食品分子蒸馏

食品分子蒸馏技术

摘要：分子蒸馏是一种新型的分离方法，它可以使一些常规蒸馏不能分离的热敏性物质和高沸点难分离物质实现分离。本文简要介绍了分子蒸馏的原理、特点及在食品工业中的应用。

关键词：分子蒸馏，食品工业，应用

分子蒸馏（molecular distillation）又叫短程蒸馏（short-path distillation），是一种在高真空下进行液—液分离操作的连续蒸馏过程。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。其操作温度远低于物质常压下的沸点温度，且物料被加热的时间非常短，不会对物质本身造成破坏，因而适合于分离高沸点、高黏度、热敏性的物质[1]。目前该技术已广泛应用于石油化工、医药、食品、化妆品等行业。

1 分子蒸馏的基本原理

液体混合物在高真空度下受热，能量足够的分子在低于沸点的温度下逸出液面，由于轻分子的平均自由程大于重分子平均自由程，且蒸发速度快，在距蒸发面适当位置处设置捕集器，使轻分子不断被冷凝捕集，从而破坏轻分子的动平衡而使混合物中的轻分子不断逸出而重分子因达不到捕集器很快趋于动态平衡，不再从混合液中逸出，而实现分离的目的[2]。

过程一般可分为以下五步：

（1）物料在加热面上的液膜形成；

（2）分子在液膜表面上的自由蒸发；

（3）分子从加热面向冷凝面的运动；

（4）分子在冷凝面上的捕获；

（5）馏出物和残留物的收集[3]。

2 分子蒸馏的特点

2.1 蒸馏温度低

普通蒸馏在沸点温度进行，分子蒸馏是在低于蒸馏物质沸点的任何温度下进行，被分离物质只要存在着温度差，就能达到分离目的。

2.2 蒸馏真空度高。

整个物料系统均在真空下其最低蒸馏压力必须保证低于0.5～1Pa，因此物料不易氧化受损。

2.3 受热时间短

分子蒸馏装置加热面与冷凝面的距离小于轻分子的平均自由程，液面逸出的轻分子几乎未经碰撞就达到冷凝面，所以受热时间很短，在蒸馏温度下停留时间一般几秒至几十秒之间。由于分子蒸馏温度低，受热时间短，因此，它特别适合对高沸点、热敏性物料进行有效的分离[4]。

2.4 不可逆性

普通蒸馏是蒸发与冷凝的可逆过程，液相和气相间可以形成互相平衡状态。而分子蒸馏过程中，从蒸发表面逸出的分子直接飞射到冷凝面上，中间不与其它分子发生碰撞，理论上没有返回蒸发面的可能性，所以，分子蒸馏是不可逆的。

2.5 没有沸腾鼓泡现象

普通蒸馏有鼓泡、沸腾现象，分子蒸馏是液层表面上的自由蒸发，在低压力下进行，液体中无溶解的空气，因此在蒸馏过程中不能使整个液体沸腾，没有鼓泡现象[5]。

2.6 分离程度更高

两组分混合物进行分离时，以相对挥发度表示其分离能力。分子分馏可以分离蒸汽压十分相近而相对分子量有所差别的混合物。

2.7 无毒、无害、无污染、无残留, 可得到纯净安全的产物, 且操作工艺简单, 设备少

由以上特点可以看出，分子蒸馏技术能分离常规蒸馏不易分离的物质，特别适宜于高沸点、高粘度、热敏性物质的分离[6]。因此，它为工业生产的各个领域中高纯物质的提取开辟了广阔的前景。

3 分子蒸馏在食品工业中的应用

3.1 单甘酯的分离提纯

单甘酯是一种高效的食品乳化剂和表面活性剂，添加到各种食品中所起的作用不一样，可起到乳化、起泡、分散、消泡、抗淀粉老化等作用。其可应用于食品中的方便面、糕点、焙烤食品、糖果和巧克力、冰淇淋、饮料、食用油脂、乳制品中[7]。

