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分子蒸馏技术及其应用.pdf

分子蒸馏技术及其应用

hunterli79
2009-02-09 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《分子蒸馏技术及其应用pdf》,可适用于工程科技领域

!"分子蒸馏技术及其应用江和源"#$段文华"$尉蕊仙("中国农业科学院茶叶研究所浙江杭州"’’’()#农业部茶叶化学工程重点开放实验室浙江杭州"’’’()陕西省粮油产品质量监督检验所$陕西西安*"’’(#)摘要:详细介绍分子蒸馏技术的基本原理及其在食品工业、色素、香料、医药工业、石油化工、农药等方面的应用并对分子蒸馏技术的应用前景进行分析这对食品和油脂等相关工业推广应用分子蒸馏技术具有一定的参考作用。关键词:分子蒸馏技术)原理)应用中图分类号:,’#("文献标识码:文章编号:文章编号:"’’*#’’’’’!"’不到冷凝面就会发生碰撞而返回溶液中很快与液相中重分子趋于动态平衡表观上不再从液相中逸出。通过这种方法就可以将轻分子和重分子进行分离"。分子平均自由程是一个分子在相邻的两次分子碰撞之间所经过的路程它的长短与分子有效直径、压力和温度有关""。当压力不变时物质的分子平均自由程随温度的增加而增加当温度不变时物质的分子平均自由程随压力的降低而增加。例如当系统中的压力为"时空气分子的平均自由程只有’’而当系统中的压力为’"时空气分子的平均自由程可以达到#。通常液面与冷凝面之间应该保持一定的温度差通过降低冷凝面的温度破坏体系中蒸汽分子的动态平衡提高分子蒸馏的速度。分子蒸馏速度的理论值可由:<=>和=ABC理论公式来计算:!"#$"!D,’式中(!每秒钟蒸馏出的蒸馏液重量$E<#蒸发面上的压力$$蒸发面的有效面积$#为分子量D气体常数(#FGHI’绝对温度$归纳总结分子蒸馏技术具有操作温度低、蒸馏压强低、受热时间短、分离程度和产品收率高、无毒、无害、无污染、无残留等特点"#可得到纯净安全的天然产物适用于较为复杂的混合物、对热敏感和附加值高的粘性物料的分离提纯可进行多级分子蒸馏可与超临界流体萃取技术、膜分离技术等配合使用。分子蒸馏技术在工业化应用上较其它常规蒸馏具有产品品质高、能耗小、成本低、易于放大应用等明显的优势。!分子蒸馏技术的应用!"#芳香精油的精制天然芳香精油具有较大的市场需求量产品附加值特别蒸馏是实现分离的一种最基本的方法可实现固体和液体或液体和液体混合物的分离。常规蒸馏的过程中经常采用减压的方法能够有效降低蒸馏所需要的温度从而可以避免有些物质在蒸馏过程中因受热分解而造成的损失。但是对于沸点高、热不稳定、粘度高或容易爆炸的物质并不适宜使用普通减压蒸馏法。为了分离和纯化这些特殊性质的物质一种新的分离技术分子蒸馏技术也相应产生。分子蒸馏是一种以液相中逸出的气相分子依靠气体扩散为主体的分离过程是在高真空度下进行分离操作的连续蒸馏过程实质上是一种特殊的液液蒸馏分离技术。分子蒸馏过程中待分离物质组分可在远低于常压沸点的温度下挥发并且各组分的受热过程很短因此成为目前分离目的产物最温和的蒸馏方法特别适合于分离高沸点、粘度大、热敏性的天然物料。目前分子蒸馏技术已成功地应用于食品、医药、化妆品、精细化工、香料工业等行业。#基本原理分子蒸馏技术的原理在于突破了常规蒸馏依靠沸点差分离物质的原理而是依靠不同物质分子逸出后的运动平均自由程的差别来实现物质的分离。普通蒸馏过程中当形成的蒸汽分子离开溶液液面后在运动中相互碰撞一部分进入冷凝器中另一部分则返回溶液内。