超臨界CO₂萃取甘蔗濾泥中高級(jí)脂肪醇

郭海蓉，宋寧寧，陳趕林，麻少瑩

(1.廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院，廣西南寧 530004;2.中國(guó)輕工業(yè)西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，陜西西安 710048;3.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院，廣西南寧 530007)

超臨界CO萃取甘蔗濾泥中高級(jí)脂肪醇

郭海蓉1，宋寧寧2，陳趕林3，麻少瑩1

(1.廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院，廣西南寧 530004;2.中國(guó)輕工業(yè)西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，陜西西安 710048;3.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院，廣西南寧 530007)

采用超臨界CO2萃取甘蔗濾泥中高級(jí)脂肪醇，為甘蔗天然活性成分無(wú)污染提取分離提供參考。實(shí)驗(yàn)確定了超臨界CO2萃取最佳工藝條件為萃取壓力30MPa，萃取溫度50℃，萃取時(shí)間6h，物料粒度為20目，此時(shí)高級(jí)脂肪醇萃取率為2.30%。通過(guò)GC－MS定性定量分析，萃取物中含量最高為二十八烷醇，為47.8%～62.5%。實(shí)驗(yàn)提取的產(chǎn)物無(wú)溶劑殘留，主要功效成分含量也較高，具有較好的研究意義。

超臨界CO2萃取，高級(jí)脂肪醇，二十八烷醇，甘蔗濾泥

甘蔗表皮含有0.18%～0.26%的類脂物，由蠟狀類脂物和脂肪狀類脂物組成，在甘蔗壓榨制糖過(guò)程中，約60%類脂物殘留于蔗渣，40%沉積于濾泥。蠟狀類脂物主要為蔗蠟，含有酯、游離酸、醇等。脂肪狀類脂物主要為蔗脂，含有油脂、甾醇類、酯類等［1］。類脂物含有許多價(jià)值很高的天然活性高級(jí)醇，如二十八烷醇、三十烷醇等高級(jí)脂肪醇。高碳脂肪醇混合物可用來(lái)治療血膽固醇過(guò)多癥和動(dòng)脈粥樣硬化并發(fā)癥［2］。單組分二十八烷醇是天然多功能的生理活性物質(zhì)，具有提高反應(yīng)靈敏性、降低高膽固醇等功效［3］。目前，國(guó)內(nèi)外采用不同的方法從甘蔗中萃取高級(jí)脂肪醇，得率不一。如用溶劑法制備高級(jí)脂肪醇，純度達(dá) 90.7%，其中C22－C30飽和醇含量達(dá)40.5%［4］。采用溶劑與LiAlH4催化還原相結(jié)合方法，C24－C32飽和醇含量達(dá)72.0%［5］。用酯交換法提取高級(jí)脂肪醇，得率為16.75%～17.34%，其中二十八烷醇含量為67.09%［6］。采用柱層析純化分離甘蔗蠟中天然活性高級(jí)醇，主要成分為C22－C30偶碳脂肪醇，其中二十八烷醇含量最高，為63.92%～74.12%［7］。采用混合溶劑和超聲波輔助提取甘蔗皮渣中蔗蠟脂產(chǎn)物，主要成分為C22－C30的偶碳脂肪醇類，其中C28脂肪醇含量最高，為50.34%［8］。利用超臨界CO2流體技術(shù)提取甘蔗皮渣中甘蔗天然活性高級(jí)醇，萃取物主要成分為C22－C30偶碳高級(jí)脂肪醇，其中二十八烷醇含量最高，達(dá)45%左右［9］。本實(shí)驗(yàn)以亞硫酸法糖廠的濾泥為原料 采用超臨界2萃取技術(shù) 直接從干燥粉碎的濾泥中提取高級(jí)脂肪醇，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探討最佳萃取工藝條件，并采用GC－MS分析，得出萃取物中主要成分及含量，為高級(jí)脂肪醇的制備及純化提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

