米糠蜡精制工艺研究

苏亚东，冯 瑞，宋静维，李 瑞，李祥超

（1.河南福美生物科技有限公司，河南长葛 461500；2.许昌市建设工程质量监测站，河南许昌 461000）

米糠蜡是一种天然的植物蜡，是由不同脂肪酸和不同一元醇所形成的酯类混合物，是米糠油精制时分离出来的一种副产品，也是油脂化工的一项重要原料[1-2]。精制的米糠蜡是白色固体，与其他植物蜡相比，具有无毒、硬度高、质地好等优点[3]，能够广泛应用在皮革、纸张、塑料、食品行业及精细化工业等领域。随着人们对米糠油的品质要求越来越高，大量的蜡质被脱除，由于国内外鲜有企业对此加以开发利用，造成了米糠蜡的极大浪费[4]。同时，米糠蜡中含油量、含胶量较高，颜色较深，又存在很重的酸败味，严重影响米糠蜡的应用。

针对米糠油蜡糊的特点，对米糠油蜡糊中的蜡的脱油、脱色、脱胶、脱臭等工艺条件进行了探索性试验，使得精制的蜡质符合日化、食品、药辅等精细化工原料的要求。目前，对米糠油蜡糊的脱油过程主要是压滤皂化法，这种方法虽然工艺简单、设备成本低，但蜡的品质较差，并有大量的回收油和蜡浪费，同时有大量废水排放[5]。因此，将采取溶剂萃取法脱油，利用蜡与油在有机溶剂中的溶解度差异进行分离，同时探索脱色、脱胶、脱臭等工艺条件，为今后米糠蜡精制工业化生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

原料：正庚烷、乙酸乙酯、石油醚和异丙醇，天津瑞金特化学品有限公司提供，以上试剂除特别说明外均为分析纯试剂；双氧水，浙江嘉化双氧水有限公司提供；柠檬酸，中粮生化能源有限公司提供；磷酸，河南首捷化工产品有限公司提供；活性炭，江苏竹溪活性炭有限公司提供；活性白土，黄山市白岳活性白土有限公司提供；离子交换树脂，浙江争光实业股份有限公司提供。

仪器装置：RE-54A型旋转蒸发仪，上海巴玖实业有限公司产品；7890B型气相色谱，安捷伦科技（中国）有限公司产品；WRR型熔点仪，北京中仪博腾科技有限公司产品；CS-810型透射分光测色仪，深圳市三恩时科技有限公司产品；L3-5KR型冷冻离心机，鑫贝西科学仪器（山东）有限公司产品。

1.2 试验方法

1.2.1 原料理化性质的测定

米糠蜡糊的理化指标测试方法见表1。

表1 米糠蜡糊的理化指标测试方法

1.2.2 脱油

准确称取20 g的蜡糊，在不同温度下加入料液比1∶3的不同有机溶剂，恒温搅拌1 h，然后缓慢降温至5℃析晶，低温离心分离，上清液回收溶剂和中性油脂，下层沉淀物减压干燥并称质量测量其纯度和收率。

式中：W纯度——脱油后蜡的纯度；

m蜡——脱油后蜡的质量，g；

m0——脱油前蜡的质量，g。

1.2.3 脱色

准确称取20 g脱油后粗蜡，将粗蜡在95℃下加热搅拌融化，之后加入7%质量比的吸附剂，恒温搅拌指定的时间后，保温过滤，测量色度。

1.2.4 脱胶

准确称取20 g脱色后粗蜡，将粗蜡在95℃下加热搅拌融化，之后加入10%质量比的脱胶剂，恒温搅拌指定的时间后，保温离心，测量含胶量。

1.2.5 脱臭

准确称取20 g脱胶后粗蜡，先将粗蜡在95℃融化，然后升到指定的温度下，在2 bar的真空度下通入流量为1 L/H的水蒸气，汽提1 h，降温并检测其嗅度。

2 结果与分析

2.1 原料指标

米糠蜡糊，内蒙古多利食品有限公司提供。

米糠蜡糊的理化指标测定结果见表2。

表2 米糠蜡糊的理化指标测定结果

2.2 精制工艺优化

2.2.1 脱油

影响米糠油蜡糊脱油的主要因素是溶剂的选择[6]，选用不同的溶剂测试了蜡在不同温度下的溶解度。

米糠蜡在不同溶剂中的溶解度见图1。

图1 米糠蜡在不同溶剂中的溶解度

根据图1试验选择了石油醚、乙酸乙酯、异丙醇、正庚烷作为萃取溶剂，采用单次萃取方式对蜡糊进行处理。

不同溶剂萃取蜡糊的纯度和收率见图2。

图2 不同溶剂萃取蜡糊的纯度和收率

由图2可知，从萃取蜡的纯度上来看，溶剂的萃取效果属正庚烷最佳，其余依次为石油醚、乙酸乙酯、异丙醇，经正庚烷处理得到的米糠蜡纯度含量可达92%，但收率仅为53%；而乙酸乙酯处理的蜡糊，不仅米糠蜡的纯度达到了90%，而且蜡的收率高达95%。综合考虑，选择乙酸乙酯作为提取米糠蜡的溶剂并在70℃下进行萃取。经过二次萃取，米糠蜡的纯度高达99.5%，含油量不到0.3%。