分子蒸馏技术的特点在于溶液液面与冷凝器的冷凝面间距离十分靠近蒸汽分子离开液面后在它们的分子自由程内未经过相互碰撞就可到达冷凝面不再返回溶液内*。对液体混合物的分离首先要加热提供能量接受到足够能量的分子就会逸出液面成为气相分子。不同质量的分子由于分子有效直径不同一般轻分子的平均自由程较大重分子的平均自由程较小。若在离液面小于轻分子平均自由程而大于重分子平均自由程处设置一个冷凝面当轻分子到达冷凝面后就被冷凝从而使轻分子不断逸出而重分子达收稿日期:#’’’#*作者简介:江和源("*!)男江西省都昌县人博士副研究员研究方向为农产品加工及贮藏工程天然产物的提取与利用。西部粮油科技G#’’年第期JKLMNOPQPDMJPDPN:QR,L:QPJKM,:,STG#’’$MH!"高。从芳香植物中提取精油有水蒸汽蒸馏法、浸提法、压榨法、吸附法和超临界流体萃取法等。芳香油中香气成分组成复杂主要成分是醛、酮、醇类且大部分是萜类#这些化合物沸点高属热敏性物质在受热时很不稳定。分子蒸馏技术是一种从芳香油中分离挥发性物质的极好方法尤其适用于易挥发的风味物质可在不同真空度条件下分离提纯芳香油中的不同组分并可除去异臭物质、色素类杂质和低萜化合物从而提高天然香料的质量和品位$。分子蒸馏技术现已应用于芳香油的提纯例如桂皮油、玫瑰油、香根油、广藿香油、香茅油和山苍油等$’还用于从果汁、山核桃、奶酪、扇贝及调味大料油等香辛料中分离香精油也可以用于从小麦胚、葵花籽、红花籽、黄豆、花生、棕榈、苏籽、鳄梨、可可豆等提取食用植物油。!"!分子蒸馏单甘酯和高碳脂肪醇的制取单甘酯的全称是单脂肪酸甘油脂按照生产提纯过程的不同可分为分子蒸馏单甘酯和普通单甘酯$(。分子蒸馏技术采用)*,的高真空降低单甘酯的沸点在较低的温度下将单甘酯从中间产物中分离提纯可得到含量)的分子蒸馏单甘酯$"大大优于普通单甘酯的()!’。高碳脂肪醇是指二十碳以上的直链饱和脂肪醇常与高级脂肪酸结合生成酯而存在于虫蜡或植物蜡中如蜂蜡、糠蜡、蔗蜡、棉子蜡等。目前精制高级脂肪醇的工艺需经过醇相皂化、多种溶剂浸提、反复柱层析分离、溶剂结晶等多道加工工序。这种工艺十分复杂步骤繁多劳动量大安全性低还存在有机溶剂残留等问题开发保健品或药品也难于获得通过。采用分子蒸馏技术精制高级脂肪醇可避免有机溶剂的残留和污染加工工艺过程简单操作安全可靠自动化程度高产品质量高。!"#天然维生素的提纯天然维生素是生育酚的混合物主要存在于一些动植物组织中如小麦胚芽油、大豆油及油脂加工业的副产物脱臭馏分和油渣中。如小麦胚芽中维生素的含量高达)*)""小麦胚芽油中为)*’)*’’油脂脱臭馏出物中也含有丰富的维生素高达’")。由于维生素对热敏感沸点很高普通的真空精馏过程中易发生分解作用溶剂萃取法需要的步骤繁多收率较低。对天然维生素的精制可直接采用分子蒸馏提纯或将脱臭馏出物甲基化后再进行分子蒸馏提纯精制$)。采用分子蒸馏法在)*((*((,的高真空度下反复精制提纯可使维生素的纯度达到)以上最高可以达到。"*!天然色素的精制胡萝卜素是维生素的前体它既是一种生理活性物质又是一种天然色素已在食品、医药和化妆品等工业中得到广泛的应用。胡萝卜素的提取有化学合成法、从天然植物中提取和生物工程技术等途径其中从天然植物中提取的天然胡萝卜素倍受欢迎和关注已经成为发展趋势。例如红棕榈油中含有)*)的胡萝卜素将其在低温下甲酯化然后用三级分子蒸馏法回收胡萝卜素可获得含量!)以上的天然胡萝卜素质量明显优于浸提法、吸收法和皂化溶剂提取等传统方法得到的胡萝卜素$"。辣椒红色素是一种从成熟的辣椒果皮中提取的优良天然色素它具有良好的乳化分散性、耐光、耐热、耐酸碱和耐氧化性已被广泛应用于食品、医药以及化妆品等产品的着色过程。由于在提取过程中加入了有机溶剂用普通真空蒸馏脱溶剂处理辣椒红色素中仍然残留有"的有机溶剂不能满足食品工业的需要。