化妝品級(jí)山茶油脫色工藝優(yōu)化

楊選，張夏翊，劉覺天，王曄洋，黃莎，李偉榮*

1. 麗水市農(nóng)林科學(xué)研究院（麗水 323000）；2. 麗水市食品藥品與質(zhì)量技術(shù)檢驗(yàn)檢測(cè)院（麗水 323000）；3. 浙江貝尼菲特藥業(yè)有限公司（麗水 323000）

山茶油是一種木本植物油，其不飽和脂肪酸油酸含量高達(dá)85%，是營養(yǎng)價(jià)值高的食用油。同時(shí)，山茶油具有較強(qiáng)的滲透性，且安全無毒副作用，所以在化妝品和醫(yī)藥行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛[1-2]。色澤是化妝品用油的重要指標(biāo)，一般化妝品山茶油在感官上要求無色透明[3]。以山茶油為原料制備化妝品級(jí)油脂，就必須對(duì)其進(jìn)行脫色，去除油脂中的雜質(zhì)和色素。吸附法脫色不但可以脫除色素，同時(shí)可以除去山茶油中殘留的微量皂腳、磷脂等膠質(zhì)及多環(huán)芳烴等[4-5]。在原油的基礎(chǔ)上，選擇活性白土和活性炭復(fù)合脫色劑進(jìn)行脫色，采用吸附法去除山茶油中的色素，對(duì)脫色劑的比例、脫色溫度、脫色時(shí)間、脫色劑添加量、脫色過程中攪拌速度進(jìn)行單因素試驗(yàn)以及正交試驗(yàn)，以脫色率為指標(biāo)，選擇合適脫色條件，使山茶油的色澤接近無色，達(dá)到化妝品用油的要求，為其工業(yè)化提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原油，浙江處州山茶油有限公司；活性炭，溧陽市朝陽活性炭廠；活性白土，無錫市歐佰特吸附材料有限公司；凹凸棒土，無錫市歐佰特吸附材料有限公司；氫氧化鈉，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TU-1810PC紫外可見分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；循環(huán)水式真空泵，上海力辰科技有限公司；ZNCL-集熱式磁力攪拌器，鞏義予華儀器有限責(zé)任公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

脫酸：首先測(cè)定原油的酸價(jià)，根據(jù)式（1）計(jì)算加堿量。

將原油置于磁力攪拌器中加熱到35 ℃，用計(jì)算出的加堿量加水制成 10%的堿液均勻地淋灑到油中，充分?jǐn)嚢杌旌?，并升溫?5 ℃，當(dāng)油中出現(xiàn)皂腳絮狀凝聚物時(shí)降低攪拌速度，促使絮狀物進(jìn)一步凝結(jié)，然后停止攪拌，恒溫靜置10 h[6]（具體時(shí)間視皂腳完全沉淀為準(zhǔn)）。

水洗：將上層清油轉(zhuǎn)移至洗滌鍋，油溫升到80 ℃，同時(shí)加入10% 80 ℃蒸餾水水洗，以100 r/min攪拌10～ 20 min，用分液漏斗靜置后分離，分出廢水，滴加酚酞，棄去廢水，再進(jìn)行第二次水洗，待酚酞在廢水中不變色時(shí)停止水洗。將水洗后的清油在真空條件下脫水干燥，得到脫酸水洗油，以備脫色用[7]。

脫色：取50 g脫酸油和一定量的脫色劑置于抽濾瓶中，升溫到一定溫度并抽真空，在真空狀態(tài)下進(jìn)行脫色，并攪拌；一定時(shí)間后脫色工藝完成，過濾得到脫色油。

1.3.2 最大吸收波長的測(cè)定

以蒸餾水作為參比，取山茶油在紫外可見光分光光度計(jì)上用1 cm石英比色皿在400～700 nm范圍內(nèi)測(cè)量吸光度，確定山茶油的最大吸收波長。

1.3.3 脫色率的測(cè)定

取脫色后的山茶油和原油分別在最大吸收波長下測(cè)定吸光度，計(jì)算脫色率[8]。脫色率按式（2）計(jì)算。

式中：A1為原油的吸光度；A2為脫色油的吸光度。

1.3.4 單因素試驗(yàn)

