分子蒸馏技术在粮油工业中的应用.pdf

分 子 蒸 馏 技 术 在 粮 油 工 业 中 的 应 用 李昌文 (郑州轻工业学院食品与生物工程学院，郑州450002) 摘要：分子蒸馏是一种新型的用于液一液分离的分离技术，它克服了传统蒸馏操作温度高、受热时间 长的缺点，能够分离一些在常规蒸馏不能分离的热敏性、高沸点、挥发性强、黏度高、易氧化的物质，被认 为是目前最温和的蒸馏分离手段，同时分子蒸馏技术具有低能耗、高纯度、无污染等特点，在工业生产中有 着广泛的应用，特别是天然产物的提取分离方面。本文叙述了分子蒸馏技术的基本原理、技术特点；着重介 绍了分子蒸馏技术在粮食和油脂工业中的应用情况，包括分子蒸馏技术在油脂提取、不饱和脂肪酸分离、油 脂脱酸、天然色素提取、天然抗氧化剂提取、甾醇、高碳脂肪醇提取等中的应用；对分子蒸馏技术的前景进 行了分析，以期为粮油T业推广应用分子蒸馏技术提供理论和技术依据。 关键词：分子蒸馏；提取；粮油；应用 中图分类号：TS21 文献标识码：A 文章编号：10062513(2009)05015603 A ppl icat i on ofm ol ecul ardi stil l ati on t echnol ogy In grai n-oi Il ndust r y 一-一 - L I Chang- w en (FoodandBioengi neer i ngD epart m ent ，ZhengzhouInst i t ut eofLi ghtIndust ry，Zhengzhou450002) A bst ract ：M oleculardist il l at i onisanewki ndoft echnol ogyapphedint heseparat i onofli quidC om paredw i t htr adi t ional separ at i ont echni que，i t overcom est he short com ing ofhi sh operat i ngtemperature andl ong heat i ng t i m eItC an separat e subst anc esw hichareheatsensi t i ve，hi sh boihngpoi nt ，st rongvol ati l e，strong oxi dat i vewhi chnorm al separa - t i on techniques cannotusedItisconsi deredt obet hem i l des t separat i ontechni que w i t hl owene rgy cons um pti on，hi sh puri t y andf reefr omcont am i nat i onItis appl i ed i n al lkindsofi ndustr i al produc t i on，espec i al l y int henat ural product s separati onThe basi c pri nci pl eandt echnol ogi cal f eat ur esofm ol ecul ardisti ll ati on t echnol ogy aresum m ar izedThe ap- pl i cat i onofm ol ecul ar dist il l at i on technology in grai nand oi l i ndust ry，i ncl udi ngext ract i on of oi l ，unsat urat edf at t yacid， nat uralpigm ent s，natur alantioxidants，phytosterol，higherf at t yal coholandt hedeaci di fi cat i onofoi lar int roducedFi - nal l yt herese arch ofm ol ecul ardist il l at i on technologyint