摘 要：针对当前GB/T5889—1986《苎麻化学成分定量分析方法》中用失重法测试脂腊质含量结果不准确、不稳定以及所用提取溶剂苯-乙醇致癌等问题，对分析方法和测试溶剂做出改进。得出如下结论：同样采用苯-乙醇溶剂提取，干重法比失重法测试结果误差小且稳定性好，采用乙醚溶剂替代致癌的苯-乙醇，测试过程更安全、节能。采用单因子和正交试验探索乙醚提取时间、每小时回流次数和试样尺寸对脂蜡质含量测试的影响。测试所得最优方案为：提取时间3h,回流6～7次/h,试样尺寸1mm。用红外光谱分析乙醚提取物的成分，其主要成分为脂肪和蜡质，符合脂蜡质含量的测试要求。乙醚回收率在90%左右，回收次数增加对脂蜡质含量的测试结果并无显著影响。
关键词：苎麻；脂蜡质；乙醚；苯-乙醇；定量分析
脂蜡质由脂肪和蜡质组成，脂肪是高级脂肪酸所形成的甘油酯，蜡质的主要成分是高级饱和脂肪酸和高级一元醇所形成的脂[1,2]。
目前，苎麻中脂蜡质含量测试方法采用的是GB/T5889—1986《苎麻化学成分定量分析方法》,即将5g未剪碎的苎麻试样烘干称重，放入索氏提取器中，采用150mL苯-乙醇(体积比2∶1)溶液提取，控制回流4～6次/h,提取3h,再将提取脂蜡质后的试样烘干称重。提取前后试样的质量差即为脂蜡质含量。该方法测试结果误差较大，稳定性差，甚至会出现负数的情况[3,4,5],且所用试剂中苯的毒性大，环境污染和资源浪费严重[6]。GB/T 2677.6—1994《造纸原料有机溶剂抽出物含量》采用乙醚或苯-乙醇溶剂对试样抽提6h,烘干后称重得到脂蜡质含量。相比于苯-乙醇溶剂，乙醚毒性较小，沸点低，可低温提取。2009年姜伟等[7]的研究表明，采用四氯化碳-乙醇(体积比92∶58)对大米草和芦苇中的脂蜡质进行提取，结果高于苯乙醇提取的结果，说明四氯化碳相较于乙醇来说对脂蜡质有更高的提取能力。在其他条件相同时，试样粉碎后测得的脂蜡质含量大于未粉碎试样的脂蜡质含量，说明试样粉碎后脂蜡质的提取结果更精准。但四氯化碳毒性大，不常用于提取剂。近年来，近红外光谱技术广泛运用于植物纤维化学成分定量分析中，但脂蜡质在苎麻中属微量成分，用此方法预测结果并不理想[8,9,10,11]。本文改变脂蜡质含量的分析方法，并采用乙醚溶剂取代苯-乙醇(体积比2∶1)溶剂，测试结果的误差较小，稳定性好，且乙醚溶剂沸点低，提取温度不超过60℃,具有安全、节能、易回收再利用等优点。
1试验
1.1试验仪器、试剂和原料
仪器：电子分析天平(精确度为0.0001g),称量瓶(70mm×35mm),数显恒温水浴锅(6孔),索氏提取器(250mL),傅里叶变换红外光谱仪，高速万能粉碎机(浙江屹立工贸有限公司),恒温烘燥机。
试剂：苯、无水乙醇、无水乙醚，均为分析纯。
原料：本文所用的3种苎麻纤维的产地分别为湖南、四川和湖北。
1.2试验方法
1.2.1GB/T5889—1986稳定性分析试验
按照GB/T5889—1986对湖南苎麻的脂蜡质含量进行测试，并分析测试结果的稳定性。
1.2.2两种分析方法的对比试验
GB/T5889—1986测试过程中所采用的测试方法为失重法，将提取前后的试样干重的差值(失重)作为脂蜡质的含量，计算式见式(1)：
a1=m0−m1m0×100a1=m0-m1m0×100(1)
式中：a1——失重法测得试样的脂蜡质含量，%；
