超臨界CO₂萃取甘蔗濾泥中高級脂肪醇

郭海蓉，宋寧寧，陳趕林，麻少瑩

(1.廣西大學輕工與食品工程學院，廣西南寧 530004;2.中國輕工業西安設計工程有限責任公司，陜西西安 710048;3.廣西農業科學院，廣西南寧 530007)

超臨界CO萃取甘蔗濾泥中高級脂肪醇

郭海蓉1，宋寧寧2，陳趕林3，麻少瑩1

(1.廣西大學輕工與食品工程學院，廣西南寧 530004;2.中國輕工業西安設計工程有限責任公司，陜西西安 710048;3.廣西農業科學院，廣西南寧 530007)

采用超臨界CO2萃取甘蔗濾泥中高級脂肪醇，為甘蔗天然活性成分無污染提取分離提供參考。實驗確定了超臨界CO2萃取最佳工藝條件為萃取壓力30MPa，萃取溫度50℃，萃取時間6h，物料粒度為20目，此時高級脂肪醇萃取率為2.30%。通過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%。實驗提取的產物無溶劑殘留，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］。類脂物含有許多價值很高的天然活性高級醇，如二十八烷醇、三十烷醇等高級脂肪醇。高碳脂肪醇混合物可用來治療血膽固醇過多癥和動脈粥樣硬化并發癥［2］。單組分二十八烷醇是天然多功能的生理活性物質，具有提高反應靈敏性、降低高膽固醇等功效［3］。目前，國內外采用不同的方法從甘蔗中萃取高級脂肪醇，得率不一。如用溶劑法制備高級脂肪醇，純度達 90.7%，其中C22－C30飽和醇含量達40.5%［4］。采用溶劑與LiAlH4催化還原相結合方法，C24－C32飽和醇含量達72.0%［5］。用酯交換法提取高級脂肪醇，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流體技術提取甘蔗皮渣中甘蔗天然活性高級醇，萃取物主要成分為C22－C30偶碳高級脂肪醇，其中二十八烷醇含量最高，達45%左右［9］。本實驗以亞硫酸法糖廠的濾泥為原料 采用超臨界2萃取技術 直接從干燥粉碎的濾泥中提取高級脂肪醇，通過實驗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 均為國產分析純;HL－(2+1)L/50MPa－IIBQ型超臨界流體萃取裝置 杭州華黎泵業有限公司;電動植物粉碎機 上海微型電機廠;DHG－9053A型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海精密實驗設備有限公司;HH.S21－6型電熱恒溫水浴鍋 北京長安科學儀器廠;精密電子天平(感量0.001g) 日本AND;RE52－98旋轉蒸發器 鄭州長城科工貿有限公司。

1.2 實驗方法

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，用篩網將粉末分級。稱一定量的干燥濾泥原料置于超臨界萃取釜中，設定參數，靜態萃取1h，再進行動態萃取。萃取完畢后，用無水乙醇沖洗萃取釜內壁，揮發無水乙醇等殘留溶劑，干燥得到高級脂肪醇產品，稱重即為萃取量，計算萃取率。

1.2.2 高級醇的乙?；幚?準確取2.0g甘蔗天然活性萃取物置于容器(100mL)中，加入30mL乙?；噭?，于75℃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，此操作連續三次。所得苯層加無水硫酸鈉干燥，過濾，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 高級脂肪醇萃取率計算

萃取率(%)=(萃取產物質量/原料質量)×100%

式中:當用超臨界CO2萃取足夠長的時間時，近似看成濾泥中的萃取產物被完全的萃取得到，即得到的萃取產物質量即為完全萃取得到萃取產物質量。本實驗中，將利用超臨界CO2萃取12h得到的萃取產物質量看成是完全萃取得到萃取產物質量。

圖1 濾泥功效成分的超臨界CO2萃取工藝流程

2 結果與分析

2.1 萃取壓力對萃取率的影響

設定萃取溫度50℃，分離壓力6MPa，分離溫度30℃，萃取時間4h，萃取釜體積1L，物料粒度60目，考察萃取壓力 20、25、30、35、40MPa 對萃取率的影響，結果見圖2。

圖2 萃取壓力對萃取率的影響

從圖2可以看出，萃取壓力從20MPa升高到30MPa時，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2.30%。這是因為溫度一定時，超臨界CO2的溶解能力隨著萃取壓力的升高而增強，萃取率也逐漸增大。當壓力超過30MPa時，萃取率有所下降。原因是在高壓下，CO2密度很大，壓縮性很小，此時超臨界CO2分子間作用力相對比較弱，而超臨界CO2分子熱運動較前者強，在一定溫度和壓強下，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。在實際操作中，過高萃取壓力對設備的要求很高，這也導致設備投資和操作費用大幅度增加。所以，萃取的壓力并不是越大越好。考慮到實際操作與成本，萃取壓力為30MPa較為合適。

