袁 莉,李曹慧,李立軍,周從山

(湖南理工學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院,湖南 岳陽(yáng) 414006)

0 引言

米糠蠟是稻米谷物加工中的副產(chǎn)品,是由一系列高級(jí)脂肪醇和高級(jí)脂肪酸組成的無(wú)毒酯類混合物[1,2].米糠中含有約16.5%的米糠油,米糠油中含有3%左右的米糠蠟. 工業(yè)上一般采用溶劑萃取法提取米糠中的米糠蠟[3,4]. 米糠蠟大多數(shù)呈現(xiàn)為黃褐色的固體,主要組分為二十四烷醇、二十六烷醇、二十八烷醇、三十烷醇、三十二烷醇和相應(yīng)的酯[5]. 二十八烷醇是脂肪族的長(zhǎng)鏈一元伯醇之一,它作為促進(jìn)機(jī)體新陳代謝[6,7]、降低血糖血脂[8,9]、改善心肌功能、消除疲勞、抗衰老等生理功能的物質(zhì)得到全球范圍內(nèi)的認(rèn)可,在食品、藥品、化妝品等行業(yè)有著重要應(yīng)用,還可以用于治療阿爾茨海默病[10,11]. 三十烷醇是自然界存在的脂肪族特長(zhǎng)鏈一元伯醇之一,無(wú)毒. 一方面,三十烷醇可以作為植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑,促進(jìn)植物生長(zhǎng)的速度和增加作物的產(chǎn)量[12,13]; 另一方面,它因具備抗癌和抑制血管內(nèi)皮因子作用,在醫(yī)藥方面得到了一定程度的應(yīng)用[14,15]. 這兩種高級(jí)脂肪醇具有較高的研究?jī)r(jià)值. 因此,研究從米糠蠟中提取二十八烷醇和三十烷醇,既可充分利用豐富的米糠資源,又對(duì)二十八烷醇和三十烷醇的產(chǎn)業(yè)化具有重要促進(jìn)作用.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑

二十二烷,二十八烷醇,三十烷醇,甲苯,丙酮,環(huán)己烷,無(wú)水乙醇,氫氧化鈉,氫氧化鈣,無(wú)水氯化鈣,米糠蠟.

1.2 主要儀器和設(shè)備

氣質(zhì)聯(lián)用色譜儀,乙酸乙酯皂化測(cè)定裝置,恒溫加熱磁力攪拌器,恒溫水浴鍋,循環(huán)水式多用真空泵.

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 產(chǎn)物檢測(cè)與分析

色譜柱為SH-I-5SiL 柱(30 m×0.250 mm×0.25 μm); 檢測(cè)器(FID)溫度為295 ℃; 程序升溫為265 ℃; 初始溫度為230 ℃,保存1 min,以20 ℃/min的速率升至280 ℃,保存20 min; 進(jìn)樣方式為不分流進(jìn)樣; 進(jìn)樣量為2 μL; 載氣為高純氮?dú)?恒定流速為24 mL/min.

1.3.2 產(chǎn)物的定性和定量分析

采用內(nèi)標(biāo)法對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行定量分析. 測(cè)定組分與內(nèi)標(biāo)物峰面積之比,即可求出微量組分的含量.

內(nèi)標(biāo)溶液的配置: 準(zhǔn)確稱量二十二烷12.5 mg,加入環(huán)己烷溶解,轉(zhuǎn)移至容量瓶中定容至500 mL,配制成0.025 mg/mL 的內(nèi)標(biāo)溶液.

標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置: 準(zhǔn)確稱量二十四烷醇、二十六烷醇、二十八烷標(biāo)、三十烷醇和三十二烷醇標(biāo)準(zhǔn)品各2 mg,用移液管移取5 mL內(nèi)標(biāo)溶液,加熱震蕩溶解,過(guò)濾后注入氣相小瓶,取0.4 μL注入氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀,測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)品和內(nèi)標(biāo)物的峰面積.

樣品溶液的配置: 稱取樣品15～20 mg,移取5 mL 內(nèi)標(biāo)溶液,加熱震蕩溶解,過(guò)濾后注入氣相小瓶,取0.4 μL 注入氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀,測(cè)量樣品和內(nèi)標(biāo)物的峰面積.