hefutureispr oposedAuoft heseoffered t het heoret i calf oun dat i onandt echnol ogi calbas ef urt heL l geoft hetechnologyi ngrai nandoilproduc t i oni ndust ry K eywor ds：m olecul ardi st i l l at i on；ext ract i on；grai noi l ；appl i cat i on 分子蒸馏技术是近年来发展起来的一种分离 新技术，分子蒸馏技术的工作原理是利用不同种 类物质其分子运动平均自由程不同的性质，在高 真空状态下将液体混合物稍稍加热，使液体分子 收稿日期：200905I t 作者简介：李昌文(1976一)，男，安徽人，讲师，硕士，从事粮油食品科学研究。 从液面逸出扩散，轻分子的平均自由程大落在冷 凝面而重分子的平均自由程小又返回。从而将液 体中的不同物料分离。本文对分子蒸馏技术在粮 油工业中的应用进行了叙述。 1分子蒸馏技术在油脂提取中的应用 传统的植物油脂提取方法主要是压榨法和溶 剂萃取法，压榨法出油率低，粕内残油高，压榨 后粕中的蛋白质已经变性，生物效价低，只能用 作饲料，造成资源浪费；而溶剂萃取法具有出油 率高，蛋白质不变性的优点，但是产品中的溶剂 残留较难控制，且有机溶剂易燃、易爆，并且产 品纯度不高。分子蒸馏技术提取油脂无溶剂残 留，无污染，适用于挥发性强、高沸点、热敏 性、易氧化物料的分离， 特别适合应用于些功能性油脂的提取，来 保护生理活性物质的活性。随着科技的发展， 分子蒸馏技术I it 益受到重视，许多学者对分子蒸 馏技术提取植物油脂进行了研究，例如分子蒸馏 技术提取菜籽油、玫瑰精油、桂皮油、玫瑰油、 山苍子油、米糠油、小麦胚芽油、丁香油等，另 外分子蒸馏技术提取动物油脂如鱼油以及混合油 脂的分离和提纯如硬脂酸单甘油酯、月桂酸单甘 油酯、丙二醇酯等的分离等方面也进行了研究和 应用。 2分子蒸馏技术在不饱和脂肪酸分离中的 应用 不饱和脂肪酸对人体具有重要的生理意义， 因此对不饱和脂肪酸的提取分离国内外都很重 视。传统脂肪酸的提取分离方法主要有：压榨分 离法、有机溶剂分离法、精馏分离法及尿素包合 分离及综合法等。但传统的方法具有以下缺点： 容易导致热不稳定性的生理活性物质多不饱和脂 肪酸分解变质；同时有溶剂残留给产品带来污 染，影响产品质量；传统的分离方法很难解决高 纯度的不饱和脂肪酸提取问题【1J。由于饱和脂 肪酸和单不饱和脂肪酸分子运动平均自由程大， 而多不饱和脂肪酸分子运动平均自由程小，因此 在进行分子蒸馏时多不饱和脂肪酸分子最后蒸 出。通过多级蒸馏可以将不同组分分离口】。由于 EPA 、D H A 不饱和程度很高，高温下容易发生聚 合、氧化等，且脂肪酸沸点较高，所以在进行分 子蒸馏前需先进行乙酯化MJ。不饱和脂肪酸提取 工艺中影响分离效率的重要参数主要有：系统真 空度、刮板转速、初始进料温度、蒸发温度及内 冷温度等。同时在高真空下输送泵能否正常输送 物料将影响整个工艺的连续生产呤1。 3 分子蒸馏技术在油脂脱酸、脱臭中的应用 在油脂的生产过程中，由于从油料中提取的 毛油(粗油)中含有一定量的游离脂肪酸，而脂 肪酸是油脂水解酸败的主要底物，FFA 比甘油酯 中的脂肪酸更容易被氧化，脂类氧化物会使食用 油脂和食品中的脂类发生氧化酸败，从而影响油 脂的色泽和风味以及保质期，脱除油脂中游离脂 肪酸的过程称为脱酸，油脂脱酸是油脂加工业的 重要工艺。毛油脱酸的常用方法为化学碱炼法和 水蒸气蒸馏法，这2种工艺对高酸值油的精炼得 率都比较低。上述2种脱酸工艺，在脱除游离脂 肪酸的过程中也会使油中的维生素E 和甾醇类物 质部分脱除，造成有效成分的损失。利用分子蒸 馏对高酸值的油脂进行脱酸是一条有效途径，马 传国利用分子蒸馏装置对酸值在1040m gK O H g花椒子油进行脱酸，结果表明脱酸效果显著， 得到重馏分( 油脂) 的酸值均小于4m gK OH g【6j 。王宝刚利用分子蒸馏技术研究料茧蛹油脱 酸工艺，实践取得较好脱酸效果，研究得出工艺 中影响油脂脱酸效果重要参数主要有：系统真空 度、刮板转速、初始进料温度、蒸发温度及内冷 水温度等；同时在高真空下输送泵能否正常输送 物料将影响整个工艺连续生产。