關(guān)于青蒿蠟精制的研究

周源凱　萬凌云　韋樹根　潘麗梅　付金娥

關(guān)于青蒿蠟精制的研究

周源凱1萬凌云2韋樹根2潘麗梅2付金娥2

（1.廣西仙草堂制藥有限責(zé)任公司，廣西 柳州 545400；2.廣西壯族自治區(qū)藥用植物園，廣西 南寧 530023）

探索青蒿素生產(chǎn)中產(chǎn)生的副產(chǎn)品青蒿粗蠟的精制工藝。根據(jù)青蒿蠟在不同溶劑中的溶解度確定萃取溶劑，采用正交試驗(yàn)法確定青蒿蠟的除灰、脫脂精制工藝。選用丙酮為萃取溶劑，經(jīng)0.1%磷酸水化除灰和丙酮脫脂，可得到純度大于90%，淡黃色的精制青蒿蠟。該工藝為青蒿蠟的進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

青蒿蠟；萃??；精制；除灰；脫脂

引言

青蒿為菊科植物黃花蒿（Artemisia annua L.）的干燥地上部分，其苦、辛，性寒，歸肝、膽經(jīng)，具有清虛熱、除骨蒸、解暑熱、截瘧、退黃之功效。用于溫邪傷陰、夜熱早涼、陰虛發(fā)熱、骨蒸勞熱、暑邪發(fā)熱、瘧疾寒熱、濕熱黃疸等之癥[1]。青蒿中含有多樣化學(xué)成分，如倍半萜、二萜、苯丙酸、香豆素、黃酮等類成分，其中以倍半萜為主要化學(xué)成分的青蒿素（Artemisinin）是我國(guó)醫(yī)藥工作者發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)植物化學(xué)藥品，也是中國(guó)唯一被世界衛(wèi)生組織（WHO）認(rèn)可的按合成藥研究標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的中草藥提取物[2]，是世界衛(wèi)生組織明確規(guī)定取代奎寧的抗瘧疾原料藥。目前青蒿素的提取一般采用有機(jī)溶劑，如乙醇、丙酮、石油醚等提取，再經(jīng)硅膠柱層析分離，含青蒿素流份濃縮結(jié)晶后進(jìn)行精制得到青蒿素。不含青蒿素的流份及結(jié)晶母液濃縮回收溶劑后得到油脂和蠟質(zhì)混合物，再用水蒸氣蒸餾除去部分油脂冷卻得到青蒿粗蠟。

青蒿粗蠟，含有較多的雜質(zhì)、水分及油脂，顏色為褐色，形態(tài)不穩(wěn)定，較軟，熔點(diǎn)較低，室溫高時(shí)會(huì)熔化，因此不能滿足市場(chǎng)的及客戶的要求，大多作為燃料燒掉，這樣既污染環(huán)境又浪費(fèi)資源，因此需要對(duì)其進(jìn)行精制處理。蠟的精制一般要經(jīng)過除灰（雜）、脫脂、脫色等步驟，其中脫脂工藝是關(guān)鍵。青蒿粗蠟的脫脂工藝參考其他植物蠟的脫脂工藝主要有兩種方法：壓濾皂化法和溶劑萃取法。前者工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備成本低，但成品質(zhì)量差，并用大量廢水排放；后者利用蠟與油脂在有機(jī)溶劑中的溶解度差異進(jìn)行分離，目前常用的溶劑有丙酮、石油醚、苯、甲醇、乙醇、異丙醇、乙酸乙酯等，工藝成品質(zhì)量好、油脂與蠟分離較好，無廢水排放[3]。

本實(shí)驗(yàn)擬采用溶劑萃取法對(duì)青蒿粗蠟進(jìn)行精制研究，探索青蒿蠟脫脂精制的工藝路線，開發(fā)出高純度的青蒿蠟產(chǎn)品，為青蒿素生產(chǎn)中產(chǎn)生的副產(chǎn)品深加工找到新的方法，提高青蒿素生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

1　材料與方法

1.1　實(shí)驗(yàn)材料

青蒿蠟粗品（廣西仙草堂制藥有限責(zé)任公司提供），從青蒿素生產(chǎn)廠分離母液中濃縮得到：褐色、熔點(diǎn)45℃～50℃、皂化值130.35 KOH/g、酸值45.56 KOH/g、碘值110 I2/g。

1.2　實(shí)驗(yàn)儀器

電子分析天平（日本島津公司）、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海亞榮生化儀器廠）、磁力攪拌恒溫水浴鍋（常州澳華儀器有限公司）、循環(huán)水真空泵（上海亞榮生化儀器廠）、真空干燥箱（上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠）、顯微熔點(diǎn)測(cè)電儀（天津市新天光儀器公司）、電爐、真空抽濾瓶、酸堿滴定管（A級(jí)）、圓底燒瓶、錐形瓶、冷凝管、胖肚吸管（A級(jí)）、量筒、具塞離心管。