纯度为35%~48%的普通单甘酯已不能满足工业发展的要求，因此研究者采用分子蒸馏的手段，使高温酯化物中的单甘酯得到富集而制得单甘酯纯度为90%~96%。

3.2 不饱和脂肪酸的分离和纯化

二十碳五烯酸( EPA) 和二十二碳六烯酸( DHA) 具有很高的药用和营养价值，在治疗和防止动脉硬化、老年性痴呆症以及抑制肿瘤等方面都有较好疗效，特别是最近发现二十二碳六烯酸对大脑和视网膜有特殊的疗效。分离EPA和DHA 的方法有高效液相色谱法、尿素配位法、真空精馏法、超临界萃取法和分子蒸馏法。前两种方法要用大量的溶剂并产生副产品，又由于EPA和DHA有多个不饱和双键，而真空精馏法操作温度较高会导致鱼油中不饱和脂肪酸分解、聚合或异构化[8]。因此，超临界萃取法和分子蒸馏法是分离EPA和DHA可选用的方法。

用分子蒸馏法从鱼油中提取不饱和脂肪酸时，饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸首先蒸出，而双键较多的不饱和脂肪酸最后蒸出，产品中EPA与DHA总量可达

70%以上[9]。Hiroaki Konishi等[10]还把分子蒸馏技术用于不饱和脂肪酸的除臭，处理后的不饱和脂肪酸完全没有臭味。

3.3 油脂脱酸

在油脂的生产过程中，由于从油料中提取的毛油中含有一定量的游离脂肪酸，从而影响油脂的色泽和风味以及保质期。传统工业生产中化学碱炼或物理蒸馏的脱酸方法有一定的局限性[11]。由于油品酸值高，化学碱炼工艺中添加的碱量大，碱在与游离脂肪酸的中和过程中，也皂化了大量中性油使得精炼得率偏低；物理精炼用水蒸气气提脱酸，油脂需要在较长时间的高温下处理，影响油脂的品质，一些有效成分会随水蒸气溢出，从而会降低保健营养价值。

马传国等[12]在对高酸值花椒籽油脱酸的研究中，利用分子蒸馏对不同酸值的花椒籽油进行脱酸，能获得比较高的轻(脂肪酸)、重(油脂)馏分得率，这是目前化学碱炼或物理蒸馏等工艺所不能达到的。对酸值为28mgKOH/g的高酸值油脂和41.2mgKOH/g的高酸值油脂用分子蒸馏法脱酸后，油脂的酸值分别下降到

0.26mgKOH/g和3.8mgKOH/g,油脂的得率分别为86%和80.9%，中性油脂基本没有损失。所以利用分子蒸馏技术对高酸值油脂脱酸具有良好的效果，具有广阔的应用前景。

3.4 高碳脂肪醇的精制

高碳脂肪醇是指二十碳以上的直链饱和脂肪醇。它们一般常与高级脂肪酸结合成酯存在于虫蜡或植物蜡中。如米糠蜡、蜂蜡、蔗蜡、棉子蜡等，是米糠油工业的深加工高附加值的产品[13]。

目前，国外科学家进行了大量的生理及应用研究，发现高碳脂肪醇对人体及动物具有很强的生理活性，并开发了一系列的产品。国内以天然蜡为原料提取高碳脂肪醇的工艺过程大致为：醇相皂化→溶剂萃取→有机溶剂精制。这种工艺除步骤繁多、劳动量大、欠安全外，其产品残留有机溶剂，作为保健品或药品难以获得通过[14]。若应用分子蒸馏精制，不但避免了有机溶剂对环境的污染和对人体健康的损害，而且对前工序的残留溶剂也可进行极有效的脱除，使产品达到应用于食品和药品的要求。其工艺操作安全可靠，自动化程度高，产品色泽浅，完全可与国外产品相媲美[15]。

3.5 天然抗氧化剂的生产

天然抗氧化剂主要存在于一些植物如辣椒、生姜、丁香当中，广泛应用于食品、化妆品、制药等工业。天然抗氧化剂要求活性高、稳定性强、无色无害。传统的分离方法直接在原料中加入有机溶剂、植物油或动物油来对原料进行萃取，在这些过程中包含对昂贵的危险性溶剂的处理。这些溶剂很难从抗氧化剂中清除干净，从而污染了得到的天然抗氧化剂。另外用有机溶剂或油萃取也会把植物中的叶绿素、芳香类化合物等有色物质萃取出来，这就需要增加脱色、除臭处理，