1.3.4.1 不同脫色劑對(duì)化妝品級(jí)山茶油脫色效果的影響

在脫色溫度80 ℃、脫色時(shí)間15 min、脫色劑用量2%、攪拌速度100 r/min的條件下，選擇活性白土、活性炭、凹凸棒土3種脫色劑進(jìn)行脫色試驗(yàn)，確定適宜的脫色劑。

1.3.4.2 復(fù)配脫色劑比例對(duì)化妝品級(jí)山茶油脫色效果的影響

在脫色溫度80 ℃、脫色時(shí)間15 min、復(fù)配脫色劑用量2%、攪拌速度100 r/min條件下，設(shè)定白土與活性炭比例分別為20∶1，10∶1，5∶1，4∶1，3∶1，2∶1和1∶1進(jìn)行脫色試驗(yàn)，確定適宜的脫色劑比例。

1.3.4.3 脫色溫度對(duì)山茶油脫色率的影響

在白土與活性炭比例20∶1、脫色時(shí)間15 min、脫色劑添加量2%、攪拌速度100 r/min的條件下，設(shè)定脫色溫度分別為60，70，80，90和100 ℃進(jìn)行脫色試驗(yàn)，研究不同脫色溫度對(duì)化妝品級(jí)山茶油脫色效果的影響。

1.3.4.4 脫色時(shí)間對(duì)山茶油脫色率的影響

在白土與活性炭比例20∶1，脫色溫度80 ℃、脫色劑添加量2%、攪拌速度100 r/min的條件下，設(shè)定脫色時(shí)間分別為5，10，15，20和25 min進(jìn)行脫色試驗(yàn)，研究不同脫色時(shí)間對(duì)化妝品級(jí)山茶油脫色效果的影響。

1.3.4.5 脫色劑添加量對(duì)山茶油脫色率的影響

在白土與活性炭比例20∶1、脫色溫度80 ℃、脫色時(shí)間15 min、攪拌速度100 r/min的條件下，設(shè)定脫色劑添加量分別為1%，2%，3%，4%，5%和6%進(jìn)行脫色試驗(yàn)，研究不同脫色劑添加量對(duì)化妝品級(jí)山茶油脫色效果的影響。

1.3.4.6 脫色過程中攪拌速度對(duì)山茶油脫色率的影響

在活性白土與活性炭比例20∶1，脫色溫度80 ℃、脫色時(shí)間15 min、脫色劑添加量2%的條件下，設(shè)定攪拌速度分別為50，100，150，200和250 r/min進(jìn)行脫色試驗(yàn)，研究不同攪拌速度對(duì)山茶油脫色效果的影響。

1.3.5 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，選擇脫色溫度、脫色時(shí)間、脫色劑添加量和攪拌速度設(shè)計(jì)四因素三水平L9(34)正交試驗(yàn)，確定最佳脫色工藝，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。

表1 化妝品級(jí)山茶油脫色試驗(yàn)因素與水平

1.3.6 數(shù)據(jù)處理

每組試驗(yàn)重復(fù)3次，采用SPSS對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，采用Excel對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 最大吸收波長的確定

由圖1可知，山茶油的最大吸收波長是455 nm。該結(jié)果與其他文獻(xiàn)有差異，吳建寶等[4]測(cè)定的最大波長是430 nm，孫志芳[9]測(cè)定的最大波長是480 nm，可能由于油品的不同導(dǎo)致最大吸收波長不同，但是基本均在400～500 nm之間。

圖1 紫外可見光譜掃描

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 不同脫色劑對(duì)脫色率的影響

由圖2可知，3種脫色劑的脫色率在93%，且脫色效果無顯著差異。因此從實(shí)際生產(chǎn)的成本角度考慮選擇活性白土作為脫色劑。其次考慮到生產(chǎn)中需要活性炭脫除白土無法脫去的苯并芘等有害物質(zhì)，因此需要白土和活性炭復(fù)配使用。

圖2 不同脫色劑對(duì)脫色率的影響

2.2.2 脫色劑比例對(duì)脫色率的影響

由圖3可以看出，脫色劑不同比例的脫色效果之間沒有顯著性差異，因此從生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)角度考慮，選擇白土與活性炭比例為20∶1。

