分子蒸馏技术及其应用

分子蒸馏技术及其应用

关键词：分子蒸馏 技术 应用

摘 要：本文主要对分子蒸馏技术的原理、特点和发展现状和应用进行了详细的介绍与比较，并对其应用前景进行了展望。

分子蒸馏是一项较新的尚未广泛应用于工业化生产的分离技术，能解决大量常规蒸馏技术所不能解决的问题。分子蒸馏是一种特殊的液－液分离技术，能在极高真空下操作，它依据分子运动平均自由程的差别，能使液体在远低于其沸点的温度下将其分离，特别适用于高沸点、热敏性及易氧化物系的分离。由于其具有蒸馏温度低于物料的沸点、蒸馏压强低、受热时间短、分离程度高等特点，因而能大大降低高沸点物料的分离成本，极好地保护了热敏性物质的特点品质。该项技术用于纯天然保健品的提取，可摆脱化学处理方法的束缚，真正保持了纯天然的特性，使保健产品的质量迈上一个新台阶。

>>> 分子蒸馏的原理

分子蒸馏不同于传统蒸馏依靠沸点差分

离原理，而是靠不同物质分子运动平均自由

程的差别实现分离。这里，分子运动自由程

（用λ表示）是指一个分子相邻两次碰撞之

间所走的路程。

当液体混合物沿加热板流动并被加热，

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

设置一块冷凝板，则轻分子达到冷凝板被冷

凝排出，而重分子达不到冷凝板沿混合液排

出。这样，达到物质分离的目的。

>>> 分子蒸馏技术的特点

分子蒸馏技术作为一种与国际同步的高新分离技术，具有其它分离技术无法比拟的优点：

1、操作温度低（远低于沸点）、真空度高（空载≤1Pa）、受热时间短（以秒计）、分离效率高等，特别适宜于高沸点、热敏性、易氧化物质的分离；

2、可有效地脱除低分子物质（脱臭）、重分子物质（脱色）及脱除混合物中杂质；

3、其分离过程为物理分离过程，可很好地保护被分离物质不被污染，特别是可保持天然提取物的原来品质；

4 、分离程度高，高于传统蒸馏及普通的薄膜蒸发器。

>>>分子蒸馏技术在国内外的发展

分子蒸馏技术，作为一种对高沸点、热敏性物料进行有效的分离手段，自本世纪三十年代出现以来，得到了世界各国的重视。到本世纪六十年代，为适应浓

缩鱼肝油中维生素Ａ的需要，分子蒸馏技术得到了规模化的工业应用。在日、美、英、德、苏相继设计制造了多套分子蒸馏装置，用于浓缩维生素Ａ，但当时由于各种原因，应用面太窄，发展速度很慢。但是，在过去地三十多年中，人们一直在不断地重视着这项新的液－液分离技术的发展，对分离装置不断改进、完善，对应用领域不断探索、扩展，因而一直有新的专利和新的应用出现。特别是从八十年代末以来，随着人们对天然物质的青睐，回归自然潮流的兴起，分子蒸馏技术得到了迅速的发展。

对分子蒸馏的设备，各国研制的形式多种多样。发展至今，大部分已被淘汰，目前应用较广的为离心薄膜式和转子刮膜式。这两种形式的分离装置，也一直在不断改进和完善，特别是针对不同的产品，其装置结构与配套设备要有不同的特点，因此，就分子蒸馏装置本身来说，其开发研究的内容尚十分丰富。

在应用领域方面，国外已在数种产品中进行工业化生产。特别是近几年来在天然物质的提取方面应用较为突出，如：从鱼油中提取EPA与DHA、从植物油中提取天然维生素E等。另外，在精细化工中间体方面的提取和分离，品种也越来越多。

我国对分子蒸馏技术的研究起步较晚，八十年代末期，国内引进了几套分子蒸馏生产线，用于硬脂酸单甘酯的生产。国内的科研人员也曾经作过一些研究，但未见工业化应用的报道。

分子蒸馏成套工业化装置具有设计新颖、结构独特、工艺先进，可显著提高分离效率。从小试到工业化生产又到小试的反复循环实验探索中，特别解决了工业化生产中容易出现的突出问题。如有效地解决了物料返混问题，显著地提高了产品质量，创造性地设计了有补偿功能的动静密封方式；实现了工业装置高真空下的长期稳定运行。该项技术属国内领先、国际先进。

截止目前为止已经开发的产品有二十余种，如：硬脂酸单甘酯、丙二醇酯、玫瑰油、小麦胚芽油、米糠油、谷维素等。并已确定了应用分子蒸馏技术的有关工艺条件，为进行工业化生产奠定了基础。

>>> 分子蒸馏技术的应用

分子蒸馏技术克服了常规蒸馏操怍温度高、受热时间长的缺点，可解决常规蒸馏无法解决的难题，有广阔的应用前景。根据分子蒸馏在不同行业的应用，可以分为以下几类：

1 医药行业

分子蒸馏技术在该行业中主要提取分离或精制维生素、中药有效成分的提取等方面。

1．1 维生索提取分离、精制

维生素是维持生命所需的有机物质，它是保持人体各项基本功能的主要元素，因此对人体具有极其重要的作用。天然维生素具有热敏性、沸点高等特点用普通的蒸馏方法很容易使其分解。利用分子蒸馏可以避免常规蒸馏带来的问题得到高浓度的产品。国内外许多人对此作出研究，早在1938年Hick．man K．C．D等利用分子蒸馏温度低等特点从鳕肝油中分离提取维生素D。

