米糠蠟精制工藝研究

蘇亞東，馮 瑞，宋靜維，李 瑞，李祥超

（1.河南福美生物科技有限公司，河南長葛 461500；2.許昌市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)測站，河南許昌 461000）

米糠蠟是一種天然的植物蠟，是由不同脂肪酸和不同一元醇所形成的酯類混合物，是米糠油精制時分離出來的一種副產(chǎn)品，也是油脂化工的一項重要原料[1-2]。精制的米糠蠟是白色固體，與其他植物蠟相比，具有無毒、硬度高、質(zhì)地好等優(yōu)點[3]，能夠廣泛應(yīng)用在皮革、紙張、塑料、食品行業(yè)及精細(xì)化工業(yè)等領(lǐng)域。隨著人們對米糠油的品質(zhì)要求越來越高，大量的蠟質(zhì)被脫除，由于國內(nèi)外鮮有企業(yè)對此加以開發(fā)利用，造成了米糠蠟的極大浪費[4]。同時，米糠蠟中含油量、含膠量較高，顏色較深，又存在很重的酸敗味，嚴(yán)重影響米糠蠟的應(yīng)用。

針對米糠油蠟糊的特點，對米糠油蠟糊中的蠟的脫油、脫色、脫膠、脫臭等工藝條件進(jìn)行了探索性試驗，使得精制的蠟質(zhì)符合日化、食品、藥輔等精細(xì)化工原料的要求。目前，對米糠油蠟糊的脫油過程主要是壓濾皂化法，這種方法雖然工藝簡單、設(shè)備成本低，但蠟的品質(zhì)較差，并有大量的回收油和蠟浪費，同時有大量廢水排放[5]。因此，將采取溶劑萃取法脫油，利用蠟與油在有機(jī)溶劑中的溶解度差異進(jìn)行分離，同時探索脫色、脫膠、脫臭等工藝條件，為今后米糠蠟精制工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

原料：正庚烷、乙酸乙酯、石油醚和異丙醇，天津瑞金特化學(xué)品有限公司提供，以上試劑除特別說明外均為分析純試劑；雙氧水，浙江嘉化雙氧水有限公司提供；檸檬酸，中糧生化能源有限公司提供；磷酸，河南首捷化工產(chǎn)品有限公司提供；活性炭，江蘇竹溪活性炭有限公司提供；活性白土，黃山市白岳活性白土有限公司提供；離子交換樹脂，浙江爭光實業(yè)股份有限公司提供。

儀器裝置：RE-54A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海巴玖實業(yè)有限公司產(chǎn)品；7890B型氣相色譜，安捷倫科技（中國）有限公司產(chǎn)品；WRR型熔點儀，北京中儀博騰科技有限公司產(chǎn)品；CS-810型透射分光測色儀，深圳市三恩時科技有限公司產(chǎn)品；L3-5KR型冷凍離心機(jī)，鑫貝西科學(xué)儀器（山東）有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗方法

1.2.1 原料理化性質(zhì)的測定

米糠蠟糊的理化指標(biāo)測試方法見表1。

表1 米糠蠟糊的理化指標(biāo)測試方法

1.2.2 脫油

準(zhǔn)確稱取20 g的蠟糊，在不同溫度下加入料液比1∶3的不同有機(jī)溶劑，恒溫攪拌1 h，然后緩慢降溫至5℃析晶，低溫離心分離，上清液回收溶劑和中性油脂，下層沉淀物減壓干燥并稱質(zhì)量測量其純度和收率。

式中：W純度——脫油后蠟的純度；

m蠟——脫油后蠟的質(zhì)量，g；

m0——脫油前蠟的質(zhì)量，g。

1.2.3 脫色

準(zhǔn)確稱取20 g脫油后粗蠟，將粗蠟在95℃下加熱攪拌融化，之后加入7%質(zhì)量比的吸附劑，恒溫攪拌指定的時間后，保溫過濾，測量色度。

1.2.4 脫膠

準(zhǔn)確稱取20 g脫色后粗蠟，將粗蠟在95℃下加熱攪拌融化，之后加入10%質(zhì)量比的脫膠劑，恒溫攪拌指定的時間后，保溫離心，測量含膠量。

1.2.5 脫臭

準(zhǔn)確稱取20 g脫膠后粗蠟，先將粗蠟在95℃融化，然后升到指定的溫度下，在2 bar的真空度下通入流量為1 L/H的水蒸氣，汽提1 h，降溫并檢測其嗅度。

2 結(jié)果與分析

2.1 原料指標(biāo)

米糠蠟糊，內(nèi)蒙古多利食品有限公司提供。

米糠蠟糊的理化指標(biāo)測定結(jié)果見表2。

表2 米糠蠟糊的理化指標(biāo)測定結(jié)果

2.2 精制工藝優(yōu)化

2.2.1 脫油

影響米糠油蠟糊脫油的主要因素是溶劑的選擇[6]，選用不同的溶劑測試了蠟在不同溫度下的溶解度。

米糠蠟在不同溶劑中的溶解度見圖1。

圖1 米糠蠟在不同溶劑中的溶解度

根據(jù)圖1試驗選擇了石油醚、乙酸乙酯、異丙醇、正庚烷作為萃取溶劑，采用單次萃取方式對蠟糊進(jìn)行處理。

不同溶劑萃取蠟糊的純度和收率見圖2。

圖2 不同溶劑萃取蠟糊的純度和收率

由圖2可知，從萃取蠟的純度上來看，溶劑的萃取效果屬正庚烷最佳，其余依次為石油醚、乙酸乙酯、異丙醇，經(jīng)正庚烷處理得到的米糠蠟純度含量可達(dá)92%，但收率僅為53%；而乙酸乙酯處理的蠟糊，不僅米糠蠟的純度達(dá)到了90%，而且蠟的收率高達(dá)95%。綜合考慮，選擇乙酸乙酯作為提取米糠蠟的溶劑并在70℃下進(jìn)行萃取。經(jīng)過二次萃取，米糠蠟的純度高達(dá)99.5%，含油量不到0.3%。