1.3　實(shí)驗(yàn)試劑

優(yōu)級(jí)純濃鹽酸，乙醇、乙酸乙酯、丙酮、石油醚、丁酮、磷酸、氫氧化鈉、硫代硫酸鈉、碘化鉀、溴化鉀、氫氧化鉀、三氯甲烷、酚酞、乙醚、淀粉均為分析純。

1.4　實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1萃取溶劑的選擇

因?yàn)榍噍锎窒炛泻写罅康那噍镉椭糠?，在青蒿粗蠟精制過程中，首先要將這部分油脂除掉以達(dá)到提純的目的。結(jié)合溶劑的自身特性，本研究選擇乙醇、石油醚、乙酸乙酯、丙酮、丁酮作為萃取溶劑，考察了青蒿粗蠟在不同溶劑和不同溫度下的溶解度變化情況。具體實(shí)驗(yàn)方法為：取青蒿粗蠟分別加入到100 mL上述溶劑中，在不同溫度下攪拌使其溶解，測(cè)定其在不同溶劑不同溫度下的溶解度。

1.4.2精制工藝步驟

（1）除灰工藝：青蒿粗蠟中含有少量的雜質(zhì)、水分及其他膠質(zhì)成分，這些雜質(zhì)的存在會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量，需要在脫脂純化之前除掉。本研究采用汪云等[4]研究的磷酸水化法的方式進(jìn)行除雜。本研究以加水倍數(shù)、加0.1%磷酸倍數(shù)和反應(yīng)時(shí)間為考察因素，采用L9（33）正交試驗(yàn)優(yōu)化青蒿粗蠟除灰工藝條件。正交試驗(yàn)因素水平如表1所示。

表1　青蒿粗蠟除灰正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的因素及水平

（2）萃取脫脂工藝：將除灰后的青蒿粗蠟用小刀切成小塊，置于燒杯中，以1.4.1篩選出最佳萃取溶劑為溶劑，以料液比（g∶mL）、萃取溫度和萃取時(shí)間為考察因素，采用L9（33）正交試驗(yàn)優(yōu)化青蒿粗蠟萃取脫脂工藝條件。正交試驗(yàn)因素水平如表2所示。

表2　青蒿粗蠟萃取脫脂正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的因素及水平

（3）分離：萃取脫脂后，將上層溶液傾去，再把下層混合溶液倒入真空抽濾瓶中，進(jìn)行減壓過濾。

（4）干燥：將過濾后的濕蠟置于真空干燥箱中，在溫度為50℃～55℃、真空度為-0.06 Mpa的條件下真空干燥30 min，即可得到精制青蒿蠟。

1.4.3青蒿蠟的理化常數(shù)檢測(cè)方法

（1）熔點(diǎn)、酸值、皂化值、碘值均參考2020年版《中國(guó)藥典》四部通則[5]。

（2）純度的測(cè)定 準(zhǔn)確稱取0.20 g（W0）精制青蒿蠟于具塞離心管中，加入分析純丙酮10 mL，于30℃浸泡1 h，不時(shí)搖動(dòng)。然后離心分離，傾去丙酮層，繼續(xù)用丙酮洗滌，離心分離數(shù)次，至丙酮層無色為止。烘取丙酮后，于50℃～55℃真空干燥箱中干燥至恒重（W1），按下式計(jì)算精制青蒿蠟的純度：

純度P=( W0- W1)*100/ W0

2　結(jié)果與分析

2.1　青蒿蠟在不同萃取劑不同溫度條件下的溶解度比較分析

油脂易溶于有機(jī)溶劑中，而青蒿蠟在不同溶劑不同溫度下其溶解度各不相同。本研究主要利用青蒿蠟在不同有機(jī)溶劑不同溫度的溶解度不同將其與油脂分離，進(jìn)而達(dá)到脫脂提純的目的。從表3可以看出，青蒿蠟在各種溶劑中的溶解度隨著溫度的升高均呈上升趨勢(shì)，其中在石油醚中上升趨勢(shì)最明顯，5℃青蒿蠟溶解度為0.36 g/100 mL，55℃溶解度僅為 25.44 g/100 mL；丙酮中變化幅度最小，5℃青蒿蠟溶解度為0.22 g/100 mL ，55℃溶解度僅為1.52 g/100 mL。乙醇、乙酸乙酯和丁酮中青蒿蠟的溶解度位于石油醚和丙酮之間。從而可見丙酮可以作為青蒿粗蠟脫油脂的萃取脫脂溶劑，其可以很好地將青蒿蠟與其中的油脂類物質(zhì)分離，進(jìn)而達(dá)到青蒿粗蠟提純目的。

