分子蒸馏在油脂工业中的应用_李红

包括成膜装置 、蒸发面 、冷凝面和接受器等 。 ②加热 温控系统 ,由温度控制仪和油浴加热器组成 。 ③真 空系统 ,由各种真空泵组成 。 ④冷却系统 。
其中 ,蒸发面和冷凝面的距离很短 ,理论上应该 小于操作条件下分子的平均自由程 ,但实际上这样 做是十分不经济的 ,所以通常采用蒸发面和冷凝面 的距离稍大于分子平均自由程 ,并控制在同一数量 级的范围内 ,通常是几厘米 。分子蒸馏设备的关键 技术是成膜装置的设计 。根据成膜装置的不同 ,分 子蒸馏设备又可分为降膜式 、刮膜式和离心式等 。
离心式分子蒸馏装置是将物料送到高速旋转的 转盘中央 ,并在旋转面扩展形成薄膜 ,同时加热蒸 发 ,使之在对面的冷凝面中凝缩 。这是目前较为理 想的一种装置 。但是 ,与其他方法相比 ,因为有高速 转盘 ,需要较高的真空密封技术 。 3 分子蒸馏技术在油脂工业中的应用 311 脂肪酸及脂肪酸酯的分离
收稿日期 : 2007 - 11 - 22;修回日期 : 2008 - 02 - 26 作者简介 :李 红 ( 1978) ,女 ,讲师 ,博士 ,主要从事油脂化 学方面的研究工作 ( E2mail) hnzzlihong@163. com。
香料 、农药等行业 。分子蒸馏技术在油脂工业中也 越来越多地得到应用 ,报道较早的是应用于 EPA 和 DHA 的提纯 ,目前应用比较广泛的是对单甘酯 、高 纯度维生素 E,脂肪酸以及脂肪酸甲酯的提纯 。由 于油脂的副产品中存在很多生物活性物质 ,所以有 必要在分子蒸馏技术方面进行深入研究 ,以便提高 油脂副产品的附加值 。文中主要从分子蒸馏的分离 原理 、设备结构特点及其在油脂行业中的应用做详 细讨论 。 1 分子蒸馏的分离原理
[ 12 ] KANDANARACHCH I P. The hydroformylation of vegeta2 ble oils and model compounds by ligand modified rhodium catalysis[ J ]. Journal of Molecular Catalysis A: Chem ical, 2002, 184: 65 - 71.
降膜式分子蒸馏器在实验室及工业生产中曾广 泛应用 。其优点是蒸馏过程可以连续进行 ,生产能 力大 ,缺点是液膜相对较厚 ,并且沿蒸发表面流动 , 液体分配装置难以完善 ,很难保证所有的蒸发表面 都被液膜均匀覆盖 ,液体流动时常发生翻滚现象 ,所 产生的雾沫也常溅到冷凝面上 ,降低分离效果 。
刮膜式分子蒸馏设备是降膜式设备的改进 。从 结构上看 ,刮膜式蒸馏釜中设置了 1个转动刮板 ,它 既保证液体均匀覆盖蒸发表面 ,又使向下流动的液 层得到充分搅动 ,从而强化了物料的传热和传质过 程 。但是相对于离心式分离来说 ,它的液膜厚度还 是较厚 。
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57பைடு நூலகம்
综合利用
分子蒸馏在油脂工业中的应用
李 红 1 ,王爱辉 2 ,刘延奇 1
(11郑州轻工业学院 食品与生物工程学院 ,郑州 450002; 21山东渤海油脂工业有限公司 ,山东 博兴 356500)
另据报道 ,在香精提取方面 ,分子蒸馏也具有非 常重要的应用 。任艳奎等 [ 8 ]人用分子蒸馏分离提 纯玫瑰精油 ,可大大降低生产成本并有效保证质量 。 313 维生素 E的生产 [ 9 ]