m0——试样的干燥质量，g；
m1——去除脂蜡质后试样的干燥质量，g。
干重法是将提取脂蜡质后的有机溶剂(苯-乙醇)回收后，直接测得烧瓶中脂蜡质干重来得到脂蜡质含量[12],计算公式见式(2)：
a2=m0−m2m0×100a2=m0-m2m0×100(2)
式中：a2——干重法测得试样的脂蜡质含量，%；
m0——试样的干燥质量，g；
m2——脂蜡质的干燥质量，g。
1.2.3乙醚提取脂蜡质的试验流程
随机取样，将试样剪碎或粉碎成一定尺寸，称取5g左右，共3份，并用已知干燥质量的500目筛绢包裹。对试样与烧瓶进行烘干、冷却、称重处理(先后两次质量差不超过后一次质量的0.02%,下同)。将试样放入索氏提取器内，使试样低于虹吸管最高点。通入冷却水，连接已知质量的烧瓶和提取器，从提取器的上部倒入150mL乙醚，在恒温条件下进行提取。从提取液开始滴落起计时，提取一定时间。取出试样，连接烧瓶和提取器回收乙醚，回收结束后将烧瓶放入105℃～110℃烘箱中烘至恒重。试样取出后迅速放入干燥器中冷却(30±5)min,精确称量烧瓶质量。
1.2.4乙醚提取物的红外光谱分析
试样经乙醚提取后进行红外光谱分析，分析提取物的主要成分。
1.2.5乙醚的循环利用
为探究回收乙醚重复利用的可能性，本试验采用单因子以及正交试验得出最优工艺方案，即用回收的乙醚溶液在索氏提取器中提取粉碎至1mm左右的苎麻试样(试样用粉碎机粉碎，用分样筛筛取，使其尺寸介于20～60目)。通过控制水浴温度在60℃左右使乙醚在提取筒中每小时回流次数保持在6～7次，提取3h。对比乙醚溶剂、一次回收乙醚、二次回收乙醚对同一批次湖南苎麻纤维中脂蜡质的提取效果。
2结果与讨论
2.1GB/T5889—1986(失重法)测试苎麻脂蜡质含量稳定性分析
在同一时间，即相同温湿度环境下，采用GB/T5889—1986对同一品种湖南苎麻中的脂蜡质含量进行测试，3个平行样之间测试结果偏差较大，甚至会出现负值。不同时间的测试结果同样存在较大差异，这是由于采用苯-乙醇(体积比2∶1)溶剂对试样进行提取后，试样会吸附有机溶剂，使测得的脂蜡质含量稳定性较差。综合来看，采用GB/T5889—1986,苎麻脂蜡质含量测试结果稳定性较差。
2.2干重法与失重法测试结果的稳定性比较
为了比较干重法和失重法测试结果的稳定性，采用苯-乙醇分别进行了干重法和失重法的测试，其结果见表1。
表1 失重法与干重法脂蜡质含量对比试验
由表1可知，采用GB/T5889—1986(失重法)对3种苎麻的脂蜡质含量进行测试，所得脂蜡质含量平均值分别为0.33%、0.19%和0.36%；将有机溶剂回收后，直接测得脂蜡质干重(干重法)得到的脂蜡质含量分别为0.64%、0.41%和0.46%。相对前者，后者脂蜡质含量明显增大，这是由于采用苯-乙醇溶剂对试样进行提取后，苯-乙醇溶剂被试样吸附，从而造成失重法测得的脂蜡质含量低于干重法测得的脂蜡质含量。3种苎麻失重法测试结果的CV值都比干重法要大得多，由此可见，采用干重法测试稳定性更好。
2.3单因子试验
由于干重法相较于失重法测试结果更加稳定，因此采用乙醚溶剂测试时均采用干重法。为探究乙醚提取脂蜡质过程中各因素对测试结果的影响，使脂蜡质提取完全，首先进行单因素试验。分别探究提取时间、每小时回流次数、试样尺寸对脂蜡质提取效果的影响。
