分子蒸馏的应用研究进展

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分子蒸馏的应用研究进展

陈文伟，陈

钢，高荫榆

（南昌大学食品科学教育部重点实验室，江西南昌!!##$%）

摘

要：阐述了分子蒸馏的基本原理及其区别于普通真空蒸馏的主要特点，并介绍了分子蒸馏在食品、医

药、香料等工业方面的应用研究。

关键词：分子蒸馏；短程；研究应用中图分类号：&’#()*)

文献标识码：+

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分子蒸馏过程一般可分为以下"步：

21物料在加热面上的液膜形成；31分子在液膜表面上的自由蒸发；41分子从加热面向冷凝面的运动；51分子在冷凝面上的捕获；61馏出物和残留物的收集。!

分子蒸馏的特点

分子蒸馏具有如下特点：

0,1分子蒸馏的操作温度。由分子蒸馏原理可知，混合物的分离是由于不同种类的分子逸出液面后的平均自由程不同的性质来实现的，并不需要沸腾，所以分子蒸馏是在远低于沸点的温度下进行操作的。这点与常规蒸馏有本质的区别。

0(1蒸馏压强低。整个物料系统均在真空下，其最低蒸馏压力必须保证低于#*"7892，因此物料不易氧化受损。

从以上两个特点可知，分子蒸馏一般是在远低于常规蒸馏温度的情况下进行操作的。一般常规真空蒸馏或真空精馏由于在沸腾状态下操作，其蒸发温度比分子蒸馏高得多，加之其塔板或填料的阻力，比分子蒸馏大得多，所以其操作温度比分子蒸馏高得多。

0!1受热时间短。由分子蒸馏原理可知，受加热的液面与冷凝面间的距离要求小于轻分子的平均自由程，而由液面逸出的轻分子，几乎未经碰撞就到达冷凝面，所以受热时间很短。另外，混合液体呈薄膜状，使液面与加热面的面积几乎相等，这样物料在蒸馏过程中受热时间就变得更短。对真空蒸馏而言，受热时间为,:，而分子蒸馏仅为十几秒。

0$1分离程度更高。分子蒸馏能分离常规蒸馏

收稿日期：(##!-#(-(#作者简介：陈文伟（,/%.-）

，男，硕士，研究方向为食品资源的开发与利用。分子蒸馏0;<864=82>5?@A?882A?

馏（C:<>A -D2A:5?@A?882A?

所不能解决的问题。分子蒸馏技术不同于一般蒸馏技术，它是运用不同物质分子运动自由程的差别而实现物质的分离，因而能够实现远离沸点下的操作。鉴于其在高真空下运行，且因其特殊的结构型式，因而它又具备蒸馏压强低、受热时间短、分离程度高等特点，能大大降低高沸点物料的分离成本，极好地保护热敏性物质的品质。分子蒸馏技术已广泛应用于高纯物质的提取，它可摆脱化学处理方法的束缚，真正保持了纯天然的特性，所以特别适用于天然物质的提取与分离E 在国际上已被广泛应用于食品、医药、香料等工业中。"

分子蒸馏基本原理

分子蒸馏是在高真空0#*,!!7,921条件下进行的非平衡蒸馏，具有特殊的传质传热机理。分子蒸馏技术，是指在高真空条件下，蒸发面和冷凝面的间距小于或等于被分离物料的蒸汽分子的平均自由程，由蒸发面逸出的分子，既不与残余空气的分子碰撞，自身也不相互碰撞，毫无阻碍地喷射并凝集在冷凝面上。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，从而实现分离的目的。

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不易分开的物质。

#$%当混合物内各组分的分子平均自由程相近时，则可能分离不开，因此主要用于不同组分分子平均自由程相差较大的混合物的分离。

分子蒸馏的特点决定了它在实际应用中较传统技术有以下明显的优势：

!由于分子蒸馏真空度高，操作温度低且受热时间短，对于高沸点和热敏性及易氧化物料的分离，有常规方法不可比拟的优点，能极好地保证物料的天然品质，可被广泛应用于天然物质的提取；

"分子蒸馏不仅能有效地去除液体中的低分子物质#如：有机溶剂、臭味等%，而且有选择地蒸出目的产物，去除其他杂质，因此被视为天然品质的保护者和回归者；

#分子蒸馏能实现传统分离方法无法实现的物理过程。因此，在一些高价值物料的分离上被广泛作为脱臭、脱色及提纯的手段。利用这些特点，可使分子蒸馏在工业化生产上得到极为广泛的应用。