用分子蒸馏技术对辣椒红色素处理后产品中有机溶剂残留体积分数仅为")’完全符合食用的质量要求。!"$医药工业上的应用分子蒸馏技术对天然活性物质所具有的高效分离和纯化的特点为一类新药创制过程中单体成分的分离纯化提供了简捷的手段。例如目前已经知道银杏叶中含有’种银杏内酯、、、:和其中银杏内酯在银杏叶中的含量仅为)*"。’种内酯的结构极其相似若采用传统的分离方法很难将其分离而采用分子蒸馏技术后分离难度就大大降低。分子蒸馏技术还可用于制备天然药物标准品、医药中间体的提纯等方面例如制备激素缩体、葡萄糖衍生物以及前面提到的天然维生素、!胡萝卜素等。分子蒸馏技术具有独特的优势用少量的粗提物在高效率的分离控制下可以将标准品与其它组分进行清晰分离从而使单体达到非常高的纯度。!"石油化工上的应用分子蒸馏技术可用于原油的分离与精制实现碳氢化合物的分离原油的渣油及其类似物的分离生产低蒸气压油、高黏度润滑油等还可精制提纯化工中间体、表面活性剂等产品如烷基多苷、高碳脂肪醇、羊毛醇酸、羊毛脂酸$。!"农药上的应用分子蒸馏技术在农药的应用可概括为两个方面:<脱除中药制剂中的残留农药和重金属该技术较其它传统方法更为高效=<精制和提纯农药及农药中间体包括氯菊酯、增效醚、氧乐果等。#分子蒸馏技术的应用前景分子蒸馏技术是在蒸馏技术的不断改进和发展中产生的是与真空技术与真空蒸馏技术的发展分不开的。由早期的真空间歇蒸馏经过降膜蒸馏、强制成膜蒸馏最后发展到分子蒸馏现工业化应用的分子蒸馏蒸发器有(种形式:自由降膜式、旋转刮膜式和机械离心式。后两种分子蒸馏设备具有结构简单、操作稳定、分离效率高、投资省、易于工业化推广等优点在未来工业应用中具有更为广阔的空间和发展前景$)。目前分子蒸馏技术的推广应用还需注意以下特点:><分子蒸馏技术是工艺与装备的结合体。分子蒸馏装江和源#等分子蒸馏技术及其应用"))(年第期!"品的开发提供必要的、有效的保健成分来源。#参考文献$#$陆韩涛程玉镜’芳香油的分子蒸馏提纯#($’精细化工))"*",!!!’#$张大金李汉君’分子蒸馏单硬脂酸丙二醇脂的研制#($’广东化工))","’#"$时宏’分子蒸馏单甘酯的近况与发展#($’粮油食品科技))),)’#!$刘建涛李小平王会玲于向前’海洋鱼油精炼工艺技术探讨#($’中国油脂))","’#$陆韩涛’芳香油的分子蒸馏提纯#($’精细化工))"*,’#$冯武文杨村刘玮于宏奇’精细化工与高新分离技术#($’精细与专用化学品***",)’#$冯武文杨村于宏奇’分子蒸馏技术一项特殊的液液分离技术#($’上海化工)))"!,"")’#$冯武文杨村于宏奇’分子蒸馏技术与日用化工#($’日用化学工业**,)’#)$:<:=:>=:AB=ACDE:BFBEGDBG==BG:DHDBAFF=GAB:BEAAIJBG::KJE:=ADBA:=GLIBBA=#($’(MN))!,*)!’#*$(IOIBGD(PAQ:D’AKAAFBE:K:=AJI=AD::=AJI=GDBG==BG:#($’REAEAGJ=SQGAAGQ(:I=)),")*’#$(PAQ:D’(IOIBGD’SKKAJB:KGABQDFADDIA:BEA:=AJI=GDBG==BG:F:JADD#($’NAFBG:NJGAJARAJE:=::QH))"*,"""")’#$TGID(SCAQ’:=AJI=DE:BFBEGDBG==BG:#($’EAGDBHUIDBH)"’,"’#"$G:D=GJ:P(IOIBGD(PAQ:D>=JAAVIBG:K::=AJI=GDBG==BG:#($’NAFBG:NJGAJARAJE:=:QH))","!"’!