化妝品級山茶油脫色工藝優化

楊選，張夏翊，劉覺天，王曄洋，黃莎，李偉榮*

1. 麗水市農林科學研究院（麗水 323000）；2. 麗水市食品藥品與質量技術檢驗檢測院（麗水 323000）；3. 浙江貝尼菲特藥業有限公司（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85%，是營養價值高的食用油。同時，山茶油具有較強的滲透性，且安全無毒副作用，所以在化妝品和醫藥行業的應用越來越廣泛[1-2]。色澤是化妝品用油的重要指標，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油脂，就必須對其進行脫色，去除油脂中的雜質和色素。吸附法脫色不但可以脫除色素，同時可以除去山茶油中殘留的微量皂腳、磷脂等膠質及多環芳烴等[4-5]。在原油的基礎上，選擇活性白土和活性炭復合脫色劑進行脫色，采用吸附法去除山茶油中的色素，對脫色劑的比例、脫色溫度、脫色時間、脫色劑添加量、脫色過程中攪拌速度進行單因素試驗以及正交試驗，以脫色率為指標，選擇合適脫色條件，使山茶油的色澤接近無色，達到化妝品用油的要求，為其工業化提供一定的理論依據。

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，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

TU-1810PC紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司；循環水式真空泵，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任公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

脫酸：首先測定原油的酸價，根據式（1）計算加堿量。

將原油置于磁力攪拌器中加熱到35 ℃，用計算出的加堿量加水制成 10%的堿液均勻地淋灑到油中，充分攪拌混合，并升溫至55 ℃，當油中出現皂腳絮狀凝聚物時降低攪拌速度，促使絮狀物進一步凝結，然后停止攪拌，恒溫靜置10 h[6]（具體時間視皂腳完全沉淀為準）。

水洗：將上層清油轉移至洗滌鍋，油溫升到80 ℃，同時加入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，再進行第二次水洗，待酚酞在廢水中不變色時停止水洗。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，在真空狀態下進行脫色，并攪拌；一定時間后脫色工藝完成，過濾得到脫色油。

1.3.2 最大吸收波長的測定

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

1.3.3 脫色率的測定

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

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

1.3.4.1 不同脫色劑對化妝品級山茶油脫色效果的影響

在脫色溫度80 ℃、脫色時間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種脫色劑進行脫色試驗，確定適宜的脫色劑。

1.3.4.2 復配脫色劑比例對化妝品級山茶油脫色效果的影響

在脫色溫度80 ℃、脫色時間15 min、復配脫色劑用量2%、攪拌速度100 r/min條件下，設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進行脫色試驗，確定適宜的脫色劑比例。

1.3.4.3 脫色溫度對山茶油脫色率的影響

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

1.3.4.4 脫色時間對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，設定脫色時間分別為5，10，15，20和25 min進行脫色試驗，研究不同脫色時間對化妝品級山茶油脫色效果的影響。

1.3.4.5 脫色劑添加量對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 ℃、脫色時間15 min、攪拌速度100 r/min的條件下，設定脫色劑添加量分別為1%，2%，3%，4%，5%和6%進行脫色試驗，研究不同脫色劑添加量對化妝品級山茶油脫色效果的影響。

1.3.4.6 脫色過程中攪拌速度對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 ℃、脫色時間15 min、脫色劑添加量2%的條件下，設定攪拌速度分別為50，100，150，200和250 r/min進行脫色試驗，研究不同攪拌速度對山茶油脫色效果的影響。

1.3.5 正交試驗

根據單因素試驗的結果，選擇脫色溫度、脫色時間、脫色劑添加量和攪拌速度設計四因素三水平L9(34)正交試驗，確定最佳脫色工藝，試驗設計見表1。

表1 化妝品級山茶油脫色試驗因素與水平

1.3.6 數據處理

每組試驗重復3次，采用SPSS對數據進行方差分析，采用Excel對結果進行統計分析。

2 結果與分析

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。該結果與其他文獻有差異，吳建寶等[4]測定的最大波長是430 nm，孫志芳[9]測定的最大波長是480 nm，可能由于油品的不同導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 單因素試驗結果分析

2.2.1 不同脫色劑對脫色率的影響

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。因此從實際生產的成本角度考慮選擇活性白土作為脫色劑。其次考慮到生產中需要活性炭脫除白土無法脫去的苯并芘等有害物質，因此需要白土和活性炭復配使用。

圖2 不同脫色劑對脫色率的影響

2.2.2 脫色劑比例對脫色率的影響

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，因此從生產經濟角度考慮，選擇白土與活性炭比例為20∶1。

圖3 不同復配脫色劑比例對脫色率的影響

2.2.3 脫色溫度對山茶油脫色率的影響

由圖4可知，隨著脫色溫度的增高，脫色率呈現顯著上升的趨勢。當溫度達到90 ℃時，脫色率達到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接觸，加快油脂脫色[10]。溫度過高也會加快山茶油的氧化，影響山茶油品質。因此選擇90 ℃進行后續正交試驗。

圖4 不同脫色溫度對脫色率的影響

2.2.4 脫色時間對脫色率的影響

由圖5可知，脫色率隨脫色時間的延長而呈顯著增加的趨勢，脫色時間20 min的脫色率達到95.03%，之后無顯著差異。在實際生產過程中，時間越長，山茶油會慢慢氧化，一般生產時間也不超過30 min，因此選擇脫色時間20 min進行后續正交試驗。

圖5 不同脫色時間對脫色率的影響

2.2.5 脫色劑添加量對脫色率的影響

不同脫色劑添加量對脫色率的影響結果見圖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%范圍內時，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，脫色率僅為80.72%，脫色率用量達到5%時，脫色率達到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%進行后續正交試驗。

圖6 不同脫色劑添加量對脫色率的影響

2.2.6 脫色過程中攪拌速度對山茶油脫色率的影響

脫色過程中攪拌速度對山茶油脫色率的影響結果見圖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，脫色率在攪拌速度為100 r/min時達到最大93.69%，攪拌速度繼續增加時脫色率降低。適當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進行后續正交試驗。

圖7 不同脫色攪拌速度對脫色率的影響

2.3 正交試驗結果分析

按表1的正交因素水平設計正交試驗，結果見表2。

由表2可以看出，直觀最優組合為A2B2C3D1，脫色率為98.46%，各因素的極差大小順序為RA＞RC＞RB＞RD，即對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（脫色時間），D因素（攪拌速度）的影響最小。由試驗結果得到脫色條件的最優組合為A3B3C3D1，與直觀組合不一致，進行驗證試驗后，A3B3C3D1的驗證試驗結果為98.22%，與直最優組合的結果無顯著性差異。從經濟角度考慮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 正交試驗結果

3 結論

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