天然维生素主要存在于一些植物的组织中 ,如 大豆油 、小麦胚芽油以及油脂加工的脱臭馏分和油 渣中 。因维生素具有热敏性 、沸点高的特点 ,普通真 空精馏很容易导致其分解 。B atistella 等 [ 10 ]人采用 模型化方法 ,对从植物油中提纯维生素 E的分子蒸 馏过程进行了模拟 ,一步蒸馏就可将维生素 E 的含 量从 8% (质量分数 ,下同 ) 提高到 40%。 Shimada 等 [ 11 ]人利用分子蒸馏技术对大豆油脱臭馏出物进 行分离 ,其利用脂肪酶和甾醇之间的酶化作用首先 分离出甾醇 ,然后分别于 2 616、513 Pa 和 410 Pa真 空下采用三级分子蒸馏的方法 , 最后得到纯度为 65%的维生素 E,回收率接近 90%。 Fisher等 [ 12 ]人 经过一级分子蒸馏 ,可将维生素 D3的含量由 30%提 高到 75%以上 。目前 ,我国生产维生素 E一般采用 四级分子蒸馏 ,可以生产不同浓度的 VE 产品 。生 产的天然 VE 产品质量与进口产品相当 ,我国大部 分 VE 产品出口国外 。 314 高纯度单甘酯的制备
摘要 :分子蒸馏技术作为一种新兴的分离技术 ,在轻工行业得到越来越广泛的应用 。分子蒸馏技术 与传统的分离方法有着本质的区别 ,可以达到其他分离技术无法达到的效果 。在生物制药和医药 中间体的生产以及天然产物中活性物质的提取过程中 ,分子蒸馏可以实现高沸点 、热敏性和易氧化 物质的分离 。分子蒸馏在油脂工业中的应用也越来越多 ,特别在最近几年 ,作为天然活性产物的主 要来源之一的油脂 ,越来越受到人们的重视 。详细探讨了分子蒸馏的原理及影响因素 ,并着重讨论 分子蒸馏技术在油脂行业中的应用及前景 。 关键词 :分子蒸馏 ;原理 ;甘油酯 ;维生素 E;脂肪酸酯 中图分类号 : TS223 文献标志码 : A 文章编号 : 1003 - 7969 (2008) 10 - 0057 - 04
随着保健品行业的兴起 ,对保健品的质量要求 也越来越高 。在保健品中 ,特种油脂是一个重要的 组成部分 。我们可以应用分子蒸馏的低温特点 ,去 除油脂的脂肪酸和其他小分子物质 ,保留油脂中的 维生素 E和甾醇等具有保健功能的活性物质 。
据报道 ,根据分子蒸馏低温分离脂肪酸的特性 , 可以利用其生产保健型的小麦胚芽油 [ 5 ] 、姜油 [ 6 ] 、 紫苏籽油 、花椒籽油 [ 7 ] 等油脂 ,可以有效保证油脂 中的天然成分不被破坏 ,而常规的脱臭脱酸过程几 乎完全去除了油脂中的天然活性成分 。
此 ,分子蒸馏的设计尽量减少蒸发面与冷凝面的距
离 ,自由程一定后 ,分子蒸馏的效果与温度和真空度
有关 。真空度尽量低 , 一般实验室的真空度为 0. 1
Pa,工业分子蒸馏的真空度为 1～3 Pa。如果分子蒸
馏的设备运行正常 ,那么考察分离效果则与温度有
直接关系 。
2 分子蒸馏设备的结构特点
分子蒸馏设备一般由 4大系统组成 : ①主系统 ,
[ 13 ] MOHANTY A K, M ISRA M , DRZAL L. T. Sustainable biocomposites from renewable resources: opportunities and challenges in the treen materials world [ J ]. J Poly Envi2 ron, 2002, 10: 19 - 26.
