化妆品用茶油精炼工艺及性能研究决赛版

化妆品用茶油精炼工艺及性能研究林锷 廖小霖 许宝如 叶海花 潘敏仪指导老师：吴雪辉（华南农业大学食品学院 广州 510642）摘 要：以压榨毛茶油为原料，探讨了化妆品茶油的精炼方法与工艺条件，通过正交试验优化出化妆品茶油的最佳精炼工艺：采用低温酸化脱胶，柠檬酸用量0.4%、加水量2%、温度40、时间2h；碱炼脱酸，碱液浓度16Be、碱炼初温40、终温60、碱炼时间20min；活性炭脱色，活性炭用量为2%、控制油温60、脱色时间25min。精炼后的化妆品茶油具有很好的紫外吸收能力和良好的保湿性能，较高的氧化稳定性，以及对细菌、霉菌、酵母菌具有良好的抑菌效果。其主要脂肪酸组成为棕榈酸9.99%、硬脂酸1.7%、油酸79.15%、亚油酸4.39%，各项指标均达到化妆品用油的质量标准。关键词：精炼 化妆品茶油 脂肪酸组成 紫外吸收作用 保湿性能 氧化稳定性 抑菌作用The Refining Technics and the Properties of Camellia Oil for CosmeticsLIN E LIAO Xiao-lin XU Bao-ru YE Hai-hua PAN Min-yiAdvisor：Wu Xue-hui (College of Food Science, South China Agricultural University, Guangzhou, 510642)Abstract: The pressed wool camellia oil was taken as the raw materi to study the the technics for degumming, deacidification and bleaching for camellia oil, to discuss the possibility of camellia oil application in cosmetics, and to set up a set of refinement processing technology for cosmetic oil, in order to offer a new way for the camellia oil utilization. The conclusions of the best refining technics of camellia oil for cosmetics were based on single factor experiments and orthogonal experiments. The operation by low-temperature hydration degumming was refined at 40 with 2% water and 0.4% citric acid for 2 hours. And the technics for deacidification was with the concentration of NaOH 16Be, the beginning temperature 40 and the final temperature 60 for 20min under stirring. The re-washing process was followed the deacidification in order to remove the residuary alkali and soap. The operation was by 8% hot water at 80, and then drying at 0.1 MPa, 80. The technics by normal-pressure adsorption bleaching was to decolor at 60 with 2% active clay for 25min under stirring in normal-pressure condition. After refining, the oil had high absorptive capacity of Ultraviolet，good moisture retention , high oxidative stability, and strong