甘蔗濾泥 取自廣西上思亞硫酸法糖廠新鮮濾泥;其它試劑 均為國(guó)產(chǎn)分析純;HL－(2+1)L/50MPa－IIBQ型超臨界流體萃取裝置 杭州華黎泵業(yè)有限公司;電動(dòng)植物粉碎機(jī) 上海微型電機(jī)廠;DHG－9053A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海精密實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;HH.S21－6型電熱恒溫水浴鍋 北京長(zhǎng)安科學(xué)儀器廠;精密電子天平(感量0.001g) 日本AND;RE52－98旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 超臨界CO2萃取 取亞硫酸法糖廠的新鮮濕濾泥，于55～60℃干燥至水份5%～10%，并粉碎成粉末狀，用篩網(wǎng)將粉末分級(jí)。稱一定量的干燥濾泥原料置于超臨界萃取釜中，設(shè)定參數(shù)，靜態(tài)萃取1h，再進(jìn)行動(dòng)態(tài)萃取。萃取完畢后，用無(wú)水乙醇沖洗萃取釜內(nèi)壁，揮發(fā)無(wú)水乙醇等殘留溶劑，干燥得到高級(jí)脂肪醇產(chǎn)品，稱重即為萃取量，計(jì)算萃取率。

1.2.2 高級(jí)醇的乙?；幚?準(zhǔn)確取2.0g甘蔗天然活性萃取物置于容器(100mL)中，加入30mL乙?；噭?5℃回流1h，依次加入約50mL苯和50mL蒸餾水。振蕩搖勻，靜置后再搖勻，分層分液，得到上層為苯層，再加入約50mL苯和50mL蒸餾水洗滌，振蕩搖勻，靜置后再搖勻，分層分液，此操作連續(xù)三次。所得苯層加無(wú)水硫酸鈉干燥，過(guò)濾，濃縮至約5mL，用于甘蔗活性成分萃取物的GC－MS分析用［5］。

MS條件:EI離子源(70Ev)，電子倍增器電壓1.5kV，離子源溫度為 230℃，MS四極桿溫度為150℃，溶劑延遲3.00min，全掃描30～800amu。

1.3 工藝流程

以甘蔗糖廠濾泥為原料，干燥粉碎后置于萃取釜中超臨界CO2萃取，工藝流程見圖1。

1.4 高級(jí)脂肪醇萃取率計(jì)算

萃取率(%)=(萃取產(chǎn)物質(zhì)量/原料質(zhì)量)×100%

式中:當(dāng)用超臨界CO2萃取足夠長(zhǎng)的時(shí)間時(shí)，近似看成濾泥中的萃取產(chǎn)物被完全的萃取得到，即得到的萃取產(chǎn)物質(zhì)量即為完全萃取得到萃取產(chǎn)物質(zhì)量。本實(shí)驗(yàn)中，將利用超臨界CO2萃取12h得到的萃取產(chǎn)物質(zhì)量看成是完全萃取得到萃取產(chǎn)物質(zhì)量。

圖1 濾泥功效成分的超臨界CO2萃取工藝流程

2 結(jié)果與分析

2.1 萃取壓力對(duì)萃取率的影響

設(shè)定萃取溫度50℃，分離壓力6MPa，分離溫度30℃，萃取時(shí)間4h，萃取釜體積1L，物料粒度60目，考察萃取壓力 20、25、30、35、40MPa 對(duì)萃取率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 萃取壓力對(duì)萃取率的影響

從圖2可以看出，萃取壓力從20MPa升高到30MPa時(shí)，隨著萃取壓力的增大，萃取率逐漸增大，且萃取物的顏色也逐漸加深，萃取率可達(dá)2.30%。這是因?yàn)闇囟纫欢〞r(shí)，超臨界CO2的溶解能力隨著萃取壓力的升高而增強(qiáng)，萃取率也逐漸增大。當(dāng)壓力超過(guò)30MPa時(shí)，萃取率有所下降。原因是在高壓下，CO2密度很大，壓縮性很小，此時(shí)超臨界CO2分子間作用力相對(duì)比較弱，而超臨界CO2分子熱運(yùn)動(dòng)較前者強(qiáng)，在一定溫度和壓強(qiáng)下，這兩種作用力相互影響，致使超臨界CO2的溶解能力下降，萃取率降低。在實(shí)際操作中，過(guò)高萃取壓力對(duì)設(shè)備的要求很高，這也導(dǎo)致設(shè)備投資和操作費(fèi)用大幅度增加。所以，萃取的壓力并不是越大越好?？紤]到實(shí)際操作與成本，萃取壓力為30MPa較為合適。