2.3.1提取时间对苎麻脂蜡质含量的影响
试样粉碎后，与溶剂接触面积更大，提取更完全，故称取5g左右粉碎至1mm的苎麻试样。采用乙醚溶剂在索氏提取器中进行提取，保持有机溶剂回流6～7次/h,分别提取2.0、2.5、3.0、3.5、4.0h,测试结果见图1。
图1 提取时间对脂蜡质含量的影响
由图1可见，提取时间由2h延长至3h,脂蜡质含量显著增加，说明在3h内，提取时间的延长对脂蜡质含量有显著影响。而提取时间由3h延长至4h,脂蜡质含量变化趋于平稳，说明提取时间在3h后对脂蜡质含量影响不大。提取时间为3.5h时，脂蜡质含量达到最大值，但与提取3h时差别极小。综合考虑时间因素以及单因素对试验结果的影响，提取时间为3h时提取结果最佳，因此选择3h为最佳提取时间。
2.3.2回流次数对苎麻脂蜡质含量的影响
称取5g左右粉碎至1mm的苎麻试样，采用乙醚溶剂在索氏提取器中进行提取，通过水浴温度控制乙醚每小时回流次数，分别为3～4次、4～5次、5～6次、6～7次，即分别控制水浴温度为45℃、50℃、55℃、60℃左右，提取3h。测试结果见图2。
图2 回流次数对脂蜡质含量的影响
乙醚的沸点为34.5℃,试验所设置的提取温度必须在乙醚沸点以上。提取温度决定着乙醚每小时内回流的次数。当温度设置为40℃时，乙醚蒸发较慢，达不到基本的提取要求；而提取温度设置为65℃时，乙醚沸腾太剧烈，蒸发过快，冷凝回流不及时，造成试验不能顺利进行，因此选取温度在45℃～60℃,即回流次数为3～7次/h。在图2中，随着每小时内回流次数的增加，脂蜡质含量缓慢增加，即提取温度高时，脂蜡质提取更彻底。在回流次数为6～7次/h时，脂蜡质含量最高。由于需保证试验安全，防止乙醚沸腾剧烈，温度不能继续提高，故没出现拐点时，选取提取脂蜡质含量最高的6～7次为最佳回流次数。
2.3.3试样尺寸对苎麻脂蜡质含量的影响
选取不同尺寸的苎麻试样，未剪断、剪成50、20、2、1mm(将试样用粉碎机粉碎，用分样筛筛取，使试样大小介于20～25目)、0.8mm(试样大小介于25～60目)、0.3mm(过60目筛)的试样各称取3份，每份重5g,采用乙醚溶剂在索氏提取器中进行提取，保持有机溶剂回流6～7次/h,提取3h。测试结果见图3。
图3 试样尺寸对脂蜡质含量的影响
从图3可看出，随着试样尺寸的减小，脂蜡质含量逐渐增加，未剪断试样脂蜡质含量为0.35%,而将试样粉碎后，脂蜡质含量提高到了1.07%,说明试样尺寸对脂蜡质的提取有显著影响。这是由于植物纤维结构致密，将试样粉碎后，增大了试样与有机溶剂的接触面积，使得有机溶剂更容易进入试样内部，脂蜡质提取更加完全。综上所述，将试样粉碎至1mm左右时，脂蜡质含量最高，因此选择1mm为最佳试样尺寸。
2.4正交试验分析
为确定苎麻脂蜡质含量测试方法的最优工艺，本文采用正交试验法设计试验，结合单因子试验结果，选取提取时间、每小时回流次数、试样尺寸为主要参数，以测得的脂蜡质含量为主要指标，进行最优化设计。在本正交试验中，提取时间选取了3个水平，分别是2.5、3.0、3.5h。通过控制温度来控制每小时内乙醚的回流次数，选取3个水平，即4～5次/h、5～6次/h、6～7次/h。试样尺寸大小采用剪刀、粉碎机和分样筛处理，分别将试样控制在2.0mm(剪碎)、1.0mm(将试样用粉碎机粉碎，用分样筛筛取，使试样大小介于20～25目)、0.8mm(试样大小介于25～60目),正交试验结果及直观分析结果见表2、3。