antimicrobial activity to mold, yeast and bacteria tested .The main components detected were palmitic acid9.99%, stearic acid 1.7 %, oleic acid 79.15 %, linoleic acid 4.39%. It was concluded that the quality indexes of the camellia oil satisfied the standard of cosmetic oil.Key word: Refining; Camellia oil for cosmetics; Fatty acid composition; Absorptive of Ultraviolet; Moisture retention; Oxidative stability; Antimicrobial activity茶油(又名山茶油，野山茶油，油茶籽油)是从山茶科油茶树种中获得的，是我国最古老的木本食用植物油之一，主要分布在湖南、江西、广西、广东、福建、浙江等南方省区1。茶油富含不饱和脂肪酸，脂肪酸组分与橄榄油组分相似，素有“东方的橄榄油”的美称。茶油中还含有茶多酚、角鲨烯、VA、VE、VD、VK、胡萝卜素等多种功能性成分，具有明显保健功能2。茶油是一种优质的化妆品用油，现代医学分析证明，茶油的主要成分油酸，与人体皮肤有很好亲合性，无刺激，对酸化有一定的稳定性，有较好的渗透性，易被人体皮肤吸收 3,4；茶油是不干性油，能使头发肌肤长时间保持鲜艳而有光泽；茶油吸收紫外线能力强，可防止UV-B对的人体皮肤的危害5。另外，茶油中还含有一定量的皂苷，具有杀菌消毒的作用6。本文针对化妆品基质油的要求，利用茶油的功能和特性，研究妆品用茶油的精炼工艺与参数，测定精炼后茶油的紫外吸收和保湿性能，拓展茶油的应用途径用途，开发茶油高附加值产品，提高茶油的经济价值和效益，促进茶油产业的发展。1 材料与方法1.1 材料与仪器设备甲醇、冰乙酸、过氧化氢、浓硫酸、钼酸铵、硫酸肼、无水磷酸二氢钾、乙醚、无水乙醇、氢氧化钠、氢氧化钾、硫代硫酸钠、可溶性淀粉、环己烷、丙三醇、三氯甲烷、碘化钾、活性炭、活性白土：均为分析纯。HJ-6多头磁力加热搅拌器：常州国华电器有限公司；PDL-5-A低速大容量离心机：上海安亭科学仪器厂；RE-52A旋转蒸发器：上海亚荣生化仪器厂；SHZ-D（）循环水式真空泵： 巩义市予华仪器有限责任公司；手动（可调式）移液器：上海大龙医疗设备有限公司；DGG-9420A型电热恒温鼓风干燥箱：上海森信实验仪器有限公司； LRH-250-GSB智能人工气候培养箱：广东省医疗器械公司；UV-1700型双光束紫外-可见分光光度计：日本岛津公司；气相色谱-质谱联用仪：Finnigan公司。1.2 实验与分析方法1.2.1 茶油精炼工艺流程毛茶油 预处理 酸化脱胶 碱炼脱酸 水洗 真空干燥 脱色 化妆品茶油1.2.2 茶油理化指标的测定7（1）酸价：按GB553085的方法进行；（2）碘价：按GB553255的方法进行；（3）水分及挥发物：按GB552885的方法进行；（4）过氧化值：按GB5538-85的方法进行；（5）磷脂含量：按GB553785的方法进行；（6）色泽：按GB5525-85的方法进行。1.2.3 茶油脂肪酸组成分析8采用气-质联用法。样品的甲酯化：取油样3滴至容量瓶中，加入4KOHCH3OH溶液1 mL，在55水浴中皂化20min，加入几滴BF3乙醚溶液，在室温下放置15min，冷却后加正己烷4 mL和蒸馏水15 mL，振摇，静置分层，有机层水洗至中性，离心取上清液进行测定。色谱条件：DB-1色谱柱30m0.25mm。程序升温，柱温 100保持5min，以10/min的速度升至200，保持5min，以5/min的速度升至220保持3min，采用脉冲不分流进样，进样口温度230，进样量为0.2L。He流速1 mL/min。质谱条件：采用EI离子源，电子能量为70ev，350v，扫描质量为35395amu。1.2.4 茶油光谱特性分析9,10在装有20 mL环己烷的细口瓶中加入2 mL茶油样品，轻摇5min混匀，静止10min，在波长范围为1901100nm下测定样品的光谱特性A-曲线。