超臨界CO2萃取阿維菌素B2a的工藝研究

于榮 郭佳 劉萬禮 高斌(寧夏泰益欣生物科技有限公司，寧夏 銀川 750205)

0 引言

阿維菌素(Avermectin,簡(jiǎn)稱AVM) 又稱阿佛曼菌素，一類十六元大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，由阿維鏈霉(Streptomyces avermitilis)發(fā)酵代謝產(chǎn)生[1]，天然AVM中含有8個(gè)組分，主要有4種即A1a、A2a、B1a和B2a[2]。國標(biāo)GB 19336—2007 把B2a+B2b 的混合體系B2作為目標(biāo)，沒單獨(dú)分開；但是B2a有效含量超過90%，B2b的含量少之甚少,B2整體毒性低于B1，所以其使用更加環(huán)保[3]。AVM-B2a能夠高效抑制南方根結(jié)線蟲卵的孵化[4]。AVM具有廣譜，安全，高效和穩(wěn)定的特性，目前被廣泛應(yīng)用在農(nóng)藥領(lǐng)域，主要用作農(nóng)藥殺菌劑[5]。本研究主要采用超臨界CO2萃取法，通過正交試驗(yàn)對(duì)阿維菌素B2a的萃取工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。

1 材料與方法

1.1 材料

CLJ-B-120-35-1超臨界流體萃取器、BS-1500L電子天平、阿維菌素結(jié)晶母液、三乙二醇、甲醚、石油醚、丙酮、乙醇、CO2(所有有機(jī)試劑均為分析純)。

1.2 方法

超臨界CO2萃取法和正交試驗(yàn)法。

2 實(shí)驗(yàn)步驟

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 不加夾帶劑

精確稱取AVM菌絲體0.15kg，本研究主要以萃取壓力為35MPa、萃取溫度45℃、分離壓力5MPa、分離溫度45℃和CO2流量6.4 L/h為主要萃取基本條件，在不加夾帶劑的條件下萃取1.5h，從而考察不加夾帶劑對(duì)萃取率的影響。

2.1.2 夾帶劑種類的優(yōu)化

準(zhǔn)確稱取AVM菌絲體150.0g，實(shí)驗(yàn)過程中萃取壓力為35MPa，萃取溫度45℃，分離壓力5MPa，分離溫度45℃，CO2流量6.4L/h，提取1.5h的條件下萃取，分別考察加入石油醚、乙醇、丙酮、混合溶劑S(三乙二醇-甲醚)做為夾帶劑時(shí)，夾帶劑用量1:0.6(w/v)對(duì)阿維菌素B2a提取率的影響。

2.1.3 萃取壓力的優(yōu)化

精確稱取AVM菌絲體0.15kg，本研究主要以三乙二醇-甲醚作為夾帶劑、萃取溫度45℃、分離壓力5MPa、分離溫度45℃和CO2流量6.4L/h為主要萃取基本條件，在一定萃取壓力(20MPa、25MPa、30MPa和35MPa)的條件下萃取1.5h，從而考察萃取壓力對(duì)萃取率的影響。

2.1.4 萃取溫度的考察

精確稱取AVM菌絲體0.15kg，本研究主要以萃取壓力為35MPa、三乙二醇-甲醚作為夾帶劑、分離壓力5MPa、分離溫度45℃和CO2流量6.4L/h為主要萃取基本條件，在一定萃取溫度(25℃、35℃、45℃和55℃)的條件下萃取1.5h，從而考察萃取溫度對(duì)萃取率的影響。

2.1.5 CO2流量的優(yōu)化

精確稱取AVM素菌絲體0.15kg，本研究主要以萃取壓力為35MPa、三乙二醇-甲醚作為夾帶劑、分離壓力5MPa、分離溫度45℃和萃取溫度45℃為主要萃取基本條件，在一定CO2流量(4.8L/h、5.6L/h、6.4L/h和7.2L/h)的條件下萃取1.5h，從而考察CO2流量對(duì)萃取率的影響。

2.1.6 萃取時(shí)間的優(yōu)化

精確稱取AVM菌絲體0.15kg，本研究主要以萃取壓力為35MPa、萃取溫度45℃、三乙二醇-甲醚作為夾帶劑、分離壓力5MPa、分離溫度45℃和CO2流量6.4L/h為主要萃取基本條件，分別1h、1.5h、2h和2.5h的條件下進(jìn)行萃取，從而考察萃取時(shí)間對(duì)萃取率的影響。

2.2 正交試驗(yàn)

依據(jù)單因素優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行多因素多水平的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)：將萃取溫度、壓力、時(shí)間和CO2流量作為4個(gè)因素，每個(gè)因素進(jìn)行3個(gè)水平，即L9(34)正交試驗(yàn)，從而確定最佳萃取工藝優(yōu)化條件。具體設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 L9(34)因素與水平設(shè)計(jì)

3 結(jié)果與分析

3.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

3.1.1 夾帶劑種類的考察

根據(jù)圖1的柱形圖可以看出，以混合溶劑S(三乙二醇-甲醚)作為夾帶劑，AVM-B2a的提取率相對(duì)較高，故夾帶劑擇混合溶劑S較好。

圖1 夾帶劑種類對(duì)AVM-B2a提取率的影響

3.1.2 萃取壓力對(duì)阿維菌素B2a萃取率的影響

根據(jù)圖2-1顯示，AVM-B2a萃取率與壓力成正比關(guān)系：壓力越高、萃取率越大，考慮到萃取過程儀表的誤差因素，所以確定35Mpa為最佳萃取壓力。

3.1.3 萃取溫度對(duì)阿維菌素B2a萃取率的影響

根據(jù)圖2-2顯示，隨著溫度的增加，AVM-B2a萃取率也隨之升高，但當(dāng)溫度高于45℃時(shí)，其萃取率的增加幅度大大減小，從能耗等方面綜合考慮該實(shí)驗(yàn)的最佳萃取溫度為45℃。

3.1.4 CO2流量對(duì)阿維菌素B2a萃取率的影響

根據(jù)圖2-3顯示，隨CO2流量的增加，AVM-B2a萃取率也隨之增加，但當(dāng)CO2流量大于6.4L/h之后，即便是增加CO2流量AVM-B2a萃取率也沒有明顯的變化，所以確定6.4L/h為最佳CO2流量。

圖2 AVM-B2a萃取率隨各因素的變化曲線

3.1.5 萃取時(shí)間對(duì)阿維菌素B2a萃取率的影響

根據(jù)圖2-4顯示，AVM-B2a萃取率與時(shí)間成正比關(guān)系：時(shí)間越長(zhǎng)、萃取率越大，考慮到生產(chǎn)成本和工作效率，所以確定1.5h為最佳萃取時(shí)間。

3.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表2結(jié)果顯示，單一因素對(duì)AVM-B2a萃取率的影響程度為：D

表2 L9(34)正交試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)語

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，壓力35MPa，溫度45℃，CO2流量6.4L/h，萃取時(shí)間1.5h，AVM-B2a的萃取率為97.36%。并且通過單一因素優(yōu)化實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CO2流量、壓力、溫度、時(shí)間對(duì)AVM-B2a萃取率的影響均存在一定程度的影響，并且影響的順序?yàn)椋篊O2流量>萃取溫度>萃取壓力>萃取時(shí)間。此外，超臨界CO2萃取法可有效提高AVM-B2a萃取率、降低生產(chǎn)成本，這對(duì)AVM-B2a的萃取有一定的實(shí)用價(jià)值。