表2 因素水平表
表3 正交试验表
经过对苎麻脂蜡质含量的直观分析可知，对脂蜡质含量影响最大的因素是试样尺寸，其次是每小时回流次数，提取时间影响最小。试验最佳水平组合为A2B3C2,即在提取时间3h,回流6～7次/h,试样尺寸1mm的工艺参数组合下，脂蜡质提取最完全。按上述最优水平组合A2B3C2、次优水平组合A1B3C3和A3B1C2进行验证试验，同一批次湖南苎麻脂蜡质含量平均值分别为1.07%、0.95%和0.99%,再次验证A2B3C2为最佳水平组合。
2.5红外光谱分析
对采用乙醚提取出的湖南苎麻中的脂蜡质进行红外光谱分析，结果见图4。
图4 湖南苎麻脂蜡质红外光谱图
由图4可见，3332cm-1处为蜡质的羟基O—H吸收峰，2919、2850、1463cm-1处为蜡质的C—H吸收峰，1709cm-1处为高级脂肪酸的羧基C＝O吸收峰，1312、1216、1077、1052cm-1处为高级脂肪酸脂酯键的C—O吸收峰[7]。因此，使用乙醚提取得到的物质主要为脂蜡质，符合脂蜡质含量的测试要求。
2.6乙醚回收利用
GB/T5889—1986采用体积比为2∶1的苯-乙醇混合溶液作为苎麻中脂蜡质的提取溶剂，考虑到苯与乙醇溶液的沸点不同，苯的沸点是80.1℃,乙醇的沸点是78.5℃,在将苯-乙醇混合溶液回收后，无法保证二者的体积比依旧是2∶1,所以无法将回收的苯-乙醇溶液作为提取溶剂再次使用。本试验采用乙醚溶液对苎麻的脂蜡质进行提取，乙醚的沸点是34.5℃,沸点低，易回收，故可考虑将回收后的乙醚溶剂重复利用[12]。本试验探究了乙醚提取苎麻中脂蜡质后的回收率，以及随着回收次数的增加，回收后的乙醚溶剂是否对苎麻中脂蜡质成分的提取有影响。
2.6.1乙醚回收率
采用150mL乙醚溶剂对苎麻中的脂蜡质进行提取后再将乙醚回收，共测试10次，测得的回收率较高，基本保持在90%左右，有利于节约资源，保护环境。
2.6.2回收乙醚提取脂蜡质
由测试结果可知，采用一次回收乙醚和二次回收乙醚测得的苎麻脂蜡质含量均为1.02%,与乙醚溶剂测得结果(1.07%)接近，可见，乙醚回收次数的增加对测试结果并无影响。故可采用回收乙醚作为苎麻脂蜡质的提取溶剂。
3结语
本文对比了干重法和失重法测试结果的稳定性，确定干重法为最终测试方法。采用乙醚作为提取溶剂，并对其提取条件进行了优化试验，所得结论如下：
(1)采用干重法(测量提取物干重)测得的脂蜡质含量，相较于GB/T5889—1986的失重法(测量试样提取脂蜡质前后质量差)稳定性好，误差小。
(2)采用乙醚溶剂替代苯-乙醇溶剂，测试更加节能、安全，且乙醚可循环利用，回收乙醚与无水乙醚溶剂对脂蜡质含量的测试并无显著影响。
(3)采用单因素试验和正交优化试验分析乙醚提取时间、每小时回流次数、试样尺寸对脂蜡质含量测试的影响，得到最优工艺参数为：提取3h,回流次数为6～7次/h,试样尺寸为1mm。在该工艺参数下，脂蜡质提取最完全。
(4)对乙醚提取物进行红外光谱分析可得，乙醚提取物的主要成分为脂肪和蜡质，可作为脂蜡质定量分析的溶剂。
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