黃腐酸的界定和應(yīng)用中的問(wèn)題探討

張常書(shū)　張江川

（上海通微生物技術(shù)有限公司　上?！?01800）

摘　要：目前，我國(guó)黃腐酸和生化黃腐酸產(chǎn)品種類繁多、概念模糊、檢測(cè)困難，難以正確界定和識(shí)別。在推廣應(yīng)用上，對(duì)使用效果、使用方法等有些模糊不清，方向不明。本文就黃腐酸的界定、化學(xué)性質(zhì)、物質(zhì)特征、檢測(cè)原理、作用功能和應(yīng)用范圍等，提出了個(gè)人見(jiàn)解和初步認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞：黃腐酸　化學(xué)界定　物質(zhì)特征　應(yīng)用

Discussion on Definition of Fulvic Acid and Its Application Problems

Zhang Changshu, Zhang Jiangchuan

(Shanghai Tongwei Biological Technology Co., Ltd., Shanghai, 201800)

Abstract: Recently, there are a wide range of fulvic acid (FA)and biotechnology fulvic acid(BFA)products in China, it is inconvenience to correctly identified those FA or BFA products.Moreover, it is lack of accurately circumscription of FA and BFA.In terms of the apply of FA and BFA, it is vague about the usage result and how to use it.In this paper, the definition of FA, chemical properties, material characteristics, detection principle, function and application scope, puts forward personal opinions and the initial step of understanding.

Key words: fulvic acid; chemical definition; material characteristic; application

1　黃腐酸種類和物質(zhì)特征

1.1　黃腐酸

黃腐酸(Fulvic Acid，簡(jiǎn)稱FA)是指用化學(xué)方法，從含有黃腐酸的泥炭、褐煤或風(fēng)化煤等礦物質(zhì)中提取的，可溶于水，也可溶于酸的高活性物質(zhì)。因來(lái)自礦物原料，所以又叫礦源黃腐酸或煤炭黃腐酸(簡(jiǎn)稱MFA)；黃腐酸常規(guī)的提取方法是用“硫酸丙酮法”或“離子交換法”[1]，也可采用“堿溶酸析法”，利用pH差，絮凝棕黑腐酸后，收集提取黃腐酸。

我國(guó)含有黃腐酸的資源極少，河南鞏義、新疆哈密的黃腐酸都屬于高鈣鎂型，提取十分困難；其他地區(qū)如內(nèi)蒙古、云南、吉林、新疆等，也有少量的黃腐酸資源，但貯量和質(zhì)量極不穩(wěn)定，產(chǎn)量極微；為了加速黃腐酸的研發(fā)，也有采用化學(xué)改性方法，生產(chǎn)人造黃腐酸；這些黃腐酸都具有煤炭黃腐酸的基本化學(xué)特征和作用功能，一般用于農(nóng)牧業(yè)為主。

藥用黃腐酸是指可用于醫(yī)藥衛(wèi)生的黃腐酸，國(guó)家衛(wèi)生部有專門(mén)的標(biāo)準(zhǔn)，即“烏金口服液”標(biāo)準(zhǔn)(WS3-B-3367-98)，標(biāo)準(zhǔn)中E4/E6＞10，這是一個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，一般的黃腐酸都達(dá)不到。所以，黃腐酸因不同的應(yīng)用范圍，其標(biāo)準(zhǔn)和界定也不盡相同[2]。

黃腐酸的性質(zhì)和形成。泥炭、褐煤或風(fēng)化煤等礦物質(zhì)中，能被堿溶酸析的活性物質(zhì)，稱為腐植酸(Humic Acid，簡(jiǎn)稱HA)。腐植酸可分為黃腐酸、棕腐酸、黑腐酸3種。黃腐酸是腐植酸中分子量最小，活性官能團(tuán)最多，生物活性最高的一種腐植酸。但并非每種腐植酸中都含有黃腐酸，黃腐酸是腐植酸深度氧化或極度年輕化(尚未炭化縮合)的那部分水可溶物。因此，在某些被深度氧化的風(fēng)化煤或年輕的草炭或褐煤中有黃腐酸存在的可能。

