植物酸、生物质热解液，是木材等生物质经干馏操作导出的蒸汽气体混合物经冷凝后得到的一种棕褐色液体[1]。美国、日本、韩国等国家在高附加值木醋液的研发领域[1]中处于领先地位。在美国木醋液主要应用于园艺和林业等方面。而日本对木醋液的应用最为普遍，每年大约生产5万吨，主要应用于促进作物生长、食品加工及医疗保健等方面。韩国则已经把精制木醋液用于医药。在国内，从1989年以来，延边学院和其他科研单位相继展开木醋液的应用研究，随着人们对环保的重视，木醋液开始在实际生产和生活中推广应用，现已主要作为土壤改良剂、植物生长调节剂、食品保鲜剂、饮料添加剂、饲料添加剂、环保型融雪剂、杀菌剂、抗菌消炎剂等，广泛应用在农林生产、环境保护、食品加工、畜牧业生产和医疗卫生等领域[2-4]。本文阐述木醋液的制备方法，详细介绍木醋液在农林业、畜牧业等方面的应用研究进展，为木醋液的进一步开发和利用提供参考。

1 木醋液的制备

1.1 木醋液的粗制

木醋液在热解过程中，会产生木炭、焦油和气体产物，气体产物经过冷凝和气液分离之后就可以获得棕褐色的木醋液，该木醋液为粗制木醋液。木醋液原料分布广泛易得，成本低，可以是不同的木材，也可以是稻壳、椰壳、秸秆等废弃物。木醋液成分复杂，主要成分是水，同时还含有有机酸类、醛类、酮类、醇类、酚类等多种有机化合物和少量无机物(Ca、Mg、Na、Fe)等[5-6]，主要成分见表1。

表1 不同生物质制得木醋液的主要成分

生物质运用现代技术通过热裂解制备的焦炭、生物油和生物燃气可运用于工业生产和生活所需，且生物油便于运输和储藏，是石油的理想替代品，但在裂解过程中，生物油会产生水，导致在冷凝后液体产物含水量较高，木醋液的制备工艺流程如下图1[14]。

图1 木醋液制备工艺流程图

根据热解温度和加热速率等操作条件的不同，热裂解可分为慢速、快速和闪速三种形式，并且在不同条件下其裂解产物的性质和组成也会有所不同[15]。王元等[16]研究了不同温度段核桃壳木醋液的组分分析及生物活性，结果发现在190～300 ℃条件下，木醋液组成成分中的总酸含量最高，约占21.57%，400～480 ℃、300～400 ℃、90～190 ℃中总酸含量依次减少，酸类和酚类是主要的酸性物质。

1.2 木醋液的精制

生物质经热解制备得到的粗木醋液是一种棕褐色液体，其中含有大量焦油及有害物质，需要精制后才可以被利用。木醋液的精制方法有很多，如静置法、蒸馏法、萃取法、分配法、组合法、活性炭吸附法、膜过滤法等，可根据不同的用途选择不同的精制方法。

1.2.1 静置法

将粗木醋液在容器中静置一段时间后，木醋液中的不稳定成分发生氧化、聚合作用而沉淀，进而出现分层现象，上层不稳定木醋液、中层有效木醋液和下层有毒木醋液。王海英[17]通过研究木醋液对植物的生长调节作用，发现木醋液至少要静置6个月以上才可以被使用。柏明娥[18]研究发现贮藏后竹醋液的总有机物减少、总酸含量降低而酸性增强。静置法操作简单、成本低，但是比较耗时。

1.2.2 蒸馏法

蒸馏法是利用混合物各成份沸点的不同对混合物进行分离的方法，分为常压蒸馏法和减压蒸馏法。

(1)常压蒸馏法。常压蒸馏法是指在蒸馏中首先将低沸点组分酸类与大量水一同蒸馏出来，然后再蒸馏出酚类等高沸点组分，最后反复蒸馏已蒸馏出的馏分，以便除去较多的焦油和不稳定化合物。许英梅等[19]研究发现蒸馏法可以去除原木醋液中的有害大分子，使颜色变浅，有机物的质量分数从17.16%减少到13.14%。此方法只能用于蒸馏粗分混合物。

(2)减压蒸馏法。减压蒸馏原理与常压蒸馏原理相似，不同点在于减压蒸馏可以通过调节加热温度和减压程度来有效促进目的成分的蒸馏分离。吴哲珠[20]认为典型的减压蒸馏方法是三步升温法，首先快速升温到98℃，蒸馏出有毒成分，然后慢慢升温到103℃，馏出有效成分，最后快速升温，收集高于103℃的馏分。胡福昌[21]进行了竹炭竹醋液烧制技术改进的研究，根据自己收集的资料以及借鉴降膜式蒸发技术，创造了一种能连续进行作业的减压蒸馏装置，除了效率高以外，理论上可以防止一些热敏物质在蒸馏中被破坏，为竹醋液的综合利用提供了很好的途径。