2.2 萃取溫度對(duì)萃取率的影響

設(shè)定萃取壓力30MPa，分離釜壓力6MPa，分離釜溫度30℃，萃取時(shí)間4h，物料粒度60目，萃取釜體積1L，考察萃取溫度 40、45、50、55、60℃對(duì)萃取率的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 萃取溫度對(duì)萃取率的影響

從圖3中可知，當(dāng)溫度低于55℃時(shí)，超臨界流體溶解能力起主導(dǎo)作用，即超臨界CO2萃取物料中有效成分的能力隨溫度的升高而增大，故萃取率逐漸增大，最高達(dá)2.30%。此后隨著溫度的增加，超臨界流體溶解能力呈負(fù)效應(yīng)，致使萃取率降低。從圖3可看到，溫度超過(guò)55℃時(shí)，萃取率下降，當(dāng)取溫度在50～55℃時(shí)，萃取率變化不大，故將萃取溫度選擇在50℃。

2.3 萃取時(shí)間對(duì)萃取率的影響

設(shè)定萃取壓力30MPa，分離釜壓力6MPa，萃取溫度50℃，分離釜溫度30℃，物料粒度60目，萃取釜體積1L，考察萃取時(shí)間 4、5、6、7、8h對(duì)萃取率的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 萃取時(shí)間對(duì)萃取率的影響

從圖4中看出，在6h前萃取率的斜率較大，即高級(jí)脂肪醇萃取率隨萃取時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，萃取6h后，萃取率的增幅不大。這是因?yàn)檩腿⊙h(huán)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，萃取釜中待分離組分含量的減少及溶質(zhì)隨CO2閃蒸揮發(fā)效應(yīng)的累積使得單位時(shí)間內(nèi)的溶解萃取產(chǎn)物的量減少，故萃取時(shí)間選6h為宜。

2.4 不同物料粒度對(duì)萃取率的影響

設(shè)定萃取壓力30MPa，分離釜壓力6MPa，萃取溫度50℃，分離釜溫度30℃，萃取時(shí)間6h，萃取釜體積1L，考察不同物料粒度對(duì)萃取率的影響，結(jié)果見圖5。

圖5 物料粒度對(duì)萃取率的影響

從圖5可看出，隨著物料目數(shù)的增大(粒徑減小)，萃取率逐漸降低。這是因?yàn)殡S著物料粒徑的減小，固體與溶劑的接觸面增大，同時(shí)超臨界CO2通過(guò)物料的阻力也增加，結(jié)塊現(xiàn)象也明顯(萃取完成后，傾料時(shí)原料的結(jié)塊狀況)，綜合上述因素，萃取率逐漸減小。綜合各方面，物料粒度選用20目。

2.5 高級(jí)脂肪醇的GC－MS分析

超臨界CO2萃取甘蔗濾泥中高級(jí)脂肪醇，GCMS掃描圖譜見圖6。

圖6中，萃取物的出峰數(shù)有9個(gè)之多，參考文獻(xiàn)［10］并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)譜圖，對(duì)主要峰進(jìn)行分析鑒定，得出甘蔗活性成分萃取物的組成與含量，結(jié)果見表1。

圖6 高級(jí)脂肪醇的GC－MS色譜圖

由表1可知，超臨界CO2萃取的高級(jí)脂肪醇中混有高級(jí)脂肪烴類，一方面是因?yàn)樵跒V泥的蠟狀類脂物中，含有大量的碳?xì)浠衔?，另一方面因?yàn)楦呒?jí)脂肪烴更易被超臨界CO2溶解萃取。對(duì)其中9份萃取物樣品進(jìn)行GC－MS分析，得出萃取物中高級(jí)脂肪醇的主要組成及含量，結(jié)果見表2。

