劉兵　沈飛　萬忠民

摘要 [目的]研究天然腰果殼油脫羧的精制工藝。[方法]首先確立了以高效液相色譜（HPLC）分析腰果殼油各組分及含量的方法，之后進一步研究了腰果殼油脫羧的精制工藝。[結(jié)果]研究發(fā)現(xiàn)，腰果殼油的精制工藝適宜條件為：先以5 ℃/min升溫速率加熱至80 ℃，保持20 min，繼續(xù)以5 ℃/min升溫速率加熱至110 ℃，保持60 min，再以約1 ℃/min升溫速率緩慢升溫至165 ℃，保持20 min。將反應放大到800 g，精制腰果殼油的質(zhì)量收率可達86.0%，腰果酚總含量可達76.26%。[結(jié)論] 研究可為腰果殼油的加工生產(chǎn)提供參考。

關鍵詞 腰果殼油；脫羧；精制；腰果酚；高效液相色譜

中圖分類號 S609.9；TQ641 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）19-270-04

天然腰果殼油（CNSL）是從熱帶漆科植物腰果果實的殼中提取的深棕色黏稠液體，在早期的開發(fā)中，由于其強烈的刺激性及腐蝕性，曾一度被廢棄不用。隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)，CNSL主要成分為槚如酸（約90%），此外還含有10%強心酚和少量聚合物[1-2]。在工業(yè)萃取過程中，槚如酸會發(fā)生脫羧作用，生成腰果酚，其結(jié)構(gòu)為具有不飽和或飽和長碳鏈（-C15H25-31）的單苯酚衍生物，包含飽和、單烯、雙烯和三烯等組分（圖1）[3-5]。腰果酚因其資源豐富、價格低廉等因素，在涂料、橡膠[1]及表面活性劑等領域[6]，有著十分重要的開發(fā)應用價值，是極具發(fā)展前景的綠色化工原材料。近期的研究還表明，腰果殼油在醫(yī)藥[7]、生物復合材料[8]、抑菌[9]等領域具有潛在的應用前景。傳統(tǒng)腰果殼油的加工萃取反應溫度較高，所得精制腰果殼油黏度大，顏色深，后續(xù)蒸餾精制高純度腰果酚的成本較高，因此其應用受到限制。腰果殼油的精制過程主要反應見圖1。

筆者通過對比文獻報道的腰果殼油的定性定量分析方法，即GC-MS （氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)）[10-11]和HPLC-MS（ESI）（液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)、電噴霧質(zhì)譜）[12-14]，確定了適宜的分析條件，研究了天然腰果殼油脫羧的適宜工藝條件，為腰果殼油的加工生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料 天然腰果殼油及精制腰果殼油，越南產(chǎn)。Agilent 7890A氣相色譜儀，美國安捷倫公司；Agilent 5975C質(zhì)譜儀，美國安捷倫公司；Waters 1525液相色譜儀，美國沃特世公司。

1.2 方法

1.2.1 腰果殼油的精制。取一定量天然腰果殼油置于三口瓶中，安置冷凝管、干燥管和溫度計，加熱攪拌使天然腰果殼油發(fā)生脫羧反應，溫度逐漸升高至體系開始回流，保持一定時間。采用TLC（薄層色譜法）檢測樣品，PE（石油醚）∶AcOEt（乙酸乙酯）= 4∶1，并同天然腰果殼油和精制腰果殼油進行對比，直至腰果酸基本消失。反應結(jié)束后趁熱過濾，得到精制腰果殼油，計算質(zhì)量收率。

1.2.2 分析方法的建立。主要包括定量和定性兩方面，即GC-MS和HPLC-MS（ESI）。其中以色譜（GC或者HPLC，混合外標法）定量，以質(zhì)譜（EI或ESI）定性分析產(chǎn)物種類。

1.2.2.1 GC-MS分析。采用文獻[10-11]所報道的2種分析腰果酚的GC-MS方法。方法1[10]：Finnigan MAT 8230，GC/MS/DS聯(lián)用儀。GC參數(shù)：SE-54毛細管柱（20 m×0.25 mm），氣化室溫度：300 ℃，柱溫260 ℃。升溫速率4 ℃/min，載氣為He，線速度200 mm/min，分流比10∶1；MS參數(shù)： EI離子源，離子源溫度280 ℃。

方法2[11]：Finnigan VOYAGER GC/MS，進樣量0.2 μl。GC參數(shù)：柱溫210 ℃，保持3 min，以1 ℃/min 的升溫速率升至230 ℃，保持3 min，氣化室250 ℃，接口250 ℃；MS參數(shù)：EI離子源，電離電壓70 eV，掃描范圍35～600 amu，其優(yōu)選條件下的其總離子流圖實現(xiàn)了一定程度的分離。