1.2.5 茶油保水性能分析11-13准确称量用水配置的5%的精炼茶油和甘油0.2g，涂敷在贴上3M胶布的7.5 cm7.5 cm玻璃板上，放进相对湿度为45%的人工气候培养箱中，定时取样称量，并按下式计算样品的失水率。失水率（%）= (M1-M2)/M1M1放置前样品的重量；M2放置后样品的重量。2 结果与分析2.1 毛茶油品质指标的测定按1.2.2的方法测定原料压榨毛茶油的各项指标，为后面的精炼工艺提供参考数据，结果如表1。表1 毛茶油的主要质量指标吸光度（430nm）磷脂含量（mg/g）酸价（mg/g）碘价（g）过氧化值（mmol/kg）1.4953.08011.381.54.02.2 脱胶工艺采用低温酸化脱胶工艺，在单因素实验的基础上，选择加水量、柠檬酸用量、温度、时间4个因素，进行L9（34）正交试验，因素水平见表2，正交实验结果及数据处理略。表2 脱胶正交试验因素水平表水平A加水量（%）B柠檬酸用量（%）C温度（）D时间（h）110.3301220.4401.5330.5502由正交试验结果和极差分析可知，各因素对脱胶效果的影响顺序为：脱胶时间加水量温度柠檬酸用量，最佳工艺条件为A2B2C2D3，即加水量2%，柠檬酸用量0.4%，温度40，时间2h，在此优化条件下，进行3次平行试验验证，脱胶茶油中磷脂含量为0.79mg/g，比正交试验中最好组合的0.801mg/g要低，说明A2B2C2D3最优水平组合。2.3 脱酸工艺 为了确定脱酸的适宜条件，在单因素实验的基础上，选择碱液浓度、初温、终温、碱炼时间4个因素，进行L9（34）正交试验，因素水平如表3所示。表3 碱炼脱酸正交试验因素水平表水平A碱液浓度（Be）B初温（）C终温（）D碱炼时间（min）116406020218507030320608040由正交试验结果表（略）分析可知，碱炼脱酸的最佳工艺条件为：A1B2C1D3，即碱液浓度16Be，初温50，终温60，碱炼时间40min，极差计算结果显示，各因素对碱炼脱酸的影响次序为：碱液浓度碱炼时间初温终温。按优选出的条件进行3次验证试验，脱酸茶油酸价为0.05mg/g，而正交试验中的最好组合A1B1C1D1脱酸后茶油的酸价为0.051mg/g。考虑到生产效率和能源的消耗，选择A1B1C1D1为最优脱酸工艺，即碱液浓度16Be，初温40，终温60，碱炼时间20min。2.4 脱色工艺对脱酸茶油经2次水洗，真空干燥后，采用活性白土和活性炭作为脱色剂进行脱色，将脱酸茶油加热到60，分别加入0.5%、1%、2%、3%、4%、5%、6%的活性炭和活性白土，慢速搅拌20min，过滤后，测定其吸光度，结果如图1所示。图1 活性炭和活性白土的脱色效果由图1可以看出，随着脱色剂用量的增加，茶油的颜色变浅。其中活性炭的脱色效果比活性白土好，当活性炭用量为2%，茶油的吸光度0.08，而活性白土要达到相同的脱色效果，添加量为5%，因此选择活性炭作为脱色剂。为了进一步优化脱色工艺，在单因素实验的基础上，选择活性炭用量、油温、脱色时间3个因素，进行L9（33）正交试验，因素水平如表4所示，正交试验结果表略。表4 脱色正交试验因素水平表水平A活性炭用量（%）B油温（）C时间（min）116020227025338030由正交试验结果可知，在脱色工艺中，各因素对脱色效果的影响顺序为：活性炭用量脱色时间油温，最佳脱色工艺条件为：A2B2C3，即活性炭用量2%，脱色温度70，脱色时间30min。对最佳工艺条件进行3次验证试验，得到脱色茶油的吸光度值为0.045，而正交试验中最好组合A2B1C2，得到的茶油吸光度值为0.043，综合考虑，选择A2B1C2，即活性炭用量2%，脱色温度60，脱色时间25min为最优脱色条件。2.5 化妆品茶油的主要质量指标对压榨毛茶油经柠檬酸脱胶、氢氧化钠脱酸、水洗、干燥、活性炭脱色，得到精炼茶油，按1.2.2的方法测定茶油的各项质量指标，并与化妆品用茶油标准14进行比较，结果如表5所示。表5 精炼茶油的主要质量指标指标成品油化妆品用茶油标准吸光度（430nm）0.0430.100磷脂含量（mg/g）0.056-酸价（mg/g）0.270.20.4碘价（g）80.67883过氧化值（mmol/kg）0.8-气味无气味无气味由表5可知，经上述工艺精炼后的茶油各项指标均已达到化妆品用油的要求。2.6 化妆品茶油的脂肪酸组成采用气质联用色谱分析法对精炼茶油中脂肪酸组分进行了测定，结果如图2所示。