分子蒸馏技术在精油加工中的应用

植物及其提取物自古以来就被人们用来消除疼痛,愈合伤口及杀菌,从而达到治疗和保健的效果。分子蒸馏技术在现代医学尚未成形的17世纪时,人们对植物精油的认识和利用就已经相对发达,当时大约就有60种精油用于香料和医疗领域[3]。l8世纪后,由于有机化学的发展,人们在对植物精油的提取、成份分析等方面都取得了很大进步。但更成熟的合成药物取代了植物精油,尽管药师把精油从货架上取下,但随着天然香料应用范围不断扩大,香料工业急剧发展,天然香料种植、提取技术也得到不断改进。除了传统的榨磨、水蒸汽蒸馏,溶剂浸提等传统方法继续规模化产业化发展外,一些新兴的提取分离手段,如超临界萃取技术、超声波技术、微波技术等在不断给古老的精油产业注入了新的生机和活力,解决生产和市场中的实际问题。而分子蒸馏技术作为一种先进和成熟的下游处理技术,可以将精油中有经济价值和医疗价值的组分进行分离,对精油本身或加工过程引入的危害人类健康、降低使用价值的成分进行脱除,从而使精油能被更多人接受,发挥更大的用途。 富集香味物质和药用成分:植物精油化学成分相当复杂,是一类具有生物活性的化学物质,如醛、醇、酮、酚、烯、单萜、双萜和倍半萜等,这些化合物均有沸点低且易挥发的特点。随着毛细管气相色谱技术的应用和提高,对精油的研究愈来愈深入。一种精油可鉴定出几十个,甚至上百个化学成分,一些含量甚微的成分也被鉴出来,其中不乏许多有巨大经济价值的成分,其中的香味物质及药用成分具有杀菌、抗炎、抗痉挛、刺激、舒缓、调节内分泌等功能,构成芳香疗法的疗效基础,对这些成分有选择性地提取和富集是增加产品商业价值的过程。对植物精油中香味物质化学成分的了解(如挥发度、溶解性、热稳定性和化学反应性质)有助于选择正确的方法进行提纯和加工。大多数精油中成分热稳定性差,分子量和极性组成复杂,采用常规的蒸馏或溶剂法很容易造成成分损失、破坏或带来影响感官的溶剂。应用分子蒸馏则可以克服以上缺陷,实现目标物质的精确无损分离。如用于鸢尾根净油中豆蔻酸和鸢尾酮的分离、广藿香油、肉桂油、八角茴香油以及山苍子油的精制和纯化。分子蒸馏还可以用于合成或半合成香料物质或活性成分的提取,如从松油醇与酸的反应液中提取桉叶素,经过催化氢化, 氯甲基化和醚化的反应液中提取除虫菊酯类农药的杀虫增效剂胡椒基丁醚。鉴于分子蒸馏在原理上根本区别于常规蒸馏, 因而它具备着许多常规蒸馏无法比拟的优点。 1.操作温度低。常规蒸馏是靠不同物质的沸点差进行分离的, 而分子蒸馏是靠不同物质分子运动自由程的差别进行分离的,因此, 后者是在远离(远低于)沸点下进行操作的。 分子蒸馏技术2.蒸馏压强低。由于分子蒸馏装置独特的结构形式, 其内部压强极小, 可以获得很高的真空度。同时, 由分子运动自由程公式可知, 要想获得足够大的平均自由程, 可以通过降低蒸馏压强来获得, 一般为X×10-1Pa数量级。从以上两点可知, 尽管常规真空蒸馏也可采用较高的真空度,但由于其结构上的制约(特别是板式塔或填料塔), 其阻力较分子蒸馏装置大得多, 因而真空度上不去, 加之沸点以上操作, 所以其操作温度比分子蒸馏高得多。如某液体混合物在真空蒸馏时的操作温度为260℃, 而分子蒸馏仅为150℃。 3.受热时间短。鉴于分子蒸馏是基于不同物质分子运动自由程的差别而实现分离的因而受加热面与冷凝面的间距要小于轻分子的运动自由程(即距离很短), 这样由液面逸出的轻分子几乎未碰撞就到达冷凝面, 所以受热时间很短。另外, 若采用较先进的分子蒸馏结构, 使混合液的液面达到薄膜状, 这时液面与加热面的面积几乎相等, 那么, 此时的蒸馏时间则更短。假定真空蒸馏受热时间为1h, 则分子蒸馏仅用十几秒。 4.分离程度高,分子蒸馏常常用来分离常规蒸馏不易分开的物质,然而就这两种方法均能分离的物质而言, 分子蒸馏的分离程度更高。分子蒸馏的挥发度一般用下式表示: ατ= p1/p2· (M2 / M1)1/2。式中M1为轻组分分子量;M2为重组分分子量;p1、p2分别是组分1和2的蒸气压。而常规蒸馏的相对挥发度, α=p1/p2。在p1/p2相同的情况下, 重组分的分子量M2比轻组分的分子量M1大, 所以ατ比α大。这就表明分子蒸馏较常规蒸馏更易分离, 且随着M1、M2差别越大则分离程度越高。从分子蒸馏技术以上的特点可知, 它在实际的工业化应用中较常规蒸馏技术具有以下明显的优势。对于高沸点、热敏性及易氧化物料的分离, 分子蒸馏提供了zui佳分离方法。因为分子蒸馏是在很低温度下操作, 且受热时间很短; 分子蒸馏可极有效地脱除液体中的低分子物质(如有机溶剂、臭味等), 这对于采用溶剂萃取后液体的脱溶是非常有效的方法; 分子蒸馏可有选择的蒸出目的产物, 去除其他杂质, 通过多级分离可同时分离两种以上的物质; 分子蒸馏的分离过程是物理过程, 因而可很好地保护被分离物质不受污染和侵害。随着工业化的发展, 分子蒸馏技术已广泛应用于高附加值物质的分离, 特别是天然物的分离, 因而被称为天然品质的保护者和回归者。


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