超临界CO2萃取甘蔗滤泥中高级脂肪醇

郭海蓉，宋宁宁，陈赶林，麻少莹

(1.广西大学轻工与食品工程学院，广西南宁 530004;2.中国轻工业西安设计工程有限责任公司，陕西西安 710048;3.广西农业科学院，广西南宁 530007)

超临界CO萃取甘蔗滤泥中高级脂肪醇

郭海蓉1，宋宁宁2，陈赶林3，麻少莹1

(1.广西大学轻工与食品工程学院，广西南宁 530004;2.中国轻工业西安设计工程有限责任公司，陕西西安 710048;3.广西农业科学院，广西南宁 530007)

采用超临界CO2萃取甘蔗滤泥中高级脂肪醇，为甘蔗天然活性成分无污染提取分离提供参考。实验确定了超临界CO2萃取最佳工艺条件为萃取压力30MPa，萃取温度50℃，萃取时间6h，物料粒度为20目，此时高级脂肪醇萃取率为2.30%。通过GC－MS定性定量分析，萃取物中含量最高为二十八烷醇，为47.8%～62.5%。实验提取的产物无溶剂残留，主要功效成分含量也较高，具有较好的研究意义。

超临界CO2萃取，高级脂肪醇，二十八烷醇，甘蔗滤泥

甘蔗表皮含有0.18%～0.26%的类脂物，由蜡状类脂物和脂肪状类脂物组成，在甘蔗压榨制糖过程中，约60%类脂物残留于蔗渣，40%沉积于滤泥。蜡状类脂物主要为蔗蜡，含有酯、游离酸、醇等。脂肪状类脂物主要为蔗脂，含有油脂、甾醇类、酯类等［1］。类脂物含有许多价值很高的天然活性高级醇，如二十八烷醇、三十烷醇等高级脂肪醇。高碳脂肪醇混合物可用来治疗血胆固醇过多症和动脉粥样硬化并发症［2］。单组分二十八烷醇是天然多功能的生理活性物质，具有提高反应灵敏性、降低高胆固醇等功效［3］。目前，国内外采用不同的方法从甘蔗中萃取高级脂肪醇，得率不一。如用溶剂法制备高级脂肪醇，纯度达 90.7%，其中C22－C30饱和醇含量达40.5%［4］。采用溶剂与LiAlH4催化还原相结合方法，C24－C32饱和醇含量达72.0%［5］。用酯交换法提取高级脂肪醇，得率为16.75%～17.34%，其中二十八烷醇含量为67.09%［6］。采用柱层析纯化分离甘蔗蜡中天然活性高级醇，主要成分为C22－C30偶碳脂肪醇，其中二十八烷醇含量最高，为63.92%～74.12%［7］。采用混合溶剂和超声波辅助提取甘蔗皮渣中蔗蜡脂产物，主要成分为C22－C30的偶碳脂肪醇类，其中C28脂肪醇含量最高，为50.34%［8］。利用超临界CO2流体技术提取甘蔗皮渣中甘蔗天然活性高级醇，萃取物主要成分为C22－C30偶碳高级脂肪醇，其中二十八烷醇含量最高，达45%左右［9］。本实验以亚硫酸法糖厂的滤泥为原料 采用超临界2萃取技术 直接从干燥粉碎的滤泥中提取高级脂肪醇，通过实验探讨最佳萃取工艺条件，并采用GC－MS分析，得出萃取物中主要成分及含量，为高级脂肪醇的制备及纯化提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

甘蔗滤泥 取自广西上思亚硫酸法糖厂新鲜滤泥;其它试剂 均为国产分析纯;HL－(2+1)L/50MPa－IIBQ型超临界流体萃取装置 杭州华黎泵业有限公司;电动植物粉碎机 上海微型电机厂;DHG－9053A型电热恒温鼓风干燥箱 上海精密实验设备有限公司;HH.S21－6型电热恒温水浴锅 北京长安科学仪器厂;精密电子天平(感量0.001g) 日本AND;RE52－98旋转蒸发器 郑州长城科工贸有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 超临界CO2萃取 取亚硫酸法糖厂的新鲜湿滤泥，于55～60℃干燥至水份5%～10%，并粉碎成粉末状，用筛网将粉末分级。称一定量的干燥滤泥原料置于超临界萃取釜中，设定参数，静态萃取1h，再进行动态萃取。萃取完毕后，用无水乙醇冲洗萃取釜内壁，挥发无水乙醇等残留溶剂，干燥得到高级脂肪醇产品，称重即为萃取量，计算萃取率。

