从米糠蜡中提取二十八烷醇和三十烷醇混合物

袁 莉,李曹慧,李立军,周从山

(湖南理工学院 化学化工学院,湖南 岳阳 414006)

0 引言

米糠蜡是稻米谷物加工中的副产品,是由一系列高级脂肪醇和高级脂肪酸组成的无毒酯类混合物[1,2].米糠中含有约16.5%的米糠油,米糠油中含有3%左右的米糠蜡. 工业上一般采用溶剂萃取法提取米糠中的米糠蜡[3,4]. 米糠蜡大多数呈现为黄褐色的固体,主要组分为二十四烷醇、二十六烷醇、二十八烷醇、三十烷醇、三十二烷醇和相应的酯[5]. 二十八烷醇是脂肪族的长链一元伯醇之一,它作为促进机体新陈代谢[6,7]、降低血糖血脂[8,9]、改善心肌功能、消除疲劳、抗衰老等生理功能的物质得到全球范围内的认可,在食品、药品、化妆品等行业有着重要应用,还可以用于治疗阿尔茨海默病[10,11]. 三十烷醇是自然界存在的脂肪族特长链一元伯醇之一,无毒. 一方面,三十烷醇可以作为植物生长调节剂,促进植物生长的速度和增加作物的产量[12,13]; 另一方面,它因具备抗癌和抑制血管内皮因子作用,在医药方面得到了一定程度的应用[14,15]. 这两种高级脂肪醇具有较高的研究价值. 因此,研究从米糠蜡中提取二十八烷醇和三十烷醇,既可充分利用丰富的米糠资源,又对二十八烷醇和三十烷醇的产业化具有重要促进作用.

1 实验部分

1.1 试剂

二十二烷,二十八烷醇,三十烷醇,甲苯,丙酮,环己烷,无水乙醇,氢氧化钠,氢氧化钙,无水氯化钙,米糠蜡.

1.2 主要仪器和设备

气质联用色谱仪,乙酸乙酯皂化测定装置,恒温加热磁力搅拌器,恒温水浴锅,循环水式多用真空泵.

1.3 实验方法

1.3.1 产物检测与分析

色谱柱为SH-I-5SiL 柱(30 m×0.250 mm×0.25 μm); 检测器(FID)温度为295 ℃; 程序升温为265 ℃; 初始温度为230 ℃,保存1 min,以20 ℃/min的速率升至280 ℃,保存20 min; 进样方式为不分流进样; 进样量为2 μL; 载气为高纯氮气,恒定流速为24 mL/min.

1.3.2 产物的定性和定量分析

采用内标法对产物进行定量分析. 测定组分与内标物峰面积之比,即可求出微量组分的含量.

内标溶液的配置: 准确称量二十二烷12.5 mg,加入环己烷溶解,转移至容量瓶中定容至500 mL,配制成0.025 mg/mL 的内标溶液.

标准溶液的配置: 准确称量二十四烷醇、二十六烷醇、二十八烷标、三十烷醇和三十二烷醇标准品各2 mg,用移液管移取5 mL内标溶液,加热震荡溶解,过滤后注入气相小瓶,取0.4 μL注入气相色谱质谱联用仪,测量标准品和内标物的峰面积.

样品溶液的配置: 称取样品15～20 mg,移取5 mL 内标溶液,加热震荡溶解,过滤后注入气相小瓶,取0.4 μL 注入气相色谱质谱联用仪,测量样品和内标物的峰面积.

测定与计算公式为

其中Ai为所测组分峰面积,sA为内标物峰面积,iC为所测组分浓度、m为质量、C为浓度、V为体积.

1.4 高级脂肪醇的制备

提取路线如图1 所示. 加入50 mL 蒸馏水于圆底烧瓶中,6.00 g 氢氧化钠,超声震荡使氢氧化钠完全溶解,加入米糠蜡20.00 g 和50 mL 甲苯,于90 ℃下搅拌回流5 ～6 h,使米糠蜡中的酯水解为相应的高级脂肪酸和高级脂肪醇. 称取6.00 g 氯化钙,加入10 mL 蒸馏水,震荡溶解,加入到皂化后的物料中反应2 ～3 h,将相应的脂肪酸转化为钙盐,稍冷后静置分层,取甲苯层(上层),降温到30 ℃后,过滤,烘干,所得固体为粗制高级脂肪醇(粗品),称重.

图1 米糠蜡皂化工艺流程

1.5 粗品混合高级脂肪醇的纯化

将粗品2.00 g 溶于20 mL 甲苯中,在恒温槽中加热彻底溶解,依次降温,在不同的温度下采集析出固体后的溶液,用气相色谱质谱联用仪分析溶液中各高级脂肪醇的含量,测定二十四烷醇、二十六烷醇、二十八烷醇、三十烷醇和三十二烷醇在不同温度下在甲苯中的溶解度. 采用相同的方法测定各高级脂肪醇在不同温度下,在其他溶剂(环己烷、无水乙醇、丙酮)中的溶解度.

