分子蒸餾在提取天然維生素E中的應用

apple12151007 · 發表于 2010-10-11 14:44:09

[p=30, 2, center]　[b]　分子蒸餾在提取天然維生素E中的應用[/b][/p][p=30, 2, center][b]　　Molecular Distillation and Application[/b][/p][p=30, 2, center][b]　　in Isolating Natural Vitamin E[/b][/p][p=30, 2, center][b]　　白群安[/b][/p]
　　摘要：闡述了分子蒸餾的基本原理及其主要特點。介紹了分子蒸餾在提取天然維生素E的應用研究。
　　關鍵詞：分子蒸餾天然維生素E
　　Abstracts：The basic principle of molecular distillation and the main characteristic were elaborated. And the applied research achievement of molecular distillation in isolating natural vitamin E were also introduced.
　　Keywords: Molecule distillation Natural Vitamin E
　　我國是一個生產油脂量和消費量很大的國家，年消費油脂量約800萬噸左右。特別是近年來隨著我國人民生活水平的提高，人們對油脂品質質量的要求也逐步提高，使油脂加工中的副產物，如油腳、皂腳、脫臭餾出物等也越來越多。同時，隨著國際、國內對天然維生素E保健功能的日益了解和應用的不斷深人，市場上對天然維生素E的需求量正日益增長。據介紹，在出口的維生素E中，75%～80%用于飼料添加劑。因此，充分利用有限的資源，合理地從油脂加工的副產物(如:油腳、皂腳、脫臭餾出物等)提取天然維生素E，具有廣泛的意義。
　　分子蒸餾(Molecular distilhtion)是一種在高真空度下進行的液液分離操作的連續蒸餾過程。其分離原理是基于在一定的溫度和真空度下不同物質的分子平均自由程差異，在遠低于其沸點的溫度下將其分離。分子蒸餾技術特別適應于高沸點、熱敏性以及易氧化物料的分離純化，可降低高沸點物料的分離成本，保護熱敏物料的特點品質。該技術已經廣泛應用于石油化工、食品香料等領域，特別是天然物質的提取與分離。
　　1 分子蒸餾的基本原理
　　分子蒸餾不同于一般的蒸餾技術，它是運用不同物質分子運動自由程的差別而實現物質的分離。所謂自由程，即是一個分子在相鄰兩次分子碰撞之間所經過的路程。任一分子在運動過程中都在不斷變化自由程，而在一定的外界條件下，不同物質的分子其自由程各不相同。在某時間間隔內自由程的平均值，叫做平均自由程(meanfree path)。根據分子運動理論，液體混合物的分子受熱后運動加劇，會從液面逸出而成為氣體分子，隨著液面上氣體分子的增加，有一部分其他分子就會返回液體，在外界溫度保持恒定的情況下，最終達到液——氣的動態平衡。Jumi Lutisan和Jan Cvengros運用理想氣體動力學理論導出分子平均自由程公式，提出分子蒸餾的分離作用是利用液體分子受熱會從液面逸出，而且不同種類分子逸出后其平均自由程不同來實現的。
　　分子平均自由程的公式：
　　λm=νm/f
　　式中：λm——分子的平均自由程;
　　νm——某一分子的平均速度;
　　f——碰撞頻率
　　由分子平均自由程的公式可知，不同的分子由于其運動速度和有效分子直徑不同，他們的平均自由程是不相同的，輕分子的平均自由程大，重分子的平均自由程小，分子蒸餾的分離作用就是利用不同分子的平均自由程不同來實現的。
　　2 分子蒸餾的特點
　　分子蒸餾在低氧惰性條件下蒸餾具有如下特點：
　　2.1 蒸餾溫度低
　　普通蒸餾在沸點溫度進行，分子蒸餾是在低于蒸餾物質沸點的任何溫度下進行，被分離物質只要存在著溫度差，就能達到分離目的。
　　2.2 蒸餾真空度高
　　整個物料系統均在真空下，其最低蒸餾壓力必須保證低于0.5 Pa～1 Pa，因此物料不易氧化受損。
　　2.3 受熱時間短
　　分子蒸餾裝置加熱面與冷凝面的距離小于輕分子的平均自由程，液面逸出的輕分子幾乎未經碰撞就達到冷凝面，所以受熱時間很短，在蒸餾溫度下停留時間一般在幾秒至幾十秒之間。由于分子蒸餾溫度低，受熱時間短，因此特別適合對高沸點、熱敏性物料進行有效的分離。
　　2.4 高效、安全
　　分離程度及產率高，產品質量高，其成分在蒸餾前后不會有太大變化。分離后的產品無毒、無害、無污染、無殘留，可得到純凈安全的產物，且操作工藝簡單，設備少。
　　由以上特點可以看出，分子蒸餾技術能分離常規蒸餾不易分離的物質，特別適宜于高沸點、高粘度、熱敏性物質的分離。因此，它為工業生產的各個領域中高純物質的提取開辟了廣闊的前景。
　　3 分子蒸餾技術在提取天然維生素E中的應用
　　3.1天然維生素E在植物油中的存在
　　維生素E(Vitamin E)又名生育酚，是一種油溶性維生素，其化學結構為色滿(Chroman) 的衍生物。維生素E是一種抗氧化劑，基本功能是抑制組織膜內圍繞著細胞顆粒及紅細胞的膜內多不飽和脂肪酸的氧化，是一種穩定細胞的脂類，并能與過氧化物反應，使其變成對細胞無害的物質。維生素E作為飼料添加劑，不僅是一種抗氧化劑，又是畜禽生長必需的生物催化劑。
　　維生素E有化學合成品和天然品兩大類，天然維生素E在生理活性、營養生理作用和安全性上都優于化學合成的維生素E。天然維生素E主要存在于油料作物種子及植物油脂中，以植物油精煉副產品——脫臭餾出物中含量最多，因此，合理地從油脂脫臭餾出物中提取維生素E是獲得天然維生素E的一個最為有效的途徑。
　　天然維生素E在植物油中含量與油料油脂的種類有關，大豆油、玉米胚芽油、棉籽油、菜籽油、葵花籽油、米糠油等含不飽和脂肪酸較多的油脂，其維生素E含量較大，而棕櫚油、椰子油等含不飽和脂肪酸較少的油脂，其維生素E含量較低。
　　脫臭餾出物的量和組成與原料油種類、植物油精煉工藝、脫臭時操作條件、脫臭裝置構造及回收方法有關，隨脫臭條件及回收方法的不同，其組成有較大的變化。一般，化學精煉得到的脫臭餾出物約占脫臭油的0.2～0.3%(V/V)，其中維生素E含量較高，物理精煉得到的脫臭餾出物約占脫臭油的1～3%(V/V)，其中維生素E含量較低。部分植物油及其脫臭餾出物中天然維生素E的含量見表1。
　　表1 部分植物油及其脫臭餾出物中天然維生素E含量 [table]
[tr][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]VE[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt]含量[/size][/font][/p][/td][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]毛油(mg/100g)[/size][/font][/p][/td][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]精煉油(mg/100g)[/size][/font][/p][/td][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]脫臭餾出物(%)[/size][/font][/p][/td][/tr]