1.2.2 高级醇的乙酰化处理 准确取2.0g甘蔗天然活性萃取物置于容器(100mL)中，加入30mL乙酰化试剂，于75℃回流1h，依次加入约50mL苯和50mL蒸馏水。振荡摇匀，静置后再摇匀，分层分液，得到上层为苯层，再加入约50mL苯和50mL蒸馏水洗涤，振荡摇匀，静置后再摇匀，分层分液，此操作连续三次。所得苯层加无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩至约5mL，用于甘蔗活性成分萃取物的GC－MS分析用［5］。

MS条件:EI离子源(70Ev)，电子倍增器电压1.5kV，离子源温度为 230℃，MS四极杆温度为150℃，溶剂延迟3.00min，全扫描30～800amu。

1.3 工艺流程

以甘蔗糖厂滤泥为原料，干燥粉碎后置于萃取釜中超临界CO2萃取，工艺流程见图1。

1.4 高级脂肪醇萃取率计算

萃取率(%)=(萃取产物质量/原料质量)×100%

式中:当用超临界CO2萃取足够长的时间时，近似看成滤泥中的萃取产物被完全的萃取得到，即得到的萃取产物质量即为完全萃取得到萃取产物质量。本实验中，将利用超临界CO2萃取12h得到的萃取产物质量看成是完全萃取得到萃取产物质量。

图1 滤泥功效成分的超临界CO2萃取工艺流程

2 结果与分析

2.1 萃取压力对萃取率的影响

设定萃取温度50℃，分离压力6MPa，分离温度30℃，萃取时间4h，萃取釜体积1L，物料粒度60目，考察萃取压力 20、25、30、35、40MPa 对萃取率的影响，结果见图2。

图2 萃取压力对萃取率的影响

从图2可以看出，萃取压力从20MPa升高到30MPa时，随着萃取压力的增大，萃取率逐渐增大，且萃取物的颜色也逐渐加深，萃取率可达2.30%。这是因为温度一定时，超临界CO2的溶解能力随着萃取压力的升高而增强，萃取率也逐渐增大。当压力超过30MPa时，萃取率有所下降。原因是在高压下，CO2密度很大，压缩性很小，此时超临界CO2分子间作用力相对比较弱，而超临界CO2分子热运动较前者强，在一定温度和压强下，这两种作用力相互影响，致使超临界CO2的溶解能力下降，萃取率降低。在实际操作中，过高萃取压力对设备的要求很高，这也导致设备投资和操作费用大幅度增加。所以，萃取的压力并不是越大越好。考虑到实际操作与成本，萃取压力为30MPa较为合适。

2.2 萃取温度对萃取率的影响

设定萃取压力30MPa，分离釜压力6MPa，分离釜温度30℃，萃取时间4h，物料粒度60目，萃取釜体积1L，考察萃取温度 40、45、50、55、60℃对萃取率的影响，结果见图3。

图3 萃取温度对萃取率的影响

从图3中可知，当温度低于55℃时，超临界流体溶解能力起主导作用，即超临界CO2萃取物料中有效成分的能力随温度的升高而增大，故萃取率逐渐增大，最高达2.30%。此后随着温度的增加，超临界流体溶解能力呈负效应，致使萃取率降低。从图3可看到，温度超过55℃时，萃取率下降，当取温度在50～55℃时，萃取率变化不大，故将萃取温度选择在50℃。

2.3 萃取时间对萃取率的影响

设定萃取压力30MPa，分离釜压力6MPa，萃取温度50℃，分离釜温度30℃，物料粒度60目，萃取釜体积1L，考察萃取时间 4、5、6、7、8h对萃取率的影响，结果见图4。

图4 萃取时间对萃取率的影响

从图4中看出，在6h前萃取率的斜率较大，即高级脂肪醇萃取率随萃取时间的延长而增大，萃取6h后，萃取率的增幅不大。这是因为萃取循环时间过长，萃取釜中待分离组分含量的减少及溶质随CO2闪蒸挥发效应的累积使得单位时间内的溶解萃取产物的量减少，故萃取时间选6h为宜。