2.2.2 脱色

米糠粗蜡颜色深、色素含量高，严重影响蜡品的外观和性能[7]，将利用化学及物理吸附的方法探索去除蜡中的大量色素及其他杂质的工艺条件。采用质量分数为7%的活性炭、7%的活性白土、7%的离子交换树脂、7%的双氧水，研究在不同时间下脱色的试验效果。

不同脱色剂下粗蜡的色度和脱色率见图3。

图3 不同脱色剂下粗蜡的色度和脱色率

由图3可知，7%的活性炭对粗蜡的脱色效果最好，其他脱色剂脱色效果依次为活性白土、双氧水、离子交换树脂，且随着脱色时间的延长，脱色率在不断提高，在50 min时，脱色率就已经达到了99%，50 min后脱色率提升不再那么明显，考虑到脱色的效率及成本。因此，将选择7%的活性炭脱色时间为50 min，可以将粗蜡的色度降到1.0以下。

2.2.3 脱胶

由于粗蜡中含有少量的磷脂、微量重金属、蛋白质、糖类和一些热敏性色素等胶质，严重影响米糠蜡在高端产业的应用[7]。将采用水化法、酸化法、吸附法进行脱胶，试验以纯化水、10%磷酸溶液、10%柠檬酸溶液、活性白土4种方法对米糠蜡进行脱胶研究。

按脱胶温度95℃，纯化水添加量10%，质量分数10%磷酸溶液添加量10%，质量分数10%柠檬酸溶液的添加量10%，活性白土添加量10%分别进行试验，设定时间分别为10，30，50，70，90 min。

不同脱胶法对粗蜡的胶含量和脱胶率见图4。

图4 不同脱胶法对粗蜡的胶含量和脱胶率

由图4可知，10%的柠檬酸溶液对粗蜡的脱胶效果最好，随着时间的延长，在90 min时，脱胶的效果可以达到100%，彻底除去胶质，是由于柠檬酸可以将磷脂更好地转化为水化磷脂，并形成絮状物吸附重金属、热敏性色素等杂质。因此，选择柠檬酸溶液进行粗蜡的脱胶，在95℃下脱胶时间90 min，可以将粗蜡的胶含量控制在0.1%以下。

2.2.4 脱臭

米糠蜡由于在日化、食品、药辅等领域应用，酸味及臭味严重影响其广泛的应用。将采用高温高真空度下利用蒸汽带走甾醇类和低沸点的芳香类物质，达到无臭无味的效果[8]。

下面将依次按照150，160，170，180℃，在2 bar的真空度下汽提1 h试验效果。

不同温度下汽提脱臭的效果见表3。

表3 不同温度下汽提脱臭的效果

由表3可知，在160℃，2 bar条件下，脱臭1 h，嗅度达到了0，而随着温度的升高嗅度增加，根据Sindhu K T C等人[9]对米糠蜡组分分析，精制的米糠蜡以C42脂肪酯为主，除此之外还含有少量的不饱和酯、甾醇、甘三酯、维E等。而随着温度的升高，部分蜡质被氧化，低熔点的酯类和不饱和酯被破坏，同时一些像维E之类的东西也被带走了，因此，选择160℃，2 bar，汽提1 h的工艺条件进行脱臭，经过脱臭的米糠蜡嗅度为0。

2.3 精制米糠蜡的理化性能测试

通过采用乙酸乙酯萃取从蜡糊中提取粗蜡，并经脱色、脱胶、脱臭等进行精制，得到高品质的米糠蜡。

精制米糠蜡的理化性能见表4。

表4 精制米糠蜡的理化性能

由表4可知，精制米糠蜡的各项理化性能指标不仅达到了国内、国际食品法典标准GB1886.84，美国FDA-21CFR184.1978和175.320，欧洲E903，nr.231/2012等要求，而且是纯度大于99.5%，色度小于1.0，嗅度为0的高端蜡品。说明经过脱油、脱色、脱胶、脱臭等过程精制，可以得到品质较高的米糠蜡。

3 结论

采用溶剂萃取法，以乙酸乙酯为溶剂，2次萃取可以有效地去除米糠油蜡糊中的非蜡组分，得到含油较低的米糠蜡；同时，通过采用7%的活性炭吸附脱色，10%的柠檬酸水溶液脱胶，在160℃，2 bar条件下汽提脱臭等精制工艺，得到熔点为78℃，纯度为99.6%，含油量小于0.3%，含胶量小于0.1%，色度小于1.0，嗅度为0的精制米糠蜡，产品各项指标达到了国际食品法典标准要求，并能满足日化、食品、药辅等精细化工领域的应用。