1.2.2.2 HPLC-MS（ESI）分析。文獻[12-15]報道了腰果酚的HPLC分析技術(shù)。其中文獻[12]和[13]報道的方法為：色譜分析條件為C18反相鍵合硅膠色譜柱，流動相為甲醇，流量1.0 ml/min，柱溫25 ℃，二極管陣列（DAD）檢測器，紫外檢測波長為278 nm。4種腰果酚的出峰順序依次為三烯（4.180 min，C6H4OHC15H25）、二烯（4.644 min，C6H4OHC15H27）、單烯（5.286 min，C6H4OHC15H29）和飽和腰果酚（6.386 min， C6H4OHC15H31）。

文獻[14]采用類似的方法（紫外檢測波長為273 nm），結(jié)合電噴霧質(zhì)譜，得到了一種適宜的腰果酚HPLC-MS（ESI） 分析方法（圖2），其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ依次對應于三烯、二烯、單

烯和飽和腰果酚（圖2a），其分子量依次為298、300、302和304，對應的[M-H]-依次為297、299、301和303。

2 結(jié)果與分析

2.1 分析方法的建立 綜合文獻報道，得到GC-MS的優(yōu)化分析方法為：Agilent公司7890A氣相色譜儀及5975C質(zhì)譜儀聯(lián)用，HP-5毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），升溫程序：

210 ℃（1 min）10 ℃/min225 ℃（1 min）0.5 ℃/min237 ℃（1 min）5 ℃/min250 ℃（1 min）

，載氣為He，體積分數(shù)99.999%，流速1 ml/min，進樣口溫度250 ℃，離子源溫度230 ℃，四極桿溫度150 ℃，傳輸線溫度250 ℃， EI源電子能量70 eV，不分流，進樣量2.0 μl，掃描范圍45～450 amu。

圖3為天然腰果殼油和精制腰果殼油總離子流圖，均以甲醇溶解進樣分析。由圖3可以看出，即便在升溫速度非常慢的情況下（0.5 ℃/min），在HP-5柱上仍然不能實現(xiàn)天然腰果殼油中腰果酸的有效分離，也不能實現(xiàn)精制腰果殼油中腰果酚的有效分離。

天然腰果殼油中的腰果酸在GC-MS中會自動脫羧，其分子離子峰極弱，難以檢測，在譜圖中可顯示單烯（分子量302）和飽和的腰果酚（分子量304），但無法顯示其他二烯、三烯；從精制腰果殼油的GC-MS圖可以顯示單烯（分子量302），但無法顯示飽和的腰果酚及二烯、三烯。綜上，文獻報道的GC-MS方法并不適用于腰果殼油的檢測。

綜合文獻報道，采用精制腰果殼油為混合外標，以HPLC進行定性和定量分析，得到適宜的分析腰果酚含量的HPLC條件為：液相色譜儀為waters 1525，檢測器為2487紫外檢測器，色譜柱為Symmmetry C18 （5 μm，4.6×150 mm），流動相為甲醇，流速0.4 ml/min，進樣量20 μl，檢測波長273 nm，柱溫20 ℃，面積歸一法定量。參照文獻[12-13]，在圖4中，8.882 min處為三烯，即C6H4OHC15H25，相對含量為34.01%；10.070 min處為二烯，即C6H4OHC15H27，相對含量為13.60%；11.764 min處為單烯，即C6H4OHC15H29，相對含量為26.72%；15.300 min 處為飽和腰果酚，即C6H4OHC15H31，相對含量為2.00%。腰果酚總含量為76.33%。

綜上，HPLC是適宜的腰果殼油的檢測手段，確定以此為腰果殼油定量分析的方法。

2.2 腰果殼油的精制工藝

2.2.1 小試工藝。 初步優(yōu)化的試驗結(jié)果如下：取70.0 g天然腰果殼油置于三口瓶中，安置干燥管、溫度計，加熱攪拌使其發(fā)生脫羧反應；當體系溫度升至120 ℃時，有大量白霧及泡沫出現(xiàn)，隨后逐漸消失，在干燥管中有水分冷凝；溫度逐漸升高至165 ℃，保持1.0 h。采用TLC（PE∶AcOET=4∶1）檢測樣品，并同天然腰果殼油、精制腰果殼油進行對比，發(fā)現(xiàn)腰果酸基本消失，初步判斷產(chǎn)物與精制腰果殼油在黏度、色度上基本沒有差別。

進一步的試驗表明，延長反應時間有利于產(chǎn)品中羧酸的轉(zhuǎn)化，在160～170 ℃條件下反應3～4 h后體系黏度不再變化，可以判定脫羧反應基本進行完畢。延長反應時間，會使所得精油顏色加深，并且導致更多的聚合物的出現(xiàn)，降低反應的收率。