1.2　生化黃腐酸

生化黃腐酸(Biotechnolgy Fulvic Acid，簡(jiǎn)稱BFA)是指用生物化學(xué)方法，從木屑、秸稈、有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)或其他生物質(zhì)中提取的類似礦源黃腐酸的物質(zhì)[3]，稱為BFA或生物腐植酸(BHA)。因生物腐植酸還可能含有黃、棕、黑3種腐植酸的混合物，所以簡(jiǎn)稱為BHA。

BFA的來(lái)源非常廣泛，曾將所有“生物質(zhì)”都定義在BFA或BHA的來(lái)源范圍，這是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。比如糖蜜廢液、味精廢液等也是生物質(zhì)，但其發(fā)酵產(chǎn)物，主要是糖類和氨基酸，它與黃腐酸類物質(zhì)有根本的區(qū)別，所以，不能視為BFA的來(lái)源物。目前，市場(chǎng)上流行的一些生化黃腐酸鉀(即黃鉀)，就是糖蜜酒精發(fā)酵廢液，主要含殘?zhí)呛蚇、P、K、Ca等多種無(wú)機(jī)鹽，對(duì)促進(jìn)作物生長(zhǎng)有一定效果，可以作為營(yíng)養(yǎng)有機(jī)質(zhì)使用，但畢竟不是黃腐酸類物質(zhì)，應(yīng)與MFA和BFA區(qū)別開(kāi)，不能混為一談。

2　黃腐酸的化學(xué)特征

2.1　核磁共振譜圖分析

現(xiàn)將幾種不同資源生產(chǎn)的MFA和BFA的13CNMR譜圖分別見(jiàn)圖1～圖3，其化學(xué)位移和歸屬比較見(jiàn)表1 [1]。

圖1　MFA和BFA的13C-NMR核磁共振譜圖

Fig.1 13C-NMR spectrogram of MFA and BFA from mines

圖2　糖蜜發(fā)酵BFA的13C-NMR譜圖

Fig.2 13C-NMR spectrogram of sugar fermentation residue BFA

圖3　秸稈發(fā)酵BFA的13C-NMR譜圖

Fig.3 13C-NMR spectrogram of straw fermentation BFA

表1　13C-NMR譜化學(xué)位移和歸屬比較

2.2　化學(xué)特征分析

圖1、表1及分析數(shù)據(jù)由復(fù)旦大學(xué)分析測(cè)試中心提供。根據(jù)13C-NMR核磁共振圖譜的化學(xué)位移和歸屬分析：腐植酸芳化度f(wàn)a在50%～60%[1]，黃腐酸和BFA的芳化度f(wàn)a約在30%～40%，糖蜜BFA芳化度f(wàn)a＜10%；MFA脂肪碳、環(huán)烷碳的含量，比 BFA少6%～14.27%；可見(jiàn)，MFA以苯環(huán)為主的芳香碳特征較顯著，這說(shuō)明BFA更接近植物原生態(tài)的化學(xué)結(jié)構(gòu)。因植物成煤過(guò)程中的HA縮合程度越高，其酸性基團(tuán)越少，芳化程度相應(yīng)提高，生理活性相對(duì)下降。

圖2、圖3是華東理工大學(xué)測(cè)試中心進(jìn)行的13C-NMR核磁共振圖譜分析?？梢钥闯?，糖蜜BFA幾乎全是碳水化合物，芳香羧酸僅占7.97%，秸稈BFA沒(méi)有發(fā)現(xiàn)芳香羧酸(生產(chǎn)工藝問(wèn)題)；牛糞BFA多屬含O、N的雜環(huán)，與MFA的13C-NMR譜圖有極明顯的區(qū)別。這說(shuō)明不同生產(chǎn)原料和工藝，其BFA產(chǎn)品的化學(xué)結(jié)構(gòu)和組分差異很大，而上海通微的BFA更接近MFA的化學(xué)特征。