測(cè)定與計(jì)算公式為

其中Ai為所測(cè)組分峰面積,sA為內(nèi)標(biāo)物峰面積,iC為所測(cè)組分濃度、m為質(zhì)量、C為濃度、V為體積.

1.4 高級(jí)脂肪醇的制備

提取路線如圖1 所示. 加入50 mL 蒸餾水于圓底燒瓶中,6.00 g 氫氧化鈉,超聲震蕩使氫氧化鈉完全溶解,加入米糠蠟20.00 g 和50 mL 甲苯,于90 ℃下攪拌回流5 ～6 h,使米糠蠟中的酯水解為相應(yīng)的高級(jí)脂肪酸和高級(jí)脂肪醇. 稱取6.00 g 氯化鈣,加入10 mL 蒸餾水,震蕩溶解,加入到皂化后的物料中反應(yīng)2 ～3 h,將相應(yīng)的脂肪酸轉(zhuǎn)化為鈣鹽,稍冷后靜置分層,取甲苯層(上層),降溫到30 ℃后,過(guò)濾,烘干,所得固體為粗制高級(jí)脂肪醇(粗品),稱重.

圖1 米糠蠟皂化工藝流程

1.5 粗品混合高級(jí)脂肪醇的純化

將粗品2.00 g 溶于20 mL 甲苯中,在恒溫槽中加熱徹底溶解,依次降溫,在不同的溫度下采集析出固體后的溶液,用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分析溶液中各高級(jí)脂肪醇的含量,測(cè)定二十四烷醇、二十六烷醇、二十八烷醇、三十烷醇和三十二烷醇在不同溫度下在甲苯中的溶解度. 采用相同的方法測(cè)定各高級(jí)脂肪醇在不同溫度下,在其他溶劑(環(huán)己烷、無(wú)水乙醇、丙酮)中的溶解度.

1.6 粗品混合高級(jí)混合脂肪的純化實(shí)驗(yàn)

(1)單溶劑的萃取

單溶劑萃取實(shí)驗(yàn)所用溶劑和萃取溫度見(jiàn)表1.稱取粗品10.00g 于圓底燒瓶中,加入溶劑300mL,在相應(yīng)的萃取溫度下攪拌回流5h.靜置,傾倒上層清液,冷卻結(jié)晶,抽濾,濾餅烘干稱重.將得到的濾餅放入圓底燒瓶中,加入溶劑300mL,在相應(yīng)的萃取溫度下攪拌回流.5h 后靜置,傾倒上層清液,冷卻結(jié)晶,抽濾,濾餅烘干稱重.用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分析二次萃取后固體中二十三烷醇、二十六烷醇、二十八烷醇、三十烷醇和三十二烷醇的含量.

表1 單溶劑萃取溫度

(2)丙酮、甲苯的綜合提取

稱取粗品10.00g 于圓底燒瓶中,加入丙酮300mL,50℃攪拌回流5h,靜置,傾倒上層清液,冷卻結(jié)晶,抽濾,濾餅烘干稱重.取丙酮提取之后的固體,加入300mL 甲苯中,80℃攪拌回流5 h,靜置,傾倒上層清液,待冷卻結(jié)晶后抽濾,濾餅烘干稱重.

2 結(jié)果與討論

2.1 粗品混合高級(jí)脂肪醇的定性分析

二十八烷醇和三十烷醇的標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜圖如圖2(a)所示.保留時(shí)間為4.824的峰為內(nèi)標(biāo)物二十二烷的峰,保留時(shí)間為16.515的峰為二十八烷醇的峰,保留時(shí)間為21.431的峰為三十烷醇的峰.皂化反應(yīng)所得粗品混合高級(jí)脂肪醇的氣相色譜圖如圖2(b)所示.與圖2(a)對(duì)比發(fā)現(xiàn),二十二烷、二十八烷醇和三十烷醇的保留時(shí)間分別為4.786、16.488、21.368,與標(biāo)準(zhǔn)品基本一致.

圖2 標(biāo)準(zhǔn)樣品和粗制高級(jí)脂肪醇?xì)庀嗌V

根據(jù)內(nèi)標(biāo)法計(jì)算粗品中高級(jí)脂肪醇的含量,結(jié)果見(jiàn)表2.