表3　青蒿蠟在不同萃取劑不同溫度條件下的溶解度（g/100 mL溶劑）

2.2　最佳除灰工藝

在青蒿粗蠟中加入水和0.1%磷酸之后，加熱進(jìn)行除雜除灰。青蒿粗蠟中含有的雜質(zhì)及灰分經(jīng)加熱酸化處理后沉入下層水相底部，上層為青蒿蠟層，將青蒿蠟質(zhì)層分離脫水后得到棕褐色的青蒿粗蠟。由表4可知，影響青蒿蠟除灰的因素主次順序?yàn)椋悍磻?yīng)時(shí)間（C）＞加1%磷酸倍數(shù)（B）＞加水倍數(shù)（A），反應(yīng)時(shí)間（C）是影響青蒿粗蠟除灰的主要因素，而加水倍數(shù)（A）對(duì)其影響最小，而加1%磷酸倍數(shù)（B）的影響居中。故青蒿粗蠟除灰的最佳工藝組合為A2B1C2，即其最佳除灰工藝條件為：加3倍水、1倍1%磷酸、加熱反應(yīng)時(shí)間為60 min。

表4　青蒿粗蠟除雜除灰正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

2.3　最佳除灰工藝的驗(yàn)證

在A2B1C2（加水倍數(shù)為1∶3，加1%磷酸倍數(shù)為1∶1，反應(yīng)時(shí)間為60 min）工藝下進(jìn)行三次平行試驗(yàn)，青蒿粗蠟除灰得率平均值為95.67%，結(jié)果高于正交試驗(yàn)中的任一組合，證明其正交試驗(yàn)結(jié)果是可靠的。

2.4　最佳萃取脫脂工藝

本研究所篩選的萃取溶劑中，丙酮的萃取效果最好。但料液比、萃取溫度與時(shí)間等因素均對(duì)丙酮萃取脫脂后青蒿蠟純度有直接影響。表5為在不同因素下的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，主要考察指標(biāo)為青蒿蠟純度，同時(shí)也考察了其得率、熔點(diǎn)、酸值及皂化值。由表5可知，以青蒿蠟純度影響為考察值，青蒿蠟脫脂的因素主次順序?yàn)椋毫弦罕龋ˋ）＞萃取時(shí)間（C）＞萃取溫度（C），說明影響青蒿粗蠟脫脂的主要因素是料液比。青蒿粗蠟脫脂的最佳提取工藝組合為A1B2C2，即溶劑比為8∶1，萃取溫度為30℃、萃取時(shí)間為60 min。另外從表4可以看出，脫脂后的青蒿蠟隨著純度的增加，其熔點(diǎn)和皂化值呈逐漸增高趨勢(shì)，而酸化值和得率卻沒有明顯的規(guī)律。

2.5　最佳萃取脫脂工藝的驗(yàn)證

在A1B2C2（溶劑比為8∶1，萃取溫度為30℃、萃取時(shí)間為60 min）工藝下進(jìn)行三次平行試驗(yàn)，青蒿粗蠟脫脂提純率平均值為92.18%，其結(jié)果高于正交試驗(yàn)中的任一組合，證明青蒿粗蠟萃取脫脂正交設(shè)計(jì)結(jié)果是可信的。在A1B2C2組合下獲得淡黃色精制青蒿蠟，其得率為35.49%，熔點(diǎn)為70.95℃，皂化值為75.53。

表5　青蒿粗蠟除脂正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3　討論

蠟的品種較多，根據(jù)來源，蠟分為動(dòng)物蠟、植物蠟、礦物蠟及合成蠟等。動(dòng)物蠟有蟲蠟、蜂蠟、鯨蠟、羊毛蠟等。植物蠟大致有巴西棕櫚蠟、小燭樹蠟、米糠蠟、甘蔗蠟、月桂蠟、蓖麻子蠟、西蒙德木蠟、漆螬、小冠巴西棕蠟、花旗松蠟等幾種。其中前 4種產(chǎn)量較大[6]。植物蠟是由長(zhǎng)鏈脂肪酸和長(zhǎng)鏈脂肪醇形成的酯。其中最常見的酸是軟脂酸和廿六酸，最常見的醇是十六醇、廿六醇及三十醇，此外還含有少量游離高級(jí)脂肪酸、高級(jí)醇和烴[7]。植物蠟為可再生能源，其中大部分含有人體中必須要的脂肪酸，是一種健康綠色環(huán)保的自然資源。植物蠟在常溫下為固體，理化性質(zhì)與油脂相似，但更穩(wěn)定一些，表現(xiàn)在不易酸敗、不易皂化、高溫時(shí)不產(chǎn)生丙烯醛[8]等方面，正是這種穩(wěn)定性，使其廣泛運(yùn)用于食品、化妝品和醫(yī)藥及其它行業(yè)，可作為食品中的塑性劑、拋光劑、添加劑、可食用膜，化妝品和醫(yī)藥的凝膠劑以及涂料中的防水劑和光保護(hù)劑等[9,10]，市場(chǎng)應(yīng)用前景十分廣闊。