3　黃腐酸的界定及檢測(cè)探討

3.1　煤炭黃腐酸

煤炭黃腐酸為黑褐色的晶狀粉末，pH 3～4，因酸性熱縮合，難以干燥。因此，市場(chǎng)上一般多是中性或偏堿的黃腐酸鹽；黃腐酸可溶于水，抗硬水能力強(qiáng)，酸性基團(tuán)高，可溶于pH＜2的酸，在pH 2～14的任何范圍均可溶，但對(duì)棕、黑腐酸而言，黃腐酸唯一特征是在pH＜2的酸性溶液中不絮凝沉淀，建議可以此作為MFA的界定標(biāo)準(zhǔn)。

國(guó)內(nèi)多年來(lái)用5%的HCl溶液界定MFA是否絮凝沉淀，用來(lái)界定是否黃腐酸。這一方法也是可行的，但未與國(guó)際接軌，且酸濃度偏高(pH值約1.5)，所測(cè)MFA范圍偏小。椐國(guó)外資料介紹，黃腐酸的檢測(cè)方法，是用pH 2的稀酸溶液處理后，不絮凝沉淀的有機(jī)物質(zhì)，經(jīng)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂吸附回收，所得重量(%)，即黃腐酸含量。這一方法比較合理，并與張常書(shū)提出的黃、棕、黑3種腐植酸的界定pH值方法相吻合[4]。因此，我們建議用pH 2是否絮凝沉淀，來(lái)界定黃腐酸比較合理，并與國(guó)際接軌。界定后，可用容量法、重量法或離子交換法定量黃腐酸；但容量法的炭系數(shù)難準(zhǔn)確(上海通微黃腐酸的炭系數(shù)為0.4，是黃腐酸炭含量實(shí)測(cè)結(jié)果)。因此，黃腐酸的測(cè)定最好還是用重量法。

3.2　生化黃腐酸

BFA一般是棕褐色粉末，pH5-6，全溶于水，抗硬水能力強(qiáng)，酸性基團(tuán)高，也可溶于pH＜2的酸和pH＞8的堿性溶液。但市場(chǎng)上的BFA種類很多，因產(chǎn)品來(lái)源、生產(chǎn)工藝和菌種之不同，而差異很大；有的根本不是黃腐酸的“糖蜜廢液”(含糖)“味精廢液”(含氨基酸)，也稱為BFA，這是不正確的。因?yàn)檫@類物質(zhì)不具備黃腐酸的基本化學(xué)特征，沒(méi)有或很少芳環(huán)或雜環(huán)結(jié)構(gòu)，沒(méi)有或很少羧基、羥基、酚羥基、醌基等活性官能團(tuán)，不具備黃腐酸的基本特征與和化學(xué)屬性，因此，不能稱為黃腐酸類物質(zhì)。這類物質(zhì)屬于水可溶性有機(jī)質(zhì)，價(jià)格很便利，也有一定效果，被很多人認(rèn)可，但不能與黃腐酸類物質(zhì)相提并論，混為一談。

BHA或BFA，是腐植酸類物質(zhì)的新生資源，但必須具備腐植酸的基本特征和功能，不能把糖蜜類、氨基酸、海藻酸、檸檬酸等有機(jī)酸都稱為腐植酸或BFA，這是不科學(xué)的模糊概念。糖不是腐植酸，也不是BFA。