2.2 萃取溫度對萃取率的影響

設定萃取壓力30MPa，分離釜壓力6MPa，分離釜溫度30℃，萃取時間4h，物料粒度60目，萃取釜體積1L，考察萃取溫度 40、45、50、55、60℃對萃取率的影響，結果見圖3。

圖3 萃取溫度對萃取率的影響

從圖3中可知，當溫度低于55℃時，超臨界流體溶解能力起主導作用，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2.30%。此后隨著溫度的增加，超臨界流體溶解能力呈負效應，致使萃取率降低。從圖3可看到，溫度超過55℃時，萃取率下降，當取溫度在50～55℃時，萃取率變化不大，故將萃取溫度選擇在50℃。

2.3 萃取時間對萃取率的影響

設定萃取壓力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，考察萃取時間 4、5、6、7、8h對萃取率的影響，結果見圖4。

圖4 萃取時間對萃取率的影響

從圖4中看出，在6h前萃取率的斜率較大，即高級脂肪醇萃取率隨萃取時間的延長而增大，萃取6h后，萃取率的增幅不大。這是因為萃取循環時間過長，萃取釜中待分離組分含量的減少及溶質隨CO2閃蒸揮發效應的累積使得單位時間內的溶解萃取產物的量減少，故萃取時間選6h為宜。

2.4 不同物料粒度對萃取率的影響

設定萃取壓力30MPa，分離釜壓力6MPa，萃取溫度50℃，分離釜溫度30℃，萃取時間6h，萃取釜體積1L，考察不同物料粒度對萃取率的影響，結果見圖5。

圖5 物料粒度對萃取率的影響

從圖5可看出，隨著物料目數的增大(粒徑減小)，萃取率逐漸降低。這是因為隨著物料粒徑的減小，固體與溶劑的接觸面增大，同時超臨界CO2通過物料的阻力也增加，結塊現象也明顯(萃取完成后，傾料時原料的結塊狀況)，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 高級脂肪醇的GC－MS分析

超臨界CO2萃取甘蔗濾泥中高級脂肪醇，GCMS掃描圖譜見圖6。

圖6中，萃取物的出峰數有9個之多，參考文獻［10］并結合標準譜圖，對主要峰進行分析鑒定，得出甘蔗活性成分萃取物的組成與含量，結果見表1。

圖6 高級脂肪醇的GC－MS色譜圖

由表1可知，超臨界CO2萃取的高級脂肪醇中混有高級脂肪烴類，一方面是因為在濾泥的蠟狀類脂物中，含有大量的碳氫化合物，另一方面因為高級脂肪烴更易被超臨界CO2溶解萃取。對其中9份萃取物樣品進行GC－MS分析，得出萃取物中高級脂肪醇的主要組成及含量，結果見表2。

表1 萃取物的組成

表2 高級脂肪醇的組成及含量(%)

超臨界CO2萃取得到的高級脂肪醇混合物中，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%。對于相同的原料濾泥，比較從蔗蠟(以濾泥為原料，通過溶劑法提取得到的粗蔗蠟)中用溶劑提取法、催化還原法和化學酯交換法等提取高級脂肪醇中二十八烷醇的含量，用超臨界CO2萃取得到高級脂肪醇中的二十八烷醇含量相對較高，且優點是無溶劑殘留。

3 結論

通過實驗確定超臨界CO2設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℃，萃取時間6h，物料粒度20目，高級脂肪醇萃取率最高達2.30%。萃取物中含量最高為二十八烷醇，為47.8%～62.5%。實驗結果證明，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，就可以進一步提高二十八烷醇的含量，得到質量很好的高級脂肪醇產品，適應市場對此類產品的要求，且采用超臨界CO2萃取甘蔗濾泥中高級脂肪醇，萃取物無溶劑殘留，具有很好的研究價值。

［1］蔡德文.從濾泥生產蔗蠟［J］.福建糖業，1994(2):46－62.

［2］A拉古那格蘭雅，J馬格蘭納赫南迪斯，D卡巴哈昆坦納，等.高級脂族伯醇混合物、其由甘蔗蠟制取的方法及其藥學應用［J］.美國，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］宋寧寧，郭海蓉，陳趕林，等.酯交換法從蔗蠟中提取高碳脂肪醇的研究［J］.食品研究與開發，2008，29(6):28－30.

［7］陳趕林，游建華，林波，等.甘蔗天然活性高級醇的柱層析純化制備與分析［J］.食品工業科技，2010，31(10):82－84.

［8］陳趕林，林波，莫磊興，等.天然蔗蠟脂產物的超聲波輔助提取與分析［J］.西南農業學報，2011，24(1):376－379.

［9］陳趕林，方鋒學，何為中，等.甘蔗天然活性高級醇的超臨界流體提取制備與分析［J］.食品研究與開發，2010，31(10):14－17.

［10］EPretsch PBühlmann，C Affolter.波譜數據表—有機化合物的結構解析［M］.榮國斌譯.上海:華東理工大學出版社，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。

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