!分子蒸馏的结构

分子蒸馏的结构有很多形式，但发展到目前为止有许多已经被淘汰，剩下的主要有两种结构形式：离心薄膜式和转子刮膜式。虽然离心式分子蒸馏的效率高，物料的停留时间更短且液膜薄而均匀，但其结构复杂有较高速的机械运转机构，相对投资比较大。转子刮膜式结构相对较为简单，加工制造容易，操作参数容易控制，维修也较方便，相对投资较低，较适合我国国情。分子蒸馏装置主要由脱气系统、真空系统、控制系统和蒸馏器#包括加热器、冷凝器、捕集器等%组成。脱气的目的是排除物料中所溶解的挥发性组分，以免蒸馏过程中发生爆沸。真空系统是保证分子蒸馏过程进行的前提，&’一般在真空度()*(+,数量级进行，因此合适的真空设备和严格的密封性是分子蒸馏装置的一个技术关键。分子蒸馏器是整个装置的核心，一般有!大类：降膜式、刮膜式和离心式。降膜式由于传热传质的效率差，逐渐被淘汰，一般采用刮膜式或离心式，尤以离心式为多#主要在于离心力能强化成膜，可有效减少液膜厚度，降低传质阻力，提高分离效率及生产能力%，且加热和冷却大多为内置式。

"分子蒸馏的应用

在-)世纪")年代以前，分子蒸馏技术只在少数国家，如日本、美国、德国有些研究和应用，且应用面狭窄，发展较慢。但进入.)年代后，随着生活水平的提高和人们对天然食物的青睐，作为对天然物质提取有效手段的分子蒸馏自然引起人们的重视，目前已在许多领域得到了应用。

"#$食品工业

分子蒸馏分离混合油脂，可获纯度达/)0以上的单甘油酯，如硬脂酸单甘油酯、月桂酸单甘油酯、丙二醇甘油酯等；提取脂肪酸及其衍生物，生产二聚脂肪酸等；从动植物中提取天然产物，如鱼油、米糠油、小麦胚芽油等。马传国等利用分子蒸馏技术对高酸值花椒油进行蒸馏脱酸，取得了良好效果。对于酸值高达1(2-3456784的花椒籽油，脱酸后油脂酸值降至!2.34567849(:。二十碳五烯酸#’+;%和二十二碳六烯酸#&7;%具有很高的药用价值和营养价值，对大脑机能有活化作用，在治疗和防止动脉粥样硬化、老年性痴呆症以及抑制肿瘤等方面都有较好疗效。张相年分别用尿素沉淀法和分子蒸馏法研究了二十碳五烯酸#’+;%、二十二碳六烯酸#&7;%乙酯的分离提纯，其实验结果表明，尿素沉淀法和分子蒸馏法都能提纯到较高的品位。两种方法对比，分子蒸馏法提纯工序简单，效率高，尿素沉淀法工序繁杂，效率低，尿素沉淀法因使用了尿素，可能会在终产品中有一定量的残留，分子蒸馏法则避免了化学残留9-:。李兆新对鱼油进行多级分子蒸馏提取高度不饱和脂肪酸脂9!:。

"#%医药工业

分子蒸馏是近年来才应用于中药产业的高新技术。可用来提取合成天然维生素;、’；制取氨基酸及葡萄糖衍生物等。曹国锋等应用分子蒸馏从植物油脱臭馏出物提取维生素’，最后可得到浓度为$)0<=)0的天然维生素’91:。>2?2?,@AB@CDD,比较了离心薄膜式和转子刮膜式对维生素’的提取效果9$:。赵国志等利用离心式分子蒸馏器对大豆脱臭馏出物进行分离。先用甲醇对馏出物进行甲酯化，分离出甾醇结晶溶剂后，再于)2(!!<(2!!+,的高真空下进行分子蒸馏，可以得到浓缩的脂肪酸甲酯部分和E

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浓缩部分。FGA3,H,利用分子蒸馏纯化大豆油中的生育酚9":，赵国志采用多级蒸馏的方法，可以得到纯度在=)0以上生育酚浓缩物，回收率达$)0< ")09=:。利用分子蒸馏技术对毛叶木姜子果挥发油中所含柠檬醛进行了分离纯化工艺的研究，结果所得到的柠檬醛的纯度达到了/$0，产率为$!0#柠檬醛8毛叶木姜子果油%9.:。

"#!香料工业

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