BFA的檢測(cè)比較復(fù)雜，一是因?yàn)樵摦a(chǎn)品來(lái)源范圍廣，產(chǎn)品成分復(fù)雜，化學(xué)結(jié)構(gòu)難以檢測(cè)；二是該產(chǎn)品外觀形態(tài)似“黃腐酸”，水溶性好，理化指標(biāo)與黃腐酸相似，用常規(guī)容量法、重量法無(wú)法界定檢測(cè)。因此，我們建議BFA的檢測(cè)，首先要知道是來(lái)自什么原料，什么工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品，其主要成分是什么，然后用“核磁共振”確定芳香度范圍，芳香度在20%～30%以上的，類似腐植酸類物質(zhì)的，且pH＜2可溶的物質(zhì)，可稱為BFA；pH＞2可溶的物質(zhì)，可稱為BHA。但是，一般實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有上述檢測(cè)條件時(shí)，可采用糖度計(jì)或氨基酸測(cè)試儀，鑒別樣品是否含有較高的糖或氨基酸，是否可以“堿溶酸析”，以此將糖蜜和氨基酸廢液或干粉與黃腐酸區(qū)別開(kāi)來(lái)。經(jīng)過(guò)介定，如符合BFA定義的，可采用“容量法”或“重量法”測(cè)定其含量。上述所提“芳香度測(cè)定”，可做仲裁法使用。

4　黃腐酸的功能及應(yīng)用范圍

4.1　煤炭黃腐酸

煤炭黃腐酸在我國(guó)已有多年研究和各種較權(quán)威的試驗(yàn)報(bào)告，在農(nóng)業(yè)、畜牧獸醫(yī)、醫(yī)藥衛(wèi)生、水產(chǎn)養(yǎng)殖等很多方面的推廣應(yīng)用，都取得了顯著成效，特別是在黃腐酸抗旱保水、抗病抗逆、促根促長(zhǎng)、醫(yī)藥制劑、獸藥制劑等方面的應(yīng)用取得了公認(rèn)效果。因此，MFA是一種經(jīng)典的腐植酸，早就在李時(shí)珍的本草綱目中稱為“烏金”；在醫(yī)藥上稱為“烏金口服液”，可防治多種疾病；特別是在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，黃腐酸有顯著的促根促長(zhǎng)和抗病抗逆效果，被稱為天然植物激素；又因黃腐酸具有縮小葉片氣孔的張開(kāi)度，減少蒸藤失水，是一種優(yōu)良的抗旱劑；同時(shí)黃腐酸對(duì)多種作物病害有拮抗作用，并可提高作物的免疫力，因此黃腐酸還是良好的農(nóng)藥助劑或增效劑；我國(guó)還登記了多種黃腐酸農(nóng)藥制品[5]。

目前，國(guó)內(nèi)外都在推廣腐植酸水溶肥料，這是一種普惠人類的新型肥料，可以替代化肥，用于滴灌、沖施或葉面噴施，對(duì)節(jié)水節(jié)肥，改土防病，快速提苗，高產(chǎn)豐收，改善品質(zhì)等都具有重要作用；但腐植酸不抗硬水，我國(guó)南方低硬度水質(zhì)，腐植酸鉀，鈉水溶液，2～3小時(shí)后，即絮凝沉淀，作物根本不能吸收利用，即使施入土壤，更容易被土壤中的Ca、Mg、Fe等陽(yáng)離子固定，不能很好發(fā)揮腐植酸的作用；因此，水溶性腐植酸肥料，用黃腐酸替代腐植酸是必然趨勢(shì)；但是黃腐酸價(jià)格高，抗硬水也不理想，一般只能抗到100 mg/L的硬度，再高就會(huì)絮凝沉淀；因此，必須盡快研發(fā)一種能抗北方高硬水質(zhì)的黃腐酸。

為了解決這一問(wèn)題，上海通微生物技術(shù)公司用改性黃腐酸技術(shù)，可以大大提高黃腐酸抗硬水能力，可以抗到250mg/L，3小時(shí)內(nèi)黃腐酸不絮沉，為推廣腐植酸水溶肥料，解決腐植酸抗硬水問(wèn)題，找到了新的技術(shù)途徑。