分子蒸馏技术 还可以把需要去除的气味物质提取出来，因此可 以用于油脂脱臭。 4分子蒸馏技术在天然色素提取中的应用 传统方法提取的色素有机溶剂残留、澄清度 等都很难符和标准，而且有机溶剂使用量大。分 子蒸馏技术在制备天然色素方面具有独特优势， 制得的色素产品质量、外观、得率都高于真空蒸 馏的产品，克服了传统分离提取法的种种缺陷， 必将在天然色素的制备面起到巨大的推动作 用。许多研究都证实了分子蒸馏技术在天然色素 提取中的应用的优越性。如：钟耕等采用分子蒸 馏法，以冷榨甜橙油为原料，提取其中的类胡萝 卜素，结果表明，采用分子蒸馏法，从脱蜡的甜 橙油中一步提取的色素，不含有机溶剂，纯度 高，色价高旧J。陆韩涛等采用二级分子蒸馏对辣 椒红色素进行处理后，产品中溶剂残留的体积分 数仅为0002，产品指标达到联合国粮农组织 (FA O )和世界卫生组织(w ho)标准一1。 5分子蒸馏技术在天然抗氧化剂提取中的 应用 在植物油加工中，脱臭馏出物一直是提取维 生素E的重要原料，另外还可利从大豆油脚中提 取维生素E。用分子蒸馏技术直接从脱臭馏出物 中提取维生素E往往比较困难，需要对原料进行 预处理，以提高分离过程的选择性，预处理过程 能够使分子蒸馏过程朝着有利的方向进行，常用 的预处理方法有：酯化、转酯化、皂化、萃取、 尿素络合等12。 6 分子蒸馏技术在甾醇提取中的应用 甾醇是一类具有生理活性的物质，广泛应用 于医药、食品、饲料等行业。传统提取甾醇的方 法不仅耗费大量有机溶剂，而且操作过程繁杂， 并且还有安全和环保等问题，分子蒸馏法可同时 提取、分离维生素E和甾醇，特别适用于实验室 的精制，也可用于工厂生产。该工艺的主要缺点 是产品纯度和收率低，需要进行多次蒸馏3J。 7分子蒸馏技术在高碳脂肪醇提取物精制 中的应用 二十八烷醇是一种重要的高碳脂肪醇，具有 降血脂、提高反应敏锐性、保护肝脏等诸多生理 活性，其中，增进耐力、精力和体力的功能表现 得尤为突出。二十八烷醇主要来源于动物蜡和植 物蜡，二十八烷醇的提取与分离传统上采用高真 空分馏法，可获得纯度50的二十八烷醇产品， 但分离效果和效率不太理想。采用分子蒸馏技术 可以明显提高二十八烷醇分离效率，提高产品纯 度，分离时间和分离效果明显优于传统法引。 陈芳等采用分子蒸馏技术进行高碳脂肪醇提取物 的精制，试验结果表明，蒸馏温度和压力作为分 子蒸馏的关键工艺参数对高碳脂肪醇的精制效果 具有显著影响。除此之外，对于蒸馏效果的影响 因素还包括进料混合物的温度、蒸发器内部冷凝 面与蒸发面之间的温差等因素，要视待分离物料 的组成具体进行研究引。 综上所述，分子蒸馏技术是粮油深加工中一 些高附加值产品提取分离的必备技术手段之一， 同时还可与超临界流体萃取技术、膜分离技术等 结合使用提高分离效果。随着技术的发展，分子 蒸馏技术在粮油食品工业中应用会不断扩大，必 将带来更大的发展和效益。 参考文献： 1 徐世民，刘颖，李明明新型分离技术在天然油脂工业中的 应用J】粮油加工与食品机械2005，(11) ：59- 62 2 程朝晖，金波，华文俊不饱和脂肪酸的分离及应用进展 J 食品工业科技，2004，(5)：143144 3 吴彩娥，许克勇，李元瑞n一3多不饱和脂肪酸富集纯化 研究进展J 中国油脂，2005，(12) ：4549 4乔国平，王兴国分子蒸馏技术及其在油脂工业中应用 J J粮食与油脂，2002，(5) ：2527 5 王宝刚分子蒸馏技术用于提取共轭亚油酸工艺探讨 J 粮食与食品工业，2005，(5)：1517 6 马传国分子蒸馏对花椒子油脱酸的研究J 粮油加工与 食品机械，2001，( 12)：4042 7 王宝刚分子蒸馏技术用于茧蛹油脱酸工艺实践J粮食 与油脂。2005(8)：3940 8钟耕，吴永娴，曾儿坤天然类胡萝h素的提取新工艺 J 四川日化，1995，( 3)：6- 9 9 陆韩涛，程玉镜利用分子蒸馏精制植物精油 J精细化 工，1998( 10) ：4446 10丁辉，徐世民，孙龙江分子蒸馏浓缩天然V E的研究 J 粮油加工，2007，( 10) ：98一100 11李玲