1.2.3 萃取法

张珊珊[22]通过采用pH梯度萃取法分离核桃壳木醋液原液中的不同酸性成分，发现乙酸乙酯对有机物的萃取效果较好，萃取物较多，其中以5%NaHCO3溶液萃取原液分离有机酸效果较好，所分离组分的有机酸含量较高，抑菌活性较强。戴妙琳[14]选用萃取剂MIBK、DIPE、EtAc和BD分别对乙酸、糠醛、苯酚、邻苯二酚、愈创木酚和2,6-二甲氧基苯酚进行萃取，结果发现，MIBK是最适萃取剂，并且萃取条件为酸性或偏中性时，能保证较大的分配系数，有利于萃取除酚。用于食品、化妆品、药品等方面的木醋液，要通过有机溶剂来精制，其目的是去掉木醋液中存在的甲醇、甲酸及一些引起皮肤刺激的强酸性物质和对生物体有毒的物质。

1.2.4 分配法

简单来说，就是通过改变木醋液的特性，把木醋液所含成分分成几组的方法，这是一种简单易行的方法。王海英等[23]采用分配法处理柞树木醋液，将其系统地划分为酸性物、酚类物和中性物，并利用GC-MS联用仪对酚类物质进行了分析，为柞树木醋液的成分分析提供了基础的实验数据。

1.2.5 组合法

通过简单精制单元的有机组合，可以达到分离木醋液中各组分的目的[24]。李占超[25]采用酸碱分配、蒸馏和低毒有机溶剂相结合的方法把木醋液分离成酸类提取物和酚类提取物。

1.2.6 活性炭吸附法

柏明娥等[26]研究了活性炭吸附法精制醋液，结果发现，活性炭用量越大，竹醋液pH值越大，但是吸光度、折光率、总酸和溶解焦糖含量降低。活性炭吸附法能够有效的去除焦油和有害杂质，但是由于选择性较差，也会使其他成分不同程度的减少，精制过程中的针对性不高。活性炭的吸附能力较强，因此用量不可太多，防止把所需的成分也吸附掉。

1.2.7 膜过滤法

许英梅等[19]利用膜过滤法处理松木醋液，发现膜过滤法可以去除有色有害物质，使颜色变浅，膜过滤法松木醋液有利于对苯酚和愈创木酚等酚类的富集。膜过滤法精制效果好，对于木醋液中的有机组分分离针对性好，但是存在操作复杂、费用较高的问题。

2 木醋液的应用

2.1 木醋液在农林业方面的应用

2.1.1 土壤改良剂

木醋液来自生物质，能降低土壤的含盐量。周红娟等[27]研究发现施用木醋液不仅可以提高土壤的酶活性，也能改善盐碱土化学性质。张航等[28]研究了木醋液对盐碱土及地表植被的作用，发现施加木醋液对梭梭、紫穗槐和甘草三种植物土壤有机质均有明显的增加，其中甘草的作用效果最显著。土壤的微生物生物量和酶活性是描述土壤质量的重要生物学指标，在高于木醋液稀释50倍的范围内，随稀释倍数的降低对土壤微生物生物量碳和氮的明显的促进作用，但超过50倍，土壤微生物生物量碳和氮有所降低[29]。

2.1.2 农药增效剂

木醋液能很好的溶解农药的药性成分，使生物农药达到减量增效作用。席新明等[31]研究木醋酸—沼液耦合对病虫害的防治效果，发现木醋酸与生物农药耦配施用对白粉病、蚜虫和红蜘蛛的防治效果分别为84.9%、96.5%、89.7%，木醋酸与生物农药(半量)耦配施用的防治效果分别为81.6%、96.2%、88.2%，略低于木醋酸与生物农药常量耦配施用的防治效果，但差异不显著，且与防治效果最高值比较也差异不显著，说明减施50%仍能达到高水平防治效果。

2.1.3 植物生长调节剂

木醋液作为一种新型的农业生产资料，能促进植物的生长，提高农作物的产量和品质。常青等[32]研究了木醋液对茄子种子发芽的促进作用，结果发现，适宜稀释倍数的木醋液浸种和木醋液浇灌对茄子种子有一定的促进作用，发芽势、发芽率和发芽指数增加，平均发芽天数减少。杨帆等[33]研究了木醋液对赤豆种子萌发及幼苗生长的影响，结果发现，木醋液浓度稀释3000倍处理对赤豆种子萌发和幼苗根的生长有一定的促进作用。董丽君等[34]通过研究不同浓度木醋液对蓝莓生长发育的影响，发现使用木醋能有效降低基质的pH，且稀释适宜倍数后可满足蓝莓对酸性条件的需求，50倍木醋液处理的蓝莓在色素含量、可溶性糖含量等方面优于其他处理。