表1 萃取物的組成

表2 高級(jí)脂肪醇的組成及含量(%)

超臨界CO2萃取得到的高級(jí)脂肪醇混合物中，含量最高的為二十八烷醇，含量為47.8%～62.5%，其次為二十六烷醇，含量為14.3%～20.3%，三十烷醇含量較少，為3.0%～5.4%。對(duì)于相同的原料濾泥，比較從蔗蠟(以濾泥為原料，通過(guò)溶劑法提取得到的粗蔗蠟)中用溶劑提取法、催化還原法和化學(xué)酯交換法等提取高級(jí)脂肪醇中二十八烷醇的含量，用超臨界CO2萃取得到高級(jí)脂肪醇中的二十八烷醇含量相對(duì)較高，且優(yōu)點(diǎn)是無(wú)溶劑殘留。

3 結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定超臨界CO2設(shè)備萃取甘蔗濾泥中功效成分的最佳工藝條件為:萃取壓力30MPa，萃取溫度50℃，萃取時(shí)間6h，物料粒度20目，高級(jí)脂肪醇萃取率最高達(dá)2.30%。萃取物中含量最高為二十八烷醇，為47.8%～62.5%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，濾泥中二十八烷醇的含量豐富，是很好的二十八烷醇的來(lái)源，只要選用更好的精制純化方法，除去其中盡可能多的雜質(zhì)，就可以進(jìn)一步提高二十八烷醇的含量，得到質(zhì)量很好的高級(jí)脂肪醇產(chǎn)品，適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)此類產(chǎn)品的要求，且采用超臨界CO2萃取甘蔗濾泥中高級(jí)脂肪醇，萃取物無(wú)溶劑殘留，具有很好的研究?jī)r(jià)值。

［1］蔡德文.從濾泥生產(chǎn)蔗蠟［J］.福建糖業(yè)，1994(2):46－62.

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［3］Taylor JC，Rapport L，Lockwood GB.Octacosanol in Human Health［J］.Nutrition，19:192－195.

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［10］EPretsch PBühlmann，C Affolter.波譜數(shù)據(jù)表—有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)解析［M］.榮國(guó)斌譯.上海:華東理工大學(xué)出版社，2002:330－331.

Supercritical CO2extraction of higher aliphatic alcohol from filter mud of sugarcane

GUO Hai－rong1，SONG Ning－ning2，CHEN Gan－lin3，MA Shao－ying1
(1.College of Light Industry and Food Engineering，Guangxi University，Nanning 530004，China;2.China Light Industry Xi’an Design Engineering Company Ltd.，Xi’an710048，China;3.Guangxi Academy of Agricultural Sciences，Nanning 530007，China)

The higher aliphatic alcohol from filter mud of sugarcane was extracted using supercritical CO2extraction technology，which had been put forward a technical reference for extracting the pollution－ free natural active products of sugarcane.The optimized technological process of extraction pressure was 30MPa，the temperature was 50℃，the lasted time was 6 hours，the granularity of filter mud was 20 screen mesh，and the extraction yield of extracts was found up to 2.30%.From the analytic identification and quantification using GC－MS，octacosanol was detected as main component of the higher aliphatic alcohol with the highest content range from 47.8%to 62.5%.The obtained extract was the pollution－free natural products and the content of active components had a higher number，which provided a better experimental reference.

Supercritical CO2extraction;higher aliphatic alcohol;octacosanol;filter mud of sugarcane

TS255.1

A

1002－0306(2011)09－0249－04

2011－08－01

郭海蓉(1962－)，女，副教授，從事糖料資源功能研究與綜合利用工作。

廣西科學(xué)基金(桂科基0663023);廣西自然科學(xué)基金(2011GXNSFA018124，2010GXNSFB013015)。