圖3 不同復(fù)配脫色劑比例對(duì)脫色率的影響

2.2.3 脫色溫度對(duì)山茶油脫色率的影響

由圖4可知，隨著脫色溫度的增高，脫色率呈現(xiàn)顯著上升的趨勢(shì)。當(dāng)溫度達(dá)到90 ℃時(shí)，脫色率達(dá)到94.66%，之后脫色率無顯著變化。提高脫色溫度能夠加快脫色劑與油脂有色物質(zhì)接觸，加快油脂脫色[10]。溫度過高也會(huì)加快山茶油的氧化，影響山茶油品質(zhì)。因此選擇90 ℃進(jìn)行后續(xù)正交試驗(yàn)。

圖4 不同脫色溫度對(duì)脫色率的影響

2.2.4 脫色時(shí)間對(duì)脫色率的影響

由圖5可知，脫色率隨脫色時(shí)間的延長而呈顯著增加的趨勢(shì)，脫色時(shí)間20 min的脫色率達(dá)到95.03%，之后無顯著差異。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，時(shí)間越長，山茶油會(huì)慢慢氧化，一般生產(chǎn)時(shí)間也不超過30 min，因此選擇脫色時(shí)間20 min進(jìn)行后續(xù)正交試驗(yàn)。

圖5 不同脫色時(shí)間對(duì)脫色率的影響

2.2.5 脫色劑添加量對(duì)脫色率的影響

不同脫色劑添加量對(duì)脫色率的影響結(jié)果見圖6。由圖6可知，脫色劑添加量顯著影響脫色效果。脫色劑添加量在1%～5%范圍內(nèi)時(shí)，脫色率隨脫色劑添加量的增加而增加，脫色劑添加量為1%時(shí)，脫色率僅為80.72%，脫色率用量達(dá)到5%時(shí)，脫色率達(dá)到95.82%，而脫色劑添加量6%與5%無顯著差異，因此選擇脫色劑添加劑用量5%進(jìn)行后續(xù)正交試驗(yàn)。

圖6 不同脫色劑添加量對(duì)脫色率的影響

2.2.6 脫色過程中攪拌速度對(duì)山茶油脫色率的影響

脫色過程中攪拌速度對(duì)山茶油脫色率的影響結(jié)果見圖7。由圖7可知，脫色率隨攪拌速度的增大呈先增加后下降的趨勢(shì)，脫色率在攪拌速度為100 r/min時(shí)達(dá)到最大93.69%，攪拌速度繼續(xù)增加時(shí)脫色率降低。適當(dāng)攪拌可以使脫色劑與山茶油充分接觸，提高脫色效率。但由于劇烈的攪拌會(huì)加速山茶油的氧化，因此攪拌速度不能太高，因此選擇脫色攪拌速度100 r/min進(jìn)行后續(xù)正交試驗(yàn)。

圖7 不同脫色攪拌速度對(duì)脫色率的影響

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

按表1的正交因素水平設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

由表2可以看出，直觀最優(yōu)組合為A2B2C3D1，脫色率為98.46%，各因素的極差大小順序?yàn)镽A＞RC＞RB＞RD，即對(duì)山茶油脫色效果影響最大的是A因素（脫色溫度），其次是C因素（脫色劑添加量）、B因素（脫色時(shí)間），D因素（攪拌速度）的影響最小。由試驗(yàn)結(jié)果得到脫色條件的最優(yōu)組合為A3B3C3D1，與直觀組合不一致，進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)后，A3B3C3D1的驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果為98.22%，與直最優(yōu)組合的結(jié)果無顯著性差異。從經(jīng)濟(jì)角度考慮A2B2C3D1組合更合理。因此山茶油的最佳脫色條件是：脫色溫度90 ℃、脫色時(shí)間20 min、脫色劑添加量6%、脫色過程中攪拌速度150 r/min。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

以山茶油原油為原料，通過試驗(yàn)得出無色化妝品級(jí)山茶油脫色工藝條件為脫色溫度90 ℃、脫色時(shí)間20 min、脫色劑添加量6%、脫色過程中攪拌速度150 r/min，此條件下脫色率達(dá)到98.22%。