人参皂苷是大家公认的人参主要活性成分，并以人参皂苷总含量和单体皂苷Rg1、Rb1和Re含量的高低作为质量评价指标。木醋液叶面喷洒人参对地下部的作用明显大于地上部，对根质量、根长、根粗和侧根数均有显著促进作用，并随稀释倍数的增加而该作用减弱，综合考虑各项指标以稀释200倍为效果最佳[35]。喷施不同浓度木醋液能提高烤烟上部烟叶色素含量，全氮含量及全钾含量，并以烤烟生长后期效果显著，适宜浓度的木醋液可提高烤烟还原糖、可溶性总糖含量及糖碱比，降低淀粉、烟碱含量，平衡烟叶内在化学成分，提高烟叶品质，以喷施稀释300倍木醋液效果最佳[36]。

2.1.4 食用菌生长促进剂

低浓度的木醋液加入食用菌的培养基中，对食用菌的菌丝体、子实体的生长有明显的促进作用，其最适作用浓度为0.01%～0.10%[37]。张海峰[38]等通过研究木醋液在平菇和香菇生产上的应用，发现添加适宜浓度的木醋液能促进菌丝生长，这是因为适宜浓度的木醋液中含有有机酸和酯类物质，两者通过协助纤维素酶分解纤维素，实现菌丝加速生长和产量提高。范冬如等[39]通过研究木醋液对羊肚菌液体培养菌丝生长的影响，发现当木醋液浓度为0.2%时，羊肚菌菌丝萌发速度较快，菌丝球及菌丝密度较大，且培养第8天时菌丝生物量大于其他处理组，比对照提高13.1%。

2.1.5 病虫害防治

智慧政府的概念来源于智慧城市，属于智慧城市的组成部分。关于智慧城市的概念，目前被学界普遍接受的定义为应用智能传感设备将城市公共设施等物联成网，并与互联网系统对接融合[1]，在此基础上，政府、企业和个人进行工作生活的创新应用，城市的各个关键系统和参与者进行和谐高效的协作，从而进化出新的城市形态。

马承惠[40]通过研究木醋与杀虫植物的活性物质，发现木醋液加狭叶荨麻制成的植物杀虫剂防治油松毛虫幼虫的效果最理想，达到100%。刘哲[41]通过研究木醋液对果园病虫的影响，发现木醋液与生物农药或与生物农药及沼液耦施后药效的释放潜力较大，增效作用明显。刘勇等[42]利用分子生物学技术研究桃炭疽病病原鉴定及木醋液防治，发现木醋液能较好地控制炭疽病危害，稀释300倍后对炭疽病病原菌的抑菌效果仍在70%以上，在桃园绿色防控上具有广阔的应用前景。木醋液对常见的北方根结线虫、花生根结线虫、南方根结线虫和爪哇根结线虫4种常见根结线虫具有较强的抑制作用,随着稀释倍数的增加，抑制作用减小，在一定时间内具有持效性[43]。

2.2 木醋液在畜牧业方面的应用

木醋液可以改善猪肉中有益于人体的脂肪酸和氨基酸含量，净化抗生素在体内的残留，可用于生产健康的肉质产品[44]。平安等[45]通过研究蛋鸡生产性能及蛋品质，发现蛋鸡饲料中添加0.5%～0.75%的木醋液可提高产蛋量，增加蛋白质和钙含量，有效提高鸡蛋产量及品质。木醋液能显著调高肉仔鸡的生产性能、酮体性能和肉质指标，促进蛋白合成及Ca的吸收，改善肠道菌群数量，肉仔鸡日粮中木醋液的最优添加量为0.25%[46]。

2.3 木醋液在环境方面的应用

2.3.1 堆肥和消臭

利用木醋液预处理青贮玉米秸秆，可以使玉米秸秆产气量提高54%，达到425.7 mL.g-1，厌氧发酵过程中pH值稳定在6.6～7.1之间，产气过程平稳，所产沼气中甲烷含量平均提高10%，甲烷含量最高达到56%[47]。孙天竹等[48]通过研究木醋液除臭工艺，发现木醋液中的乙酸可与氨气作用达到除臭效果，除臭效果在16 h内随作用时间延长而提高，16 h后趋于稳定。木醋液能有效改善养殖场环境，与粪便混合堆肥处理，既能杀死细菌，又能降解臭气，因此可以利用它对养殖场的粪便先进行高浓度木醋液处理以杀死有害菌，之后用低浓度处理来除臭(4%～6%)，最后回收粪便并接种真菌，用小于0.1%浓度木醋液处理粪便来生产食用真菌，苹果木醋液对畜禽粪便的臭气降解有明显的效果，在生产中最佳除臭混合比例为4%[49]。