脂肪酸是化工行业和食品行业重要的原材料和 中间体 ,脂肪酸大部分是通过植物油或动物油水解 得到的 ,在分离过程中主要依靠精馏塔的分离 。在 分离过程中 ,由于真空度和温度的影响 ,脂肪酸的色 泽较深 ,只能基本满足化工行业的需要 。然而 ,一些 不饱和和高不饱和脂肪酸 ( EPA、DHA )很容易在高 温下氧化聚合 ,一部分脂肪酸形成反式酸 。分子蒸 馏可以在较低的温度下进行分离 ,从而保证了高不 饱和脂肪酸的质量 ,能够满足食品和保健品行业的 需要 。分子蒸馏在脂肪酸分离过程中的典型例子就 是分离 EPA 和 DHA[ 2 ] ,常用的分离方法有 :皂化酯 化 - 尿包法 ,超临界萃取法 ,层析分离法 ,分子蒸馏 法 。皂化酯化 - 尿包法的工艺路线较长 ,操作复杂 , 最终产品色泽差而且有难闻的鱼腥味 ,产品纯度达 不到市场要求 。其他两种方法工业化困难 ,不利于 产品的规模化生产 。而分子蒸馏可以很好地解决这
Applica tion of m olecular d istilla tion in o ils industry L I Hong1 ,WANG A ihui2 , L IU Yanqi1
(11School of B io & Food Technology, Zhengzhou University of L ight Industry, Zhengzhou 450002, China; 21Shandong Bohai O ils and Fats Industry Co. , L td. , Shandong Boxing 356500, China)
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些问题 。据报道 ,分子蒸馏已经成功运用在 α - 亚 麻酸的提纯中 [ 3, 4 ] 。
目前 ,脂肪酸酯生产较多 ,因为脂肪酸酯的生产 较脂肪酸容易且污染较小 。化工用脂肪酸酯的生产 可以用蒸馏或精馏的方法 ,但是食用脂肪酸酯必须 采用分子蒸馏的方法 。因为分子蒸馏的分离方法温 度低 ,对高不饱和的油酸和亚油酸都具有较好的保 护作用 ,可以减少反式酸的生成 。 312 特种油脂的精炼
分子蒸馏技术是一种新兴的分离技术 ,在 20世 纪初开始进行研究 ,近几十年得到迅速发展 。分子 蒸馏技术摆脱了传统分离方法对分离物质的影响和 对环境的污染 ,它是一种温和的分离技术 ,适应于高 沸点 、热敏性物质的分离 ,因此被广泛应用于石油化 工 、食品工业 、医药中间体 、保健品 、日用化工 、香精
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中 国 油 脂
CH INA O ILS AND FA
TS 2008
Vo l133
No110
分子蒸馏是一种特殊的液 - 液分离技术 ,它不 同于传统蒸馏依靠沸点差进行分离 ,而是靠不同物 质分子运动平均自由程的差别实现分离 。分子运动 自由程是指 1 个分子相邻两次碰撞之间所走的路 程 [ 1 ] 。当液体 混合 物沿 加热 板流 动并 被加 热 时 , 轻 、重分子会逸出液面而进入气相 ,由于轻 、重分子 的自由程不同 ,因此不同物质的分子从液面逸出后 移动距离不同 ,若能恰当地设置 1块冷凝板 ,则轻分 子达到冷凝板时被冷凝排出 ,而重分子未达到冷凝 板随混合液排出 。这样即可达到物质分离的目的 , 其原理示意见图 1。
的吸引力从而使分离变得非常困难 。分子在不同条
件下的自由程是不同的 。由热力学原理可知分子的
平均自由程公式为 :
λ m
= kT /
2πd2 P
式中 :λm ———分子平均自由程 ;
k———波尔兹曼常数 ;
T———分子所处环境温度 ;
d———分子有效直径 ;
P———分子所处空间压力 。
从公式可以看出 , 分子平均自由程与温度成正 比 ,与分子的有效直径成反比 ,与真空度成反比 。因
Abstract:Molecular distillation technology is a new separate method and has been w idely used in light in2 dustry. The molecular distillation technology differs from ordinary separate technology. In biotechnology pharmaceuticals, m edical intermediate p roduction and bioactive compounds separation from natural p rod2 ucts, the molecular distillation can realize the separation of high boiling point, thermal and air sensitive compounds. Recently, the molecular distillation technology is used in oils industry. The p rincip le and in2 fluence factors of molecular distillation were mainly described, and its app lications p rospect in oils indus2 try was also summarized. Key words:mo lecular distillation; p rincip le; glyceride; VE ; fatty acids esters
图 1 分子蒸馏原理示意图
分子的自由程是影响分子蒸馏的关键因素 。物
质分子在普通的条件下都在做布朗运动 ,分子与分
子之间存在着自由碰撞 ,在液面与空气之间这种现
象更为明显 。在普通的蒸发分离过程中 ,小分子摆
脱了分子之间的吸引力从而达到了分离 。然而 ,在
分离大分子物质时 ,由于大分子不能摆脱分子之间