图2 茶油中脂肪酸组成的气相色谱图由图2可知，茶油中脂肪酸种类有15种，所鉴定的组分的峰面积占总峰面积的98.56%，利用峰面积归一化法得出各组分的相对百分含量，如表6所示。由表6可知，茶油的不饱和酸含量高达85.94%，油酸含量为79.10%。研究证明，油酸对人体皮肤能很好的溶合，无刺激，对酸化有一定的稳定性，易被人体皮肤吸收，因此茶油是一种作为油分补给剂的优油脂。表6 茶油中脂肪酸组成名称化学式相对含量1十五碳酸C15H30O20.932十六碳烯酸C16H30O20.283棕榈酸C16H32O29.994十七碳烯酸C17H32O21.655硬脂酸C18H36O21.706油酸C18H34O279.107亚油酸C18H32O24.398亚麻酸C18H30O20.159二十碳烯酸C20H38O20.3110花生四烯酸C20H32O20.0611其它酸C29H48O4C15H22O10C18H36O4C23H36O4C27H42O40.070.040.980.320.03不饱和脂肪酸85.94饱和脂肪酸12.622.7 化妆品茶油紫外光谱特性在波长范围为1901000nm下，以环己烷做参比，测定毛茶油和精炼茶油的光谱特性，测得的光谱特性如图3和图4所示。 图 3 毛茶油的光谱特性A-曲线 图 4 精炼茶油的光谱特性A-曲线由图3可知，毛茶油在紫外光区294nm处有一个较大的吸收峰，在可见光区430nm、450nm和480nm处均有吸收峰。经过精炼后，在可见光区所有吸收峰消失，茶油为无色。由图4可知，茶油在226294nm范围内，吸光度随着波长的增加而增加。茶油在294nm处有一个吸收峰，吸光度达到1.204，在294400nm范围内，茶油的吸光度随着波长的增加而迅速降低。由此可见，精炼茶油对紫外光有很好的吸收，在可见光区400800 nm、近红外光区8001000 nm几乎没有吸收。茶油之所以在紫外光区有较好的吸收性，可能是因为其独特的脂肪酸组分中包含的共轭双键在K吸收带产生的吸收。日光中的紫外线对皮肤有伤害作用，大量接受波长290320nm的紫外线照射，就会引起皮肤损害，即日光性皮炎。而波长大于320nm的紫外线，则会使皮肤色素沉着，产生“黝黑”现象。茶油在294nm处有最大的紫外吸收峰，就可起到良好的保护皮肤作用。2.8 化妆品茶油保湿性能以甘油为参照物，通过用测量失水率的方法对茶油的保湿效果进行评价，结果如图5所示。图5 茶油的保湿效果由图5可见，在一定湿度下，茶油的保湿效果与甘油接近。在皮肤表面形成一种润滑膜，对皮肤表层起封闭作用，防止水分蒸发，从而使角质层保持一定的含水量，说明精炼的茶油具有良好的保湿性能。2.9 化妆品茶油的氧化稳定性以过氧化值(POV)作为评价指标, 按1.2.2中过氧化值的方法测定不同温度和光照条件对茶油氧化稳定性的影响，结果如图6、图7所示。由图6可知, 在一定的时间范围内，茶油过氧化值的变化趋势随着温度的升高而增大，表明茶油的氧化稳定性随贮藏温度的升高明显降低；在2540温度范围内，茶油的过氧化值变化较小，表明在室温条件下茶油具有良好的氧化稳定性。图7表明，在一定的时间范围内，光照条件对茶油稳定性有很大的影响, 自然光和日光灯照射均对茶油的氧化有促进作用,但在避光条件下茶油不易被氧化，因此避光贮藏时，茶油的稳定性良好，有利于延长化妆品的贮藏期。 图6 不同温度对茶油稳定性的影响 图7 不用光照对茶油稳定性的影响2.10 茶油的抑菌能力采用滤纸片法研究茶油对细菌、霉菌、酵母菌的抑制能力。结果表明，茶油对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、黑曲霉和米曲霉、啤酒酵母具有良好的抑菌作用，最低抑菌浓度分别为3%、4%、7%、3%、1%，其抑菌效果与100g/mL的氨苄青霉素效果相当，且其抑菌能力几乎不受pH和温度的影响15 。3 结论通过对化妆品用茶油精炼工艺中的关键环节的探讨，确定茶油精炼工艺中脱胶条件为：柠檬酸用量为0.4%，加水量2%，脱胶温度40，脱胶时间2h；脱胶油采用碱炼脱酸，最佳工艺为：NaOH浓度16Be，初温为40，终温为60，碱炼时间20min；脱酸茶油经水洗、干燥后，加热到60，加入2活性炭，搅拌25min进行脱色，即可得到精炼茶油，经测定各项指标均达到化妆品用油的质量标准。化妆品茶油的不饱和酸含量高达85.94%，其中油酸含量为79.10%；紫外光谱显示化妆品茶油在紫外光区有较好的吸收性能；茶油与