[tr][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]大豆油[/size][/font][/p][/td][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]87[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt]～113[/size][/font][/p][/td][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]72[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt]～117[/size][/font][/p][/td][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]8[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt]～20[/size][/font][/p][/td][/tr]
[tr][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]玉米胚芽油[/size][/font][/p][/td][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]84[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt]～148[/size][/font][/p][/td][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]68[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt]～77[/size][/font][/p][/td][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]7[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt]～11[/size][/font][/p][/td][/tr]
[tr][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]棉籽油[/size][/font][/p][/td][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]84[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt]～96[/size][/font][/p][/td][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]24[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt]～69[/size][/font][/p][/td][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]6[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt]～15[/size][/font][/p][/td][/tr]
[tr][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]菜籽油[/size][/font][/p][/td][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]52[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt]～57[/size][/font][/p][/td][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]34[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt]～52[/size][/font][/p][/td][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]7[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt]～10[/size][/font][/p][/td][/tr]
[tr][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]葵花籽油[/size][/font][/p][/td][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]51[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt]～74[/size][/font][/p][/td][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]32[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt]～52[/size][/font][/p][/td][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]7[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt]～15[/size][/font][/p][/td][/tr]
[tr][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]米糠油[/size][/font][/p][/td][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]41[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt]～54[/size][/font][/p][/td][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]23[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt]～35[/size][/font][/p][/td][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]2[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt]～5[/size][/font][/p][/td][/tr]