西部粮油科技W**"年第期XUYZSNRSYSSNMUNRSXYMM^W**"Y:’备若不与所处理的物料特点相结合则很难达到所要求的最佳质量因而单纯固定型式的分子蒸馏设备在工业化推广中存在不足之处。发展和推广应用分子蒸馏技术必须将分子蒸馏蒸发器装备与产品的工艺要求结合起来按照产品的物料性质与对产品质量和纯度的要求实际设置分子蒸馏蒸发器的结构及其技术参数以实现分子蒸馏技术的最佳效果。,改进传统提纯工艺提高产品质量。分子蒸馏技术作为一种最温和的蒸馏分离手段克服了常规蒸馏操作温度高、受热时间长的缺点可解决常规蒸馏无法解决的难题如气味不纯、大量溶剂残留、杂质清除不净、热敏性物质的损失等并且还适宜于类似物质组成的物系及高难度分离物质的分离和提纯#$。这些特点有利于改变我国新产品提纯工艺落后的状况能够改进产品的前处理和提纯工艺丰富我国的新产品提高产品的质量和品位降低生产成本。",在中草药和保健食品开发方面的应用前景。我国丰富的特有中草药资源是开发保健食品最有前景的直接资源。传统方法所制备的中草药产品大多都是粗品有效成分含量低、产品质量差部分中草药有效成分无法提取出来多种有效成分难以分离因而深度开发存在一定的困难。分子蒸馏技术可对制备的中草药粗提物进一步提纯精制进行脱色、脱臭、纯化、特殊有效成分的提取和分离并且能够去除中草药种植过程中所污染和残留的杀虫剂、农药和重金属等有害物质。分子蒸馏技术对中草药有效成分损伤小、无污染、提取率高可避免传统的间歇式、高温蒸馏的加工生产方式提高生产效率。这些特殊优点都保证了中草药资源中有效成分的高效提取和分离从而为保健食品的开发提供良好的素材。此外分子蒸馏技术在食品工业方面的应用包括精制生育酚、牛油和猪油的脱胆固醇、鱼油、鱼肝油、脂肪酸及其衍生物、脂肪酸酯、小麦胚芽油、可可油等#!)$都可为保健食<UYU<SY<<URUMYM‘MSaUNRURUMYRSXYMM^(UYXAHIaYZAEIZSUIGbG"(’RAADAJEUDBGBIBAEGADAJAH:KQGJI=BIANJGAJADXQcE:I"***d’TAHL:B:H:KRAEAGJ=SQGAAGQGGDBH:KQGJI=BIAXQcE:I"***d"’NEbG<:PGJAAA=DMG=D<:IJBeI=GBHRADBGQNBBG:fG’**)!"#$’$:REGDFFAGB:IJABEAFGJGF=A:K:=AJI=GDBG==BG:RAJE:=:QHAPGACABEAGFF=GJBG:D:K::GIDBHFGQABDKQJAIQGIDBHFAB:=AIJEAGJ=AQGAAGQFADBJGADABJ’=D:=HcAGBgDFF=GJBG:K:AQ:I’()*,::=AJI=GDBG==BG:RAJE:=:QHd<GJGF=AdFF=GJBG:欢迎订阅《食品信息与技术》《食品信息与技术》由中国酿造杂志社主办主要刊登国内外食品业的行业态势、市场信息、加工技术和产品介绍资料权威、信息量大、涉及面广、内容丰富是从事食品企业经营管理、制造生产、科学研究、专业教育工作人员的必备读物。《食品信息与技术》的栏目主要包括行业政策与动态、国外食品与技术、技术开发信息窗、基础研究与探讨、食品加工与应用、保健功能性食品、食品添加剂应用、食品卫生与保鲜、食品安全与检测、食品包装与机械等。《食品信息与技术》每月日出版大开本每期定价’*元全年*元含邮寄费,SG=cEDCcEhDG’J:订阅办法银行汇款户名北京红扬中食文化交流传播中心开户行建行北京宣武支行账号邮局汇款北京信箱分箱《食品信息与技术》编缉部邮编联系人张润知电话兼传真

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