2.2.2 脫色

米糠粗蠟顏色深、色素含量高，嚴(yán)重影響蠟品的外觀和性能[7]，將利用化學(xué)及物理吸附的方法探索去除蠟中的大量色素及其他雜質(zhì)的工藝條件。采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%的活性炭、7%的活性白土、7%的離子交換樹脂、7%的雙氧水，研究在不同時間下脫色的試驗效果。

不同脫色劑下粗蠟的色度和脫色率見圖3。

圖3 不同脫色劑下粗蠟的色度和脫色率

由圖3可知，7%的活性炭對粗蠟的脫色效果最好，其他脫色劑脫色效果依次為活性白土、雙氧水、離子交換樹脂，且隨著脫色時間的延長，脫色率在不斷提高，在50 min時，脫色率就已經(jīng)達(dá)到了99%，50 min后脫色率提升不再那么明顯，考慮到脫色的效率及成本。因此，將選擇7%的活性炭脫色時間為50 min，可以將粗蠟的色度降到1.0以下。

2.2.3 脫膠

由于粗蠟中含有少量的磷脂、微量重金屬、蛋白質(zhì)、糖類和一些熱敏性色素等膠質(zhì)，嚴(yán)重影響米糠蠟在高端產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用[7]。將采用水化法、酸化法、吸附法進(jìn)行脫膠，試驗以純化水、10%磷酸溶液、10%檸檬酸溶液、活性白土4種方法對米糠蠟進(jìn)行脫膠研究。

按脫膠溫度95℃，純化水添加量10%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%磷酸溶液添加量10%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%檸檬酸溶液的添加量10%，活性白土添加量10%分別進(jìn)行試驗，設(shè)定時間分別為10，30，50，70，90 min。

不同脫膠法對粗蠟的膠含量和脫膠率見圖4。

圖4 不同脫膠法對粗蠟的膠含量和脫膠率

由圖4可知，10%的檸檬酸溶液對粗蠟的脫膠效果最好，隨著時間的延長，在90 min時，脫膠的效果可以達(dá)到100%，徹底除去膠質(zhì)，是由于檸檬酸可以將磷脂更好地轉(zhuǎn)化為水化磷脂，并形成絮狀物吸附重金屬、熱敏性色素等雜質(zhì)。因此，選擇檸檬酸溶液進(jìn)行粗蠟的脫膠，在95℃下脫膠時間90 min，可以將粗蠟的膠含量控制在0.1%以下。

2.2.4 脫臭

米糠蠟由于在日化、食品、藥輔等領(lǐng)域應(yīng)用，酸味及臭味嚴(yán)重影響其廣泛的應(yīng)用。將采用高溫高真空度下利用蒸汽帶走甾醇類和低沸點的芳香類物質(zhì)，達(dá)到無臭無味的效果[8]。

下面將依次按照150，160，170，180℃，在2 bar的真空度下汽提1 h試驗效果。

不同溫度下汽提脫臭的效果見表3。

表3 不同溫度下汽提脫臭的效果

由表3可知，在160℃，2 bar條件下，脫臭1 h，嗅度達(dá)到了0，而隨著溫度的升高嗅度增加，根據(jù)Sindhu K T C等人[9]對米糠蠟組分分析，精制的米糠蠟以C42脂肪酯為主，除此之外還含有少量的不飽和酯、甾醇、甘三酯、維E等。而隨著溫度的升高，部分蠟質(zhì)被氧化，低熔點的酯類和不飽和酯被破壞，同時一些像維E之類的東西也被帶走了，因此，選擇160℃，2 bar，汽提1 h的工藝條件進(jìn)行脫臭，經(jīng)過脫臭的米糠蠟嗅度為0。

2.3 精制米糠蠟的理化性能測試

通過采用乙酸乙酯萃取從蠟糊中提取粗蠟，并經(jīng)脫色、脫膠、脫臭等進(jìn)行精制，得到高品質(zhì)的米糠蠟。

精制米糠蠟的理化性能見表4。

表4 精制米糠蠟的理化性能

由表4可知，精制米糠蠟的各項理化性能指標(biāo)不僅達(dá)到了國內(nèi)、國際食品法典標(biāo)準(zhǔn)GB1886.84，美國FDA-21CFR184.1978和175.320，歐洲E903，nr.231/2012等要求，而且是純度大于99.5%，色度小于1.0，嗅度為0的高端蠟品。說明經(jīng)過脫油、脫色、脫膠、脫臭等過程精制，可以得到品質(zhì)較高的米糠蠟。

3 結(jié)論

采用溶劑萃取法，以乙酸乙酯為溶劑，2次萃取可以有效地去除米糠油蠟糊中的非蠟組分，得到含油較低的米糠蠟；同時，通過采用7%的活性炭吸附脫色，10%的檸檬酸水溶液脫膠，在160℃，2 bar條件下汽提脫臭等精制工藝，得到熔點為78℃，純度為99.6%，含油量小于0.3%，含膠量小于0.1%，色度小于1.0，嗅度為0的精制米糠蠟，產(chǎn)品各項指標(biāo)達(dá)到了國際食品法典標(biāo)準(zhǔn)要求，并能滿足日化、食品、藥輔等精細(xì)化工領(lǐng)域的應(yīng)用。