[tr][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]棕櫚油[/size][/font][/p][/td][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]13[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt]～19[/size][/font][/p][/td][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]8[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt]～15[/size][/font][/p][/td][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]0.3[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt]～0.5[/size][/font][/p][/td][/tr]
[tr][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]椰子油[/size][/font][/p][/td][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]0.3[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt]～2.5[/size][/font][/p][/td][td=160][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]0.2[/size][/font][font=宋體][size=10.5pt]～0.9[/size][/font][/p][/td][td=160][/td][/tr]
[/table]
　　3.2 脫臭餾出物的成分
　　脫臭餾出物主要包括游離脂肪酸、甘油三酯、甘油二酯、甘油一酯、甾醇、維生素E和氧化副產物等。其主要揮發組分分子量與相對揮發度見表2。
　　表2 幾種主要揮發組分、分子量與相對揮發度 [table]
[tr][td=211][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]揮發組分[/size][/font][/p][/td][td=211][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]分子量[/size][/font][/p][/td][td=212][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]相對揮發度[/size][/font][/p][/td][/tr]
[tr][td=211][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]游離脂肪酸[/size][/font][/p][/td][td=211][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]280[/size][/font][/p][/td][td=212][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]2.5[/size][/font][/p][/td][/tr]
[tr][td=211][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]維生素E[/size][/font][/p][/td][td=211][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]415[/size][/font][/p][/td][td=212][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]1.0[/size][/font][/p][/td][/tr]
[tr][td=211][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]甾醇[/size][/font][/p][/td][td=211][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]410[/size][/font][/p][/td][td=212][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]0.6[/size][/font][/p][/td][/tr]
[tr][td=211][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]甾醇酯[/size][/font][/p][/td][td=211][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]675[/size][/font][/p][/td][td=212][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]0.038[/size][/font][/p][/td][/tr]
[/table]
　　從脫臭餾出物中提取維生素E，就是要將餾出物中非維生素E成分分離出來，以提高餾出物中維生素E的含量。目前，提取天然維生素E的方法主要有萃取法、蒸餾法、吸附法和化學處理法。其中利用化學處理和分子蒸餾相結合可提取高純度和高濃度的天然維生素E。
　　3.3分子蒸餾在提取天然維生素E中的應用
　　為了得到較高純度的天然維生素E濃縮物，常采用酯化—分子蒸餾組合工藝來提取。首先，通過化學處理(即將脫臭餾出物中的脂肪酸和中性油用低級醇進行酯化反應)，把植物油脫臭餾出物中的游離脂肪酸、甘油酯轉化為沸點及分子量與天然維生素E的沸點和分子量相差較大的脂肪酸酯。然后，將餾出物中的甾醇冷析分離。最后，通過蒸餾的方法將脂肪酸多元醇酯或脂肪酸甲酯與維生素E進行分離，獲取一定純度的天然維生素E濃縮物。蒸餾后濃縮物中還含有較多的非維生素E成分，為此在溫度為220～240℃、壓力為10-3～10-5mmHg的高真空條件下，再進行分子蒸餾，將沸點與維生素E的沸點接近的組分分離，進一步提高濃縮物維生素E的含量。
　　經過上述濃縮和精制后，可得到濃度為50～70的天然維生素E。如果需要得到濃度更到的維生素E，可采用其它提純方法如色譜法、離子交換、溶劑萃取等再進一步精制。工藝流程如下：
　　
　　

　　4 展望
　　維生素E作為一種維生素，具有其它物質所不具備的、生命有機體必需的生物活性。我國的植物油資源豐富，從植物油精煉副產物中提取天然維生素E，既是天然資源的綜合利用，又是獲得天然維生素E的最佳方法。每年我國大規模的油廠都剩下數量驚人的油腳，這一寶貴資源并未開發利用，而是白白浪費掉了。如果從中提取天然維生素E，可以變廢為寶，創造經濟價值，也是很好的方法之一。
　　由于分子蒸餾在低氧惰性條件下蒸餾，其蒸餾溫度低，物料受熱時間短，操作壓力低(真空度高)，分離程度及產率高，產品質量高，其成分在蒸餾前后不會有太大變化，在分離后的產品可避免有機溶劑殘留等優點，采用分子蒸餾法制備天然維生素E是理想的工業化生產方式。我們相信，隨著分子蒸餾技術研究的不斷深入和發展，它在飼料工業中的應用將更有效更廣泛。
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