表2 粗品中混合高級(jí)脂肪醇含量

2.2 萃取溶劑的選擇

由于溶液處于過(guò)飽和狀態(tài),每次取出溶劑后,可認(rèn)為余下的溶劑與溶質(zhì)之間已達(dá)到溶解平衡,可求出相應(yīng)高級(jí)脂肪醇在各溶劑中的溶解度.高級(jí)脂肪醇的溶解度數(shù)據(jù)見(jiàn)表3和表4.可以看出,隨著溫度升高,各溶劑中高級(jí)脂肪醇的溶解度增大.其中甲苯效果最好,環(huán)己烷和丙酮次之,乙醇溶解較少.所以在選擇萃取溫度時(shí),溫度越高,溶解度越大.萃取時(shí)的最高溫度要低于溶劑的沸點(diǎn).

表3 二十八烷醇溶解度(單位:g)

2.3 溶劑提取工藝

根據(jù)內(nèi)標(biāo)對(duì)比法分別計(jì)算高級(jí)脂肪醇的含量.粗品中二十八烷醇和三十烷醇的含量依次為20.26%和20.76%.如圖3(a)所示,甲苯提取在去除小分子雜質(zhì)的情況下較好地提取出了目標(biāo)產(chǎn)物.如圖3(b)所示,環(huán)己烷提取得到的產(chǎn)品雜中雜質(zhì)的含量與目標(biāo)提取物的產(chǎn)量相近,說(shuō)明選用環(huán)己烷作萃取劑效果不佳.如圖3(c)所示,乙醇提取出的產(chǎn)品中目標(biāo)物的含量比甲苯和丙酮低,說(shuō)明乙醇作萃取劑時(shí)目標(biāo)產(chǎn)物含量太低.如圖3(d)所示,丙酮提取得到的產(chǎn)品中有較高含量的二十八烷醇和三十烷醇,含量依次為30.65%和30.95%,但是雜質(zhì)的含量也較高.

圖3 不同提取溶劑提取高級(jí)脂肪醇?xì)庀嗌V

為了得到含量高并且純度也較高的二十八烷醇和三十二烷醇混合物,采取復(fù)合溶劑萃取法.在單溶劑萃取法中,用甲苯作萃取劑與其它溶劑作萃取劑時(shí)相比能較好地去除小分子雜質(zhì)且保留目標(biāo)產(chǎn)物.丙酮作萃取溶劑時(shí)目標(biāo)產(chǎn)物的含量最高但是雜質(zhì)也相對(duì)較高.所以采用丙酮和甲苯作萃取溶劑.丙酮/甲苯綜合提取能盡量除去其他雜質(zhì)烷醇,產(chǎn)物中二十八烷醇和三十烷醇總含量高達(dá)94.90%,雜質(zhì)峰基本上去除,效果最好.比較粗品和丙酮/甲苯綜合萃取法的氣相色譜圖(圖2(b)、圖3(e))可知,粗品中二十八烷醇和三十烷醇的含量較少,依次為20.26%和20.76%.丙酮/甲苯綜合提取后,二十八烷醇和三十烷醇的含量依次為46.20%和48.70%,含量明顯增加,且峰型更好,說(shuō)明丙酮/甲苯的綜合萃取可以有效地去除小分子量的雜質(zhì).不同溶劑提取高級(jí)脂肪醇含量見(jiàn)表5.

表5 不同溶劑提取高級(jí)脂肪醇含量

3 結(jié)束語(yǔ)

以米糠蠟為原料,用甲苯/氫氧化鈉溶液皂化水解,經(jīng)過(guò)氯化鈣除酸,重結(jié)晶,獲得粗品混合高級(jí)脂肪醇,其二十八烷醇、三十烷醇含量分別為20.26%、20.76%.

采用不同溶劑提取二十八烷醇和三十烷醇混合物,結(jié)果顯示,單溶劑萃取法中甲苯萃取法能去除小分子雜質(zhì)且保留二十八烷醇和三十烷醇,含量依次為25.14%和26.53%. 丙酮萃取法能得到30.65%的二十八烷醇和30.95%的三十烷醇,但雜質(zhì)并沒(méi)有得到好的去除. 所以采取丙酮/甲苯綜合萃取法,丙酮/甲苯綜合提取所得產(chǎn)物中二十八烷醇和三十烷醇的含量依次為46.20%、48.70%,總含量高達(dá)94.90%.