糠蠟二十八烷醇一步鈣皂化制備工藝的研究

金惠平

(湖州職業技術學院，湖州 313000)

二十八烷醇主要存在于蔗蠟、糠蠟、小麥胚芽油、蜂蠟及蟲蠟等天然產物中，是世界公認的具有促進新陳代謝、降糖降脂、調節心血管功能、抗炎抗腫瘤等多種生理功能物質，安全性極高[1]。在美國、日本等國家，二十八烷醇作為天然健康食品添加劑、廣譜天然良藥，已被廣泛應用在運動飲料、天然保健品、藥品和化妝品等領域[2-4]。現有工藝存在皂化時有大量高濃度有機廢水產生、單蒸餾設備反復多次蒸餾、純度很難達到90%以上、產品有特殊氣味等問題，阻礙產品醫藥應用的拓展，能耗、生產效率等問題影響了產品市場競爭力。近年來超臨界二氧化碳萃取技術、分子蒸餾技術及超聲波輔助提取技術等也在二十八烷醇、三十烷醇的提取方面有文獻報道[5-8]。但目前在規模生產方面，還是采用現有提取工藝[9-11]。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

商品糠蠟，二十八烷醇標樣，氫氧化鈣、鹽酸、無水乙醇、丙酮等均為分析純。

DK2S26型數顯電熱恒溫水浴鍋，SD202-0(AS)型電熱恒溫鼓風干燥箱，WH220型加熱磁力攪拌器，7890A型氣相色譜儀，RV-10型旋轉蒸發儀，其他設備均為實驗室常用設備。

1.2 實驗方法

1.2.1 一步鈣皂化制備工藝

一般生產工藝路線復雜，1 T精制糠蠟制鈣皂排放廢水達10 T，其中COD達3 000以上，pH值10以上。二十八烷醇一般生產工藝流程：精糠蠟→加入氫氧化鈣溶液→加熱反應→萃取→冷卻→抽濾→洗滌→再抽濾→濾渣→干燥→粉碎→加入乙醇→分子蒸餾→高碳脂肪醇。

本實驗鈣化與皂化一步工藝及無萃取工藝，由于加水量少，解決了現有皂化或酯交換工藝步驟復雜，產生大量高濃度有機物廢水的問題，減少了有機溶劑萃取環節，降低溶劑消耗成本和溶劑回收能耗。鈣化與皂化一步法生產工藝流程：精糠蠟→加入氫氧化鈣溶液→加熱反應→干燥→粉碎→加入乙醇→預分餾→分子蒸餾→高碳脂肪醇。

1.2.2 鈣皂化工藝條件的優化

實驗采用鈣化皂化一步法制備工藝，分別研究了糠蠟、氫氧化鈣、水等物料最佳配比、氫氧化鈣的用量、皂化溫度、皂化時間對皂化率的影響。稱取100 g精制糠蠟，加到500 mL燒杯中，將20 g氫氧化鈣和20 mL水混均后加入糠蠟中，加熱并不斷攪拌，使溫度升高到90 ℃反應8 h，皂化反應結束后，往皂化產物中滴入3滴體積分數為1%的酚酞乙醇溶液作指示劑，立即用0.5 mol/L的鹽酸標準溶液滴定，當紫紅色變為無色時為滴定終點，讀取消耗的鹽酸標準溶液的體積計算皂化率[9]。

1.2.3 分子蒸餾純化

以上述皂化后的糠蠟經干燥、冷卻、粉碎至50～100目后為原料，加入15份95%左右的乙醇溶液，使用柱式分子蒸餾技術進行純化，真空度為0.5～5 Pa，蒸發面溫度為110～210 ℃，冷凝結面溫度為常溫，攪拌速度為100～600 r/min，加熱溫度采用間歇上升法，當溫度上升到50 ℃時，保溫30 min，以后溫度每上升20 ℃時就保溫30 min，直到溫度上升到230 ℃，反應總時間控制在30 h。二十八烷醇采用面積歸一法測量。

2 結果與分析

2.1 水的用量對皂化率的影響

實驗結果如圖1所示，稱取100 g精制糠蠟加到500 mL燒杯中，將20 g氫氧化鈣和10～40 mL水混均后加入糠蠟中，加熱并不斷攪拌，使溫度升高到90 ℃反應8 h的提取條件下，皂化率隨著水的用量增加而增加，當水的用量超過30 mL后皂化率增加幅度有限，綜合皂化率和烘干成本確定水的最佳用量為30 mL。

圖1 鈣皂化工藝條件對皂化率的影響

2.2 氫氧化鈣的用量對皂化率的影響

實驗結果如圖1所示，稱取100 g精制糠蠟加到500 mL燒杯中，將10～40 g氫氧化鈣和30 mL水混均后加入糠蠟中，加熱并不斷攪拌，使溫度升高到90 ℃反應8 h的提取條件下，皂化率隨著氫氧化鈣用量的增加而增加，當氫氧化鈣的用量超過20 g后皂化率增加不明顯，確定氫氧化鈣的最佳用量20 g。

2.3 皂化時間對皂化率的影響

實驗結果如圖1所示，稱取100 g精制糠蠟加到500 mL燒杯中，將20 g氫氧化鈣和30 mL水混均后加入糠蠟中，加熱并不斷攪拌，使溫度升高到90 ℃反應5～9 h的提取條件下，皂化率隨著時間的增加而增加，當反應時間超過6 h時，皂化率的增加變得相當緩慢，因此確定最佳皂化時間為6 h。

2.4 皂化溫度對皂化率的影響

實驗結果如圖1所示，稱取100 g精制糠蠟加到500 mL燒杯中，將20 g氫氧化鈣和30 mL水混均后加入糠蠟中，加熱并不斷攪拌，使溫度升高到80～100 ℃皂化反應6 h的提取條件下，皂化率隨著溫度升高而增加，當反應溫度達到85 ℃后皂化率上升不明顯，達到90 ℃后反而略有下降，溫度過高導致皂苷發生分解，因此確定最佳反應溫度為85 ℃，皂化率為75%。

2.5 蒸餾溫度對高碳脂肪烷醇精制效果的影響

蒸餾溫度對分離效果的影響十分顯著[8]，根據1.2.3分子蒸餾純化生產工藝條件，僅改變蒸餾溫度180～230 ℃，實驗結果如圖2、圖3、圖4和表1、表2所示，當柱式分子蒸餾溫度達到190 ℃時二十八烷醇質量分數達到最高為93%。用相同的方法蒸餾溫度達到210 ℃時三十烷醇質量分數達到最高為95%。

圖2 蒸餾溫度對高碳脂肪烷醇質量分數的影響

圖3 二十八烷醇標準品氣相色譜檢測圖

表1 二十八烷醇標準品氣相色譜數據分析

圖4 二十八烷醇制備樣品氣相色譜檢測圖

表2 二十八烷醇制備樣品氣相色譜數據分析

3 結論

實驗結果表明精制糠蠟∶氫氧化鈣∶水為10∶2∶3，皂化溫度85 ℃，皂化時間6 h為最佳皂化反應條件，皂化率為75%，柱式分子蒸餾最佳溫度分別為190、210 ℃。二十八烷醇質量分數為93%，三十烷醇質量分數為95%。一步鈣皂化制備工藝大大減少了工藝步驟，無廢水產生，有利于實現規模化工業生產。