4.2　生化黃腐酸或生物腐植酸

作為一種腐植酸類物質(zhì)的新生資源，是對(duì)煤炭腐植酸的重要補(bǔ)充，對(duì)生態(tài)農(nóng)業(yè)和有機(jī)農(nóng)業(yè)，都具有重要意義。但我們必須認(rèn)識(shí)到，煤炭黃腐酸與BFA或BHA，是有明顯區(qū)別的，二者不能相互代替，特別是在醫(yī)藥衛(wèi)生，畜牧獸醫(yī)，或人體保健方面，不能隨意用BFA代替煤炭黃腐酸，即使要研發(fā)應(yīng)用BFA，也必須進(jìn)行嚴(yán)格的生物試驗(yàn)和臨床試驗(yàn)，才能確認(rèn)，且必須確保安全可靠。

BFA或BHA在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究已有多年，其基本作用和效果值得肯定，特別是用作水溶性肥料，具有抗硬水不絮沉的優(yōu)良效果，有的產(chǎn)品(如上海通微BFA)，還含有一定量的吲哚酸、赤霉酸、脫落酸等天然激素類物質(zhì)，這是優(yōu)良的BFA，見(jiàn)圖4[6]。但BFA不能被pH＜2的酸(或2mol硫酸溶液)所沉淀，因此，農(nóng)業(yè)部《含腐植酸水溶肥料》標(biāo)準(zhǔn)，將BFA排除在腐植酸之外，并定性為有機(jī)質(zhì)，這對(duì)腐植酸人來(lái)說(shuō)也無(wú)可奈何。

由圖4可見(jiàn)，因各種生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)原料或發(fā)酵菌劑的不同，將直接對(duì)BFA物質(zhì)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品成分產(chǎn)生影響，其產(chǎn)物中的生理活性物質(zhì)差異也很顯著。所以，必須優(yōu)化生產(chǎn)原料、生產(chǎn)工藝和發(fā)酵菌劑，才能保證BFA的生理活性和產(chǎn)品質(zhì)量，否則就不能達(dá)到理想的使用效果。

最近，上海通微生物技術(shù)公司采用抗病型的哈茨木霉菌或綠色木霉[6]，對(duì)秸稈、木屑、酒糟等有機(jī)物進(jìn)行生物發(fā)酵，獲得一種抗病型的木霉BHA，可用作木霉腐植酸有機(jī)肥、生物肥和液體肥、土壤改良劑或修復(fù)劑、化肥農(nóng)藥增效劑或添加劑等(已申請(qǐng)專利)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該產(chǎn)品有良好的抗病促長(zhǎng)作用，特別是抗連作(重茬)病害和土傳病害，有明顯作用和效果[7]。主要對(duì)根腐病、立枯病、猝倒病、枯萎病、菌核病、炭疽病等真菌性病害，有較好防治效果。因此，BHA的開(kāi)發(fā)方向應(yīng)是注重原料，優(yōu)化菌種，定向發(fā)酵，才能更好地發(fā)揮BHA和BFA的多功能作用。

圖4　上海通微BFA產(chǎn)品中天然激素電泳譜圖分析

Fig.4 The electrophoresis spectrum analysis of natural hormone in biochemical fulvic acid from Shanghai Tongwei
注：根據(jù)譜圖測(cè)算分析，上海通微BFA(A型)產(chǎn)品中含有少量的ABA(脫落酸)、GA3(赤霉酸)，IAA(吲哚酸)的含量＝1213.400/286789.035＝0.423%；上海通微BFA(B型)產(chǎn)品中含有ABA(脫落酸)0.108%、GA3(赤霉酸)1.014%、IAA(吲哚酸)0.017%；上海通微BFA(B型)產(chǎn)品中 ABA、GA3和IAA含量較微小。

參考文獻(xiàn)

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（本文系該項(xiàng)研究成果的延續(xù)，希望大家討論。）