1．2 不饱和脂肪酸的分离纯化

不饱和脂酸是人体必需脂肪酸，具有很高的药用和营养价值。不饱和脂肪酸在高温下易分解易氧化。采用分子蒸馏技术分离多不饱和脂、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在蒸馏温度低于沸点

温度下最后蒸出，从而可达到富集多不饱和脂肪酸的目的。

EPA和DHA分别是二十碳五烯酸和二十碳六烯酸，为多不饱和脂肪酸对大脑机能有活化作用。为获得高纯度的EPA和DHA，近年来人们利用分子蒸馏法精制鱼油。1999年张相年和李兆年等鱼油中对高不饱和脂肪酸的工业化研究中可以得到EPA和DHA含量在70％以上的产品。

1．3 中药成分提取

在国内利用分子蒸馏技术广泛应用于中药成分提取，胡海燕等利用分子蒸馏得到高纯度的广藿香油，古维新等利用分子蒸馏对超临界CO2独活萃取物进行分离，提取物和分离物经GC—MS分析分别得到37和29种成分，郭晓玲等利用分子蒸馏对超临界CO2川芎萃取物进行分离。用分子蒸馏法分离萃取物中脂肪酸类成分，丁基内酯等有效成分含量可达80％以上，且无污染。

2 食品行业

分子蒸馏技术应用于食品行业，主要用于脂肪酸及其衍生物的分离提取，天然色素荆，抗氧化剂及食品添加剂的提取等方面。

2．1 脂肪酸及其衍生物的分离提取

1984年Szelag．H等利用分子蒸馏法分离乙氧基脂肪酸，粗的乙氧基脂肪酸是一个聚乙烯乙二醇酯，聚乙烯乙二醇和脂肪酸的混合物，利用分子蒸馏分离乙氧基脂肪酸可得到单酯、二酯和许多乙烯基氧化物等不同的成分。2002年Steven C．Cermak等利用分子蒸馏技术成功地从白芒花中分离脂肪酸，并应用于工业生产。

2．2 天然色素的分离提取

随着人们生活水平的提高及对合成色素危害认识的加深。天然色素越来越受到人们的关注，利用分子蒸馏其蒸馏温度低，无有机溶剂残留等特点可提取天然色素。类胡萝卜素是一种天然色素，具有抗菌和防治疾病的作用。传统的类胡萝卜素提取方法由于溶剂残留等问题，使产品质量受到影响。钟耕等以脱蜡的甜橙油为原料采用分子蒸馏法进一步提取得到类胡萝素，不含外来有机溶剂，而且产品的色价很高。

2.3 抗氧化剂的分离提取

维生素E又名生育酚具有抗氧化作用，天然维生素E主要存在于一些植物组织中如大豆油、花生油中，因维生素E具有热敏性、沸点高等特点用普通的蒸馏方法很容易使其分解。利用分子蒸馏可以避免常规蒸馏带来的问题得到高浓度的产品。Moraes．E．B．等利用降膜分子蒸馏装置从大豆油中提取生育酚。

2．4 食品添加剂的分离提取

单甘酯是一种优质高效的食品添加剂其合成工艺一般采用油脂与脂肪酸酯化和油脂与甘油醇解，产物中单甘酯的含量一般都很低，通过分子蒸馏精制可以得到高含量的产品。在国内分子蒸馏技术基本成熟，可达到90—96％的含量。Szelag等利用分子蒸馏技术可以从粗产品中分离出浓度高达95％以上的甘油单酸酯。

3 精细化工行业

分子蒸馏技术在该领域可用于羊毛衍生物的脱臭、脱色，增塑剂提纯，石蜡油，原油油渣及其类似物的分离。纯化化工中间体或聚合体、植物精油等精制提取等。

3．1 石油油渣及其类似物的分离

利用分子蒸馏技术处理渣油可以切割出更多的馏分，馏分间的切割更清晰，

提高了产品质量，处理量提高好几倍，馏出物与残余物间的碳氢比显著增加。分离出的润滑油不含金属元索，无需加入添加剂即可直接应用。

3．2 油质脱酸、脱色

在油脂加工过程中．由于从油料中提取的毛油中含有一定量游离脂肪酸，影响油脂色泽和风味及保质期。高酸值的油脂用分子蒸馏脱酸是一条有效的途径。马传国等利用分子蒸馏技术对花椒籽油提纯，在100—105％下蒸出重馏分(油脂)含量可达80．9％。

3．3 聚合体提纯

分离的产品、外观和收率都高于普通蒸馏产品。胡孝勇等利用分子蒸馏在进料温度l00℃。蒸馏温度150℃下经两次蒸馏分离聚氨酯预聚物中游离TDI，得到高纯度的聚氨酯预聚物。

4 香料工业

处理天然精油，脱臭、脱色、提高纯度，使天然香料的品味大大提高如玫瑰油、香茅油、桂皮油等。柯炜昌等用分子蒸馏分离纯化小花茉莉净油，任艳奎等 利用分子蒸馏在100-108℃对玫瑰浸膏进行处理得到含量85％以上的玫瑰精油。 >>>展 望

分子蒸馏作为一种特殊的液液分离技术。能在远低于液体沸点的温度下进行，对于高沸点、热敏性、易氧化物系L的分离纯化比普通蒸馏的方法要优越得多。随着分子蒸馏技术研究的不断深入和发展，它在油脂工业、精细化工、食品添加剂、医药工业、保健食品等工业方面的应用也将更高效更广泛。但随着人们对高品质和天然绿色产品的追求，分子蒸馏在工业生产中的应用前景广阔，而且它的应用也将会带来极好的社会效益和经济效益。