將反應液質(zhì)量提高到180 g，進一步優(yōu)化工藝為：以5 ℃/min升溫速率升溫至70 ℃，體系開始出現(xiàn)大量氣泡，保持30 min；待氣泡基本消失后，繼續(xù)以5 ℃/min升溫速率升溫至110 ℃，保持20 min；提高反應溫度至165 ℃，反應 4 h。反應結(jié)束后趁熱過濾，得到129.8 g精制腰果殼油（質(zhì)量收率為72.1%）。

試驗所得精制腰果殼油為深褐色澄清液體，由檢測結(jié)果（表1）可以看出，各項指標均滿足檢測規(guī)范，其黏度僅為93.8 cps，應用范圍廣泛。根據(jù)精制腰果殼油的HPLC譜圖（圖5）

可知，各組分含量依次為：三烯35.86%，二烯14.19%，單烯26.65%，飽和腰果酚2.25%，腰果酚總含量78.95%。

2.2.2 初步放大試驗。 以小試工藝為基礎，進行數(shù)次初步放大試驗，得到適宜的精制工藝為：將800 g天然腰果殼油邊攪拌邊加入1 000 ml三口瓶（在室溫低于10 ℃時，腰果酚較為黏稠，甚至為固態(tài)，應緩慢加熱使其融解），安置溫度計和冷凝管，并在冷凝管上安置緩沖瓶。以5 ℃/min升溫速率升溫至80 ℃，此時出現(xiàn)少量氣泡，保持20 min；繼續(xù)以5 ℃/min升溫速率升溫至110 ℃，此時出現(xiàn)大量氣泡（泡沫最大量約為1 000 ml），保持60 min（取試樣1）；以約1 ℃/min升溫速率緩慢（耗時約1 h）升溫至165 ℃，其間每隔20 min 取樣分析，樣品依次記為2、3、4。當物料溫度達到165 ℃時，繼續(xù)每隔20 min 取樣分析，依次記為5、6、…、16，共反應 4 h。反應結(jié)束后趁熱過濾，得到688.3 g精制腰果殼油（質(zhì)量收率為86.0%）。

試驗所得精制腰果殼油為深褐色澄清液體，由檢測結(jié)果（表2）可以看出，各項指標均滿足檢測規(guī)范。

腰果酚含量測定結(jié)果見表3，腰果酚總含量變化見圖6。當體系加熱到110 ℃并保持60 min后，體系中腰果酚含量為20.18%（試樣1）；提高溫度至165 ℃，其間每隔20 min取樣，當體系溫度為165 ℃時，體系中腰果酚的含量已經(jīng)高達66.73%（試樣4），相比試樣1提高了約46個百分點；在165 ℃下保持20 min后，體系中腰果酚含量提高到76.22%；進一步延長反應時間，體系中腰果酚的含量一直維持在76%左右，并沒有提高。由于延長反應時間會帶來腰果酚的氧化、聚合等諸多副反應，并且會極大地增加能耗，因此，當體系溫度達到165 ℃后，適宜的繼續(xù)加熱時間為20 min。綜上所述，得到優(yōu)化的精制工藝為：將天然腰果殼油邊攪拌邊加項目外觀水分∥% 密度（25 ℃）∥g/L灰分∥%黏度（25 ℃）∥cps腰果酚含量入三口瓶，冷凝管上安置緩沖瓶。以5 ℃/min升溫速率升溫至80 ℃，保持20 min；繼續(xù)以5 ℃/min升溫速率升溫至110 ℃，保持60 min；以約1 ℃/min升溫速率緩慢（耗時約1 h）升溫至165 ℃，保持20 min。

在此基礎上進一步放大，需考慮體系體積的增加帶來的攪拌不均勻、受熱不均等因素，可以適當延長加熱至165 ℃后的保溫時間，但不宜過久。

3 結(jié)論

試驗建立了以液相色譜分析精制腰果殼油成分的方法，腰果酚在液相色譜圖中出峰的順序依次為三烯、二烯、單烯和飽和腰果酚。

通過程序升溫的方式獲得了腰果殼油脫羧的精制工藝，即：先以5 ℃/min升溫速率加熱至80 ℃，保持20 min；繼續(xù)以5 ℃/min升溫速率加熱至110 ℃，保持60 min；以約1 ℃/min升溫速率緩慢升溫至165 ℃，保持20 min。精制腰果殼油的質(zhì)量收率可高達86.0%，腰果酚總含量為76.26%。

腰果殼油成分分析的方法及精制工藝的建立，可為工業(yè)生產(chǎn)提供重要的參考。

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