分子蒸餾在提取天然維生素E中的應(yīng)用

apple12151007 · 發(fā)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(yīng)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(diǎn)。介紹了分子蒸餾在提取天然維生素E的應(yīng)用研究。
　　關(guān)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(guó)是一個(gè)生產(chǎn)油脂量和消費(fèi)量很大的國(guó)家，年消費(fèi)油脂量約800萬(wàn)噸左右。特別是近年來(lái)隨著我國(guó)人民生活水平的提高，人們對(duì)油脂品質(zhì)質(zhì)量的要求也逐步提高，使油脂加工中的副產(chǎn)物，如油腳、皂腳、脫臭餾出物等也越來(lái)越多。同時(shí)，隨著國(guó)際、國(guó)內(nèi)對(duì)天然維生素E保健功能的日益了解和應(yīng)用的不斷深人，市場(chǎng)上對(duì)天然維生素E的需求量正日益增長(zhǎng)。據(jù)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(chǎn)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(jìn)行的液液分離操作的連續(xù)蒸餾過(guò)程。其分離原理是基于在一定的溫度和真空度下不同物質(zhì)的分子平均自由程差異，在遠(yuǎn)低于其沸點(diǎn)的溫度下將其分離。分子蒸餾技術(shù)特別適應(yīng)于高沸點(diǎn)、熱敏性以及易氧化物料的分離純化，可降低高沸點(diǎn)物料的分離成本，保護(hù)熱敏物料的特點(diǎn)品質(zhì)。該技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于石油化工、食品香料等領(lǐng)域，特別是天然物質(zhì)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(shù)，它是運(yùn)用不同物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)自由程的差別而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。所謂自由程，即是一個(gè)分子在相鄰兩次分子碰撞之間所經(jīng)過(guò)的路程。任一分子在運(yùn)動(dòng)過(guò)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(zhì)的分子其自由程各不相同。在某時(shí)間間隔內(nèi)自由程的平均值，叫做平均自由程(meanfree path)。根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)理論，液體混合物的分子受熱后運(yùn)動(dòng)加劇，會(huì)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(huì)返回液體，在外界溫度保持恒定的情況下，最終達(dá)到液——?dú)獾膭?dòng)態(tài)平衡。Jumi Lutisan和Jan Cvengros運(yùn)用理想氣體動(dòng)力學(xué)理論導(dǎo)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(huì)從液面逸出，而且不同種類(lèi)分子逸出后其平均自由程不同來(lái)實(shí)現(xiàn)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(yùn)動(dòng)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(lái)實(shí)現(xiàn)的。
　　2 分子蒸餾的特點(diǎn)
　　分子蒸餾在低氧惰性條件下蒸餾具有如下特點(diǎn)：
　　2.1 蒸餾溫度低
　　普通蒸餾在沸點(diǎn)溫度進(jìn)行，分子蒸餾是在低于蒸餾物質(zhì)沸點(diǎn)的任何溫度下進(jìn)行，被分離物質(zhì)只要存在著溫度差，就能達(dá)到分離目的。
　　2.2 蒸餾真空度高
　　整個(gè)物料系統(tǒng)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(shí)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(jīng)碰撞就達(dá)到冷凝面，所以受熱時(shí)間很短，在蒸餾溫度下停留時(shí)間一般在幾秒至幾十秒之間。由于分子蒸餾溫度低，受熱時(shí)間短，因此特別適合對(duì)高沸點(diǎn)、熱敏性物料進(jìn)行有效的分離。
　　2.4 高效、安全
　　分離程度及產(chǎn)率高，產(chǎn)品質(zhì)量高，其成分在蒸餾前后不會(huì)有太大變化。分離后的產(chǎn)品無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)污染、無(wú)殘留，可得到純凈安全的產(chǎn)物，且操作工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備少。
　　由以上特點(diǎn)可以看出，分子蒸餾技術(shù)能分離常規(guī)蒸餾不易分離的物質(zhì)，特別適宜于高沸點(diǎn)、高粘度、熱敏性物質(zhì)的分離。因此，它為工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域中高純物質(zhì)的提取開(kāi)辟了廣闊的前景。
　　3 分子蒸餾技術(shù)在提取天然維生素E中的應(yīng)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(xué)結(jié)構(gòu)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(nèi)圍繞著細(xì)胞顆粒及紅細(xì)胞的膜內(nèi)多不飽和脂肪酸的氧化，是一種穩(wěn)定細(xì)胞的脂類(lèi)，并能與過(guò)氧化物反應(yīng)，使其變成對(duì)細(xì)胞無(wú)害的物質(zhì)。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(zhǎng)必需的生物催化劑。
　　維生素E有化學(xué)合成品和天然品兩大類(lèi)，天然維生素E在生理活性、營(yíng)養(yǎng)生理作用和安全性上都優(yōu)于化學(xué)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(chǎn)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(gè)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(lèi)有關(guān)，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(lèi)、植物油精煉工藝、脫臭時(shí)操作條件、脫臭裝置構(gòu)造及回收方法有關(guān)，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(xué)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(jiàn)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(chǎn)物等。其主要揮發(fā)組分分子量與相對(duì)揮發(fā)度見(jiàn)表2。
　　表2 幾種主要揮發(fā)組分、分子量與相對(duì)揮發(fā)度 [table]
[tr][td=211][p=30, 2, center][font=宋體][size=10.5pt]揮發(fā)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(duì)揮發(fā)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(lái)，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(xué)處理法。其中利用化學(xué)處理和分子蒸餾相結(jié)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(yīng)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(lái)提取。首先，通過(guò)化學(xué)處理(即將脫臭餾出物中的脂肪酸和中性油用低級(jí)醇進(jìn)行酯化反應(yīng))，把植物油脫臭餾出物中的游離脂肪酸、甘油酯轉(zhuǎn)化為沸點(diǎn)及分子量與天然維生素E的沸點(diǎn)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(guò)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(jìn)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(jìn)行分子蒸餾，將沸點(diǎn)與維生素E的沸點(diǎn)接近的組分分離，進(jìn)一步提高濃縮物維生素E的含量。
　　經(jīng)過(guò)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(jìn)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(zhì)所不具備的、生命有機(jī)體必需的生物活性。我國(guó)的植物油資源豐富，從植物油精煉副產(chǎn)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(guó)大規(guī)模的油廠都剩下數(shù)量驚人的油腳，這一寶貴資源并未開(kāi)發(fā)利用，而是白白浪費(fèi)掉了。如果從中提取天然維生素E，可以變廢為寶，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)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(shí)間短，操作壓力低(真空度高)，分離程度及產(chǎn)率高，產(chǎn)品質(zhì)量高，其成分在蒸餾前后不會(huì)有太大變化，在分離后的產(chǎn)品可避免有機(jī)溶劑殘留等優(yōu)點(diǎn)，采用分子蒸餾法制備天然維生素E是理想的工業(yè)化生產(chǎn)方式。我們相信，隨著分子蒸餾技術(shù)研究的不斷深入和發(fā)展，它在飼料工業(yè)中的應(yīng)用將更有效更廣泛。
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