從米糠蠟中提取二十八烷醇和三十烷醇混合物

袁 莉,李曹慧,李立軍,周從山

(湖南理工學院 化學化工學院,湖南 岳陽 414006)

0 引言

米糠蠟是稻米谷物加工中的副產品,是由一系列高級脂肪醇和高級脂肪酸組成的無毒酯類混合物[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]. 米糠蠟大多數呈現為黃褐色的固體,主要組分為二十四烷醇、二十六烷醇、二十八烷醇、三十烷醇、三十二烷醇和相應的酯[5]. 二十八烷醇是脂肪族的長鏈一元伯醇之一,它作為促進機體新陳代謝[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得到全球范圍內的認可,在食品、藥品、化妝品等行業有著重要應用,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鏈一元伯醇之一,無毒. 一方面,三十烷醇可以作為植物生長調節劑,促進植物生長的速度和增加作物的產量[12,13]; 另一方面,它因具備抗癌和抑制血管內皮因子作用,在醫藥方面得到了一定程度的應用[14,15]. 這兩種高級脂肪醇具有較高的研究價值. 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,又對二十八烷醇和三十烷醇的產業化具有重要促進作用.

1 實驗部分

1.1 試劑

二十二烷,二十八烷醇,三十烷醇,甲苯,丙酮,環己烷,無水乙醇,氫氧化鈉,氫氧化鈣,無水氯化鈣,米糠蠟.

1.2 主要儀器和設備

氣質聯用色譜儀,乙酸乙酯皂化測定裝置,恒溫加熱磁力攪拌器,恒溫水浴鍋,循環水式多用真空泵.

1.3 實驗方法

1.3.1 產物檢測與分析

色譜柱為SH-I-5SiL 柱(30 m×0.250 mm×0.25 μm); 檢測器(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; 進樣方式為不分流進樣; 進樣量為2 μL; 載氣為高純氮氣,恒定流速為24 mL/min.

1.3.2 產物的定性和定量分析

采用內標法對產物進行定量分析. 測定組分與內標物峰面積之比,即可求出微量組分的含量.

內標溶液的配置: 準確稱量二十二烷12.5 mg,加入環己烷溶解,轉移至容量瓶中定容至500 mL,配制成0.025 mg/mL 的內標溶液.

標準溶液的配置: 準確稱量二十四烷醇、二十六烷醇、二十八烷標、三十烷醇和三十二烷醇標準品各2 mg,用移液管移取5 mL內標溶液,加熱震蕩溶解,過濾后注入氣相小瓶,取0.4 μL注入氣相色譜質譜聯用儀,測量標準品和內標物的峰面積.

樣品溶液的配置: 稱取樣品15～20 mg,移取5 mL 內標溶液,加熱震蕩溶解,過濾后注入氣相小瓶,取0.4 μL 注入氣相色譜質譜聯用儀,測量樣品和內標物的峰面積.

測定與計算公式為

其中Ai為所測組分峰面積,sA為內標物峰面積,iC為所測組分濃度、m為質量、C為濃度、V為體積.

1.4 高級脂肪醇的制備

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的高級脂肪酸和高級脂肪醇. 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2 ～3 h,將相應的脂肪酸轉化為鈣鹽,稍冷后靜置分層,取甲苯層(上層),降溫到30 ℃后,過濾,烘干,所得固體為粗制高級脂肪醇(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,用氣相色譜質譜聯用儀分析溶液中各高級脂肪醇的含量,測定二十四烷醇、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. 采用相同的方法測定各高級脂肪醇在不同溫度下,在其他溶劑(環己烷、無水乙醇、丙酮)中的溶解度.

1.6 粗品混合高級混合脂肪的純化實驗

(1)單溶劑的萃取

單溶劑萃取實驗所用溶劑和萃取溫度見表1.稱取粗品10.00g 于圓底燒瓶中,加入溶劑300mL,在相應的萃取溫度下攪拌回流5h.靜置,傾倒上層清液,冷卻結晶,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,在相應的萃取溫度下攪拌回流.5h 后靜置,傾倒上層清液,冷卻結晶,抽濾,濾餅烘干稱重.用氣相色譜質譜聯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,待冷卻結晶后抽濾,濾餅烘干稱重.

2 結果與討論

2.1 粗品混合高級脂肪醇的定性分析

二十八烷醇和三十烷醇的標準溶液色譜圖如圖2(a)所示.保留時間為4.824的峰為內標物二十二烷的峰,保留時間為16.515的峰為二十八烷醇的峰,保留時間為21.431的峰為三十烷醇的峰.皂化反應所得粗品混合高級脂肪醇的氣相色譜圖如圖2(b)所示.與圖2(a)對比發現,二十二烷、二十八烷醇和三十烷醇的保留時間分別為4.786、16.488、21.368,與標準品基本一致.

圖2 標準樣品和粗制高級脂肪醇氣相色譜

根據內標法計算粗品中高級脂肪醇的含量,結果見表2.

表2 粗品中混合高級脂肪醇含量

2.2 萃取溶劑的選擇

由于溶液處于過飽和狀態,每次取出溶劑后,可認為余下的溶劑與溶質之間已達到溶解平衡,可求出相應高級脂肪醇在各溶劑中的溶解度.高級脂肪醇的溶解度數據見表3和表4.可以看出,隨著溫度升高,各溶劑中高級脂肪醇的溶解度增大.其中甲苯效果最好,環己烷和丙酮次之,乙醇溶解較少.所以在選擇萃取溫度時,溫度越高,溶解度越大.萃取時的最高溫度要低于溶劑的沸點.

表3 二十八烷醇溶解度(單位:g)

2.3 溶劑提取工藝

根據內標對比法分別計算高級脂肪醇的含量.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的情況下較好地提取出了目標產物.如圖3(b)所示,環己烷提取得到的產品雜中雜質的含量與目標提取物的產量相近,說明選用環己烷作萃取劑效果不佳.如圖3(c)所示,乙醇提取出的產品中目標物的含量比甲苯和丙酮低,說明乙醇作萃取劑時目標產物含量太低.如圖3(d)所示,丙酮提取得到的產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%,但是雜質的含量也較高.

圖3 不同提取溶劑提取高級脂肪醇氣相色譜

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相比能較好地去除小分子雜質且保留目標產物.丙酮作萃取溶劑時目標產物的含量最高但是雜質也相對較高.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烷醇,產物中二十八烷醇和三十烷醇總含量高達94.90%,雜質峰基本上去除,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,說明丙酮/甲苯的綜合萃取可以有效地去除小分子量的雜質.不同溶劑提取高級脂肪醇含量見表5.

表5 不同溶劑提取高級脂肪醇含量

3 結束語

以米糠蠟為原料,用甲苯/氫氧化鈉溶液皂化水解,經過氯化鈣除酸,重結晶,獲得粗品混合高級脂肪醇,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,結果顯示,單溶劑萃取法中甲苯萃取法能去除小分子雜質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,但雜質并沒有得到好的去除. 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94.90%.