青蒿蠟作為一種新開發(fā)的植物蠟之一，其所占青蒿素下腳料的比例較大，具有較高的利用價(jià)值。青蒿蠟的熔點(diǎn)比較低，可作為唇膏的油脂性基質(zhì)，一方面可以調(diào)節(jié)唇膏的硬度，防止唇膏發(fā)脆易斷，另一方面可以增強(qiáng)皮膚的水合作用，防止水分流失，使嘴唇更顯光澤[11]。青蒿蠟還有植物蠟的一般特性，也可用于地板蠟、汽車蠟、家具蠟等上光蠟制品的合成以及塑料、橡膠和輪胎生產(chǎn)等方面。

4　結(jié)論

本研究建立了一套精制青蒿蠟的工藝，以青蒿素生產(chǎn)中產(chǎn)生的副產(chǎn)品青蒿粗蠟為原料，經(jīng)過除雜除灰處理后（加3倍水、1倍1%磷酸、反應(yīng)時(shí)間為60 min），以丙酮為萃取劑對(duì)青蒿粗蠟進(jìn)行萃取脫脂，最終確定了青蒿粗蠟的最優(yōu)萃取脫脂工藝為料液比1∶8，萃取溫度為30℃，萃取時(shí)間為60 min，在此萃取脫脂工藝下，可得到純度為92.18%的淡黃色精制青蒿蠟。此工藝可以應(yīng)用于青蒿素生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的副產(chǎn)品的開發(fā)和利用，從而提高青蒿素產(chǎn)業(yè)價(jià)值，增加青蒿素產(chǎn)業(yè)利潤(rùn)空間，促進(jìn)青蒿素產(chǎn)業(yè)向多元化發(fā)展。

[1]吳葉寬，李隆云，鐘國(guó)躍. 青嵩的研究概況[J]. 重慶中草藥研究，2004(2): 58 -65.

[2]陳毅平，牛曉靜，陳雙英. 繼承和發(fā)揚(yáng)相結(jié)合-中藥青篙的研究過程與啟迪[J]. 時(shí)珍國(guó)醫(yī)國(guó)藥，2008，19(9): 2159-2161.

[3]羅嗣良，葛慶昇，陸仲華. 醋酸乙酯法提制米慷蠟的試驗(yàn)研究[J]. 糧油科技，1984(S2): 656-672.

[4]汪云，雕鴻蓀，倪培德. 米糠蠟精制的研究[J]. 中國(guó)油脂，1998，23(5): 51-55.

[5]國(guó)家藥典委員會(huì). 中華人民共和國(guó)藥典(四部)[M]. 北京: 中國(guó)醫(yī)藥科技出版社，2020.

[6]張亨. 植物蠟的提取及應(yīng)用[J]. 甘肅化工，2003(2): 37-38.

[7]王箴. 化工辭典(第三版)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，1992.

[8]肖崇原. 中藥化學(xué)[M]. 上海: 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1986 .

[9]張執(zhí)候. 有機(jī)化學(xué)[M]. 上海: 上海科學(xué)技術(shù)出版社，1986.

[10] 何麗兵，王森. 植物蠟的綜合利用研究進(jìn)展[J]. 糧食與油脂，2020，33(2): 14-16.

[11] 沈昕苒，束成杰，姜洪芳，等. 青蒿素下腳料功能成分分析及其應(yīng)用前景[J]. 中國(guó)野生植物資源，2020，39(4): 17-18，35.

Study on Refining of Artemisia Annua Wax

To explore the refining process of artemisinin production,which produces a by-product of artemisinin crude wax.The extraction solvent was determined according to the solubility of artemisia wax in different solvents, and the ash removal and degreasing refining process of Artemisia annua wax was determined by orthogonal test.Using acetone as the extraction solvent, after 0.1% phosphoric acid hydration and acetone degreasing, the refined artemisia annua wax with purity greater than 90% and light yellow could be obtained.The technology provides a basis for the further development and application of artemisia annua wax.

artemisia annua wax; extraction; refining; deashing; degreasing

TQ64; R282

A

1008-1151(2022)02-0033-03

2021-11-05

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（81560623）；廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2013GXNSFAA019221，2013GXNSFBA019180）；廣西農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項(xiàng)目（桂科轉(zhuǎn)10100017-11）。

周源凱，廣西仙草堂制藥有限責(zé)任公司高級(jí)工程師，從事藥用植物提取物的研究和生產(chǎn)工作。

付金娥，廣西壯族自治區(qū)藥用植物園研究員，研究方向?yàn)橹兴幉脑耘嘤N、化學(xué)成分分析及藥用植物標(biāo)準(zhǔn)化體系研究。