2.3.2 环保型融雪剂

以木醋液为原料，可制备低成本的醋酸钙镁盐环保型融雪剂。此类融雪剂是替代高速公路除冰剂(氯化钠)而开发的一种新型环保型产品，对公路基础设施中的混凝土与金属的腐蚀性小，基本上对土壤和水源不造成污染，同时具有水溶性好，熔点低，可生物降解等优点，具有较好的经济效益和社会效益[50]。

2.3.3 污水处理剂

添加100万分之一的木醋液处理生活污水可使CODCR(化学需氧量)的去除效果提高10%，因此用木醋液处理污水既可节约成本，又可达到杀菌效果[51]。吕晶等[52]通过研究废弃物净化家庭生活污水的资源化利用，发现木炭对污水中COD去除率显著，为67.42%，具有较强的资源化利用性，是去除家庭生活污水中COD的理想材料。

2.4 木醋液在食品方面的应用

2.4.1 食品保鲜剂

木醋液中含有的酚类物质和酸类物质具有很好的抗氧化活性，是一种很好的食品保鲜剂。海参作为珍稀水产品，以其高营养性深得人群喜爱。然而因其高蛋白、高水分的特点使其极易腐败变质，影响贮藏货架期。肖水水等[53]研究了不同浓度木醋液对鲜活海参的保鲜效果，发现添加0.5%的木醋液，能够减缓海参感官品质的降低，将海参的pH值和水分含量控制在稳定的水平，同时能延缓TVB-N含量的增加，降低蛋白质的损失。因而初步判断0.5%的木醋液对延长鲜活海参贮藏期有一定效果。倪维龙[54]通过研究木醋液对寒公主桃的保鲜效果，发现5.0 g·L-1木醋液可降低寒公主桃的腐烂率，延缓其软化，降低寒公主桃本身水分的流失，抑制过氧化物酶活性，降低丙二醛的生成量，延缓桃子的衰老。

2.4.2 饮料添加剂

木醋液原液经过精制处理，除去甲醇、甲醛等有害物质，可作为健康饮料添加剂。它除了主成分醋酸外，另含有钙钾钠等矿物质及人体必需的微量元素，经医学实验及临床证明，可以强化肠胃，活化细胞机能，除去体脂肪，预防老化等。

2.5 木醋液在医疗卫生方面的应用

木醋液在医药上的应用主要是利用木醋液抗菌杀菌的作用，治疗由细菌、真菌等引起的疾病。木醋液的主要成分是醋酸或醇类，其具有软化角质、杀菌和消毒作用，木炭粒子有活化皮肤细胞的功能，可用于皮肤病的治疗，此外，动物试验还证实木醋液对肝脏具有解毒作用和缓解肝炎症状效果[55]。钱俊青等[56]采用二甲苯致小鼠耳肿胀法检测竹醋液和各馏分的抗炎活性，发现竹醋液具有抗炎活性，对竹醋功用开发具有积极意义。Lee等[57]研究发现，橡木醋液能够抗皮炎的机理主要是由于橡木醋液能使STAT3失活，从而抑制了上皮细胞的增殖。

2.6 木醋液在其他方面的应用

高方等[58]通过不同浓度的木醋液趋避剂涂干处理樟子松，发现不同浓度的木醋液趋避剂都能显著降低樟子松的被害率，综合考虑趋避效果和实用经济性条件，认定1:10稀释浓度的木醋液驱避剂在防治鼠害时能有最佳效果和经济性。

3 结 语

中国具有丰富的生物质资源，特别是可用秸秆、稻壳等农业废弃物作为木醋液原料，变废为宝，木醋液的开发利用在我国具有巨大的潜力。然而，木醋液的应用在国内还是多处于研究阶段，实际大量用于生产中的很少。木醋液作为一种低成本、无污染的可再生资源，应该得到广泛的应用。

本课题组正致力于将木醋液应用在食用菌栽培中。食用菌以高蛋白、高纤维、低脂肪特性被作为保健食品，其营养成分和价值对于促进人类健康具有重要意义，并且发展食用菌产业可促进农业经济的发展。近年来，我国食用菌的产量逐年增加。研究表明，较低浓度的木醋液对部分食用菌菌丝生长具有促进作用，但是都没能在生产栽培中得到进一步证实[59]。我们目前正通过液体培养和固体栽培的方式，研究木醋液对不同种类食用菌菌丝体生长和栽培出菇状况的影响，为木醋液在食用菌产业中的应用提供科学依据。