1.6 粗品混合高级混合脂肪的纯化实验

(1)单溶剂的萃取

单溶剂萃取实验所用溶剂和萃取温度见表1.称取粗品10.00g 于圆底烧瓶中,加入溶剂300mL,在相应的萃取温度下搅拌回流5h.静置,倾倒上层清液,冷却结晶,抽滤,滤饼烘干称重.将得到的滤饼放入圆底烧瓶中,加入溶剂300mL,在相应的萃取温度下搅拌回流.5h 后静置,倾倒上层清液,冷却结晶,抽滤,滤饼烘干称重.用气相色谱质谱联用仪分析二次萃取后固体中二十三烷醇、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 单溶剂萃取温度

(2)丙酮、甲苯的综合提取

称取粗品10.00g 于圆底烧瓶中,加入丙酮300mL,50℃搅拌回流5h,静置,倾倒上层清液,冷却结晶,抽滤,滤饼烘干称重.取丙酮提取之后的固体,加入300mL 甲苯中,80℃搅拌回流5 h,静置,倾倒上层清液,待冷却结晶后抽滤,滤饼烘干称重.

2 结果与讨论

2.1 粗品混合高级脂肪醇的定性分析

二十八烷醇和三十烷醇的标准溶液色谱图如图2(a)所示.保留时间为4.824的峰为内标物二十二烷的峰,保留时间为16.515的峰为二十八烷醇的峰,保留时间为21.431的峰为三十烷醇的峰.皂化反应所得粗品混合高级脂肪醇的气相色谱图如图2(b)所示.与图2(a)对比发现,二十二烷、二十八烷醇和三十烷醇的保留时间分别为4.786、16.488、21.368,与标准品基本一致.

图2 标准样品和粗制高级脂肪醇气相色谱

根据内标法计算粗品中高级脂肪醇的含量,结果见表2.

表2 粗品中混合高级脂肪醇含量

2.2 萃取溶剂的选择

由于溶液处于过饱和状态,每次取出溶剂后,可认为余下的溶剂与溶质之间已达到溶解平衡,可求出相应高级脂肪醇在各溶剂中的溶解度.高级脂肪醇的溶解度数据见表3和表4.可以看出,随着温度升高,各溶剂中高级脂肪醇的溶解度增大.其中甲苯效果最好,环己烷和丙酮次之,乙醇溶解较少.所以在选择萃取温度时,温度越高,溶解度越大.萃取时的最高温度要低于溶剂的沸点.

表3 二十八烷醇溶解度(单位:g)

2.3 溶剂提取工艺

根据内标对比法分别计算高级脂肪醇的含量.粗品中二十八烷醇和三十烷醇的含量依次为20.26%和20.76%.如图3(a)所示,甲苯提取在去除小分子杂质的情况下较好地提取出了目标产物.如图3(b)所示,环己烷提取得到的产品杂中杂质的含量与目标提取物的产量相近,说明选用环己烷作萃取剂效果不佳.如图3(c)所示,乙醇提取出的产品中目标物的含量比甲苯和丙酮低,说明乙醇作萃取剂时目标产物含量太低.如图3(d)所示,丙酮提取得到的产品中有较高含量的二十八烷醇和三十烷醇,含量依次为30.65%和30.95%,但是杂质的含量也较高.

图3 不同提取溶剂提取高级脂肪醇气相色谱

为了得到含量高并且纯度也较高的二十八烷醇和三十二烷醇混合物,采取复合溶剂萃取法.在单溶剂萃取法中,用甲苯作萃取剂与其它溶剂作萃取剂时相比能较好地去除小分子杂质且保留目标产物.丙酮作萃取溶剂时目标产物的含量最高但是杂质也相对较高.所以采用丙酮和甲苯作萃取溶剂.丙酮/甲苯综合提取能尽量除去其他杂质烷醇,产物中二十八烷醇和三十烷醇总含量高达94.90%,杂质峰基本上去除,效果最好.比较粗品和丙酮/甲苯综合萃取法的气相色谱图(图2(b)、图3(e))可知,粗品中二十八烷醇和三十烷醇的含量较少,依次为20.26%和20.76%.丙酮/甲苯综合提取后,二十八烷醇和三十烷醇的含量依次为46.20%和48.70%,含量明显增加,且峰型更好,说明丙酮/甲苯的综合萃取可以有效地去除小分子量的杂质.不同溶剂提取高级脂肪醇含量见表5.

表5 不同溶剂提取高级脂肪醇含量

3 结束语

以米糠蜡为原料,用甲苯/氢氧化钠溶液皂化水解,经过氯化钙除酸,重结晶,获得粗品混合高级脂肪醇,其二十八烷醇、三十烷醇含量分别为20.26%、20.76%.

采用不同溶剂提取二十八烷醇和三十烷醇混合物,结果显示,单溶剂萃取法中甲苯萃取法能去除小分子杂质且保留二十八烷醇和三十烷醇,含量依次为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,但杂质并没有得到好的去除. 所以采取丙酮/甲苯综合萃取法,丙酮/甲苯综合提取所得产物中二十八烷醇和三十烷醇的含量依次为46.20%、48.70%,总含量高达94.90%.