2.4 不同物料粒度对萃取率的影响

设定萃取压力30MPa，分离釜压力6MPa，萃取温度50℃，分离釜温度30℃，萃取时间6h，萃取釜体积1L，考察不同物料粒度对萃取率的影响，结果见图5。

图5 物料粒度对萃取率的影响

从图5可看出，随着物料目数的增大(粒径减小)，萃取率逐渐降低。这是因为随着物料粒径的减小，固体与溶剂的接触面增大，同时超临界CO2通过物料的阻力也增加，结块现象也明显(萃取完成后，倾料时原料的结块状况)，综合上述因素，萃取率逐渐减小。综合各方面，物料粒度选用20目。

2.5 高级脂肪醇的GC－MS分析

超临界CO2萃取甘蔗滤泥中高级脂肪醇，GCMS扫描图谱见图6。

图6中，萃取物的出峰数有9个之多，参考文献［10］并结合标准谱图，对主要峰进行分析鉴定，得出甘蔗活性成分萃取物的组成与含量，结果见表1。

图6 高级脂肪醇的GC－MS色谱图

由表1可知，超临界CO2萃取的高级脂肪醇中混有高级脂肪烃类，一方面是因为在滤泥的蜡状类脂物中，含有大量的碳氢化合物，另一方面因为高级脂肪烃更易被超临界CO2溶解萃取。对其中9份萃取物样品进行GC－MS分析，得出萃取物中高级脂肪醇的主要组成及含量，结果见表2。

表1 萃取物的组成

表2 高级脂肪醇的组成及含量(%)

超临界CO2萃取得到的高级脂肪醇混合物中，含量最高的为二十八烷醇，含量为47.8%～62.5%，其次为二十六烷醇，含量为14.3%～20.3%，三十烷醇含量较少，为3.0%～5.4%。对于相同的原料滤泥，比较从蔗蜡(以滤泥为原料，通过溶剂法提取得到的粗蔗蜡)中用溶剂提取法、催化还原法和化学酯交换法等提取高级脂肪醇中二十八烷醇的含量，用超临界CO2萃取得到高级脂肪醇中的二十八烷醇含量相对较高，且优点是无溶剂残留。

3 结论

通过实验确定超临界CO2设备萃取甘蔗滤泥中功效成分的最佳工艺条件为:萃取压力30MPa，萃取温度50℃，萃取时间6h，物料粒度20目，高级脂肪醇萃取率最高达2.30%。萃取物中含量最高为二十八烷醇，为47.8%～62.5%。实验结果证明，滤泥中二十八烷醇的含量丰富，是很好的二十八烷醇的来源，只要选用更好的精制纯化方法，除去其中尽可能多的杂质，就可以进一步提高二十八烷醇的含量，得到质量很好的高级脂肪醇产品，适应市场对此类产品的要求，且采用超临界CO2萃取甘蔗滤泥中高级脂肪醇，萃取物无溶剂残留，具有很好的研究价值。

［1］蔡德文.从滤泥生产蔗蜡［J］.福建糖业，1994(2):46－62.

［2］A拉古那格兰雅，J马格兰纳赫南迪斯，D卡巴哈昆坦纳，等.高级脂族伯醇混合物、其由甘蔗蜡制取的方法及其药学应用［J］.美国，93103165［P］.1999.

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

［4］ChenGL，GuoHR，WangXF，etal.Extractionand characterization of natural higher aliphatic alcohol from sugarcane wax［J］.Sugar Tech，2007，9(4):244－248.

［5］Chen GL，Zheng FG，Guo HR，et al.Improvement in extraction of higher aliphatic alcohol from Sugarcane wax［C］.Meeting the challenges of sugar crops＆integrated industries in developing countries，2008:617－621.

［6］宋宁宁，郭海蓉，陈赶林，等.酯交换法从蔗蜡中提取高碳脂肪醇的研究［J］.食品研究与开发，2008，29(6):28－30.

［7］陈赶林，游建华，林波，等.甘蔗天然活性高级醇的柱层析纯化制备与分析［J］.食品工业科技，2010，31(10):82－84.

［8］陈赶林，林波，莫磊兴，等.天然蔗蜡脂产物的超声波辅助提取与分析［J］.西南农业学报，2011，24(1):376－379.

［9］陈赶林，方锋学，何为中，等.甘蔗天然活性高级醇的超临界流体提取制备与分析［J］.食品研究与开发，2010，31(10):14－17.

［10］EPretsch PBühlmann，C Affolter.波谱数据表—有机化合物的结构解析［M］.荣国斌译.上海:华东理工大学出版社，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，从事糖料资源功能研究与综合利用工作。

广西科学基金(桂科基0663023);广西自然科学基金(2011GXNSFA018124，2010GXNSFB013015)。