文档介绍：分子蒸馏在食品工业中的应用
摘要:分子蒸馏技术是一种高真空下操作的方法。本文介绍了分子蒸馏的概念及其原理、分子蒸馏器的设计原则,并重点介绍了目前分子蒸馏在食品工业中的应用发展情况。
关键词:分子蒸馏食品工业应用
分子蒸馏也称短程蒸馏,是一种在高真空下(残气分子的压力<)进行的连续蒸馏过程。其操作温度低,同时物料被加热的时间非常短,不会对物质本身造成破坏,且分离程度高,能大大降低高沸点物料的分离成本,并能极好保护热敏性物料的品质。分子蒸馏作为一种新型、有效的分离手段,自20世纪30年代出现以来,得到世界各国的重视,目前分子蒸馏已成功地应用到食品、医药、化妆品、化工、石油、香料等行业中,用于浓缩或纯化高分子量、高沸点、高粘度及热敏性较差的物料[1]。
常规蒸馏是建立在气液相平衡的基础上,根据蒸馏物质在气—液相组成的不同进行分离,分离操作是在蒸馏物质的沸点温度下进行的。分子蒸馏不同于常规蒸馏, 它是运用不同物质分子运动平均自由程的差别而实现物质的分离。由分子的平均自由程公式为,(:分子的平均自由程;:某一分子的平均速度;:碰撞频率) 可知,不同的分子由于其运动速度和有效分子直径不同,它们的平均自由程是不相同的,轻分子的平均自由程大,重分子的平均自由程小,分子蒸馏的分离作用就是利用不同分子的平均自由程不同来实现的。分子蒸馏技术的核心是分子蒸馏装置。液体混合物达到分离的目的。首先进行加热, 能量足够的分子逸出液面, 轻分子的平均自由程大, 重分子的平均自由程小, 若在离液面小于轻分子的平均自由程而大于重分子的平均自由程处设置一捕集器, 使得轻分子不断被捕集, 从而破坏了轻分子的动态平衡而使混合液中的轻分子不断逸出, 而重分子因到达不了捕集器很快趋于动态平衡, 不再从混合液逸出, 这样液体混合物便达到了分离的目的[2]。
过程一般可分为以下五步:
物料在加热面上的液膜形成;
分子在液膜表面上的自由蒸发;
分子从加热面向冷凝面的运动;
分子在冷凝面上的捕获;
馏出物和残留物的收集[3]。
由于分子蒸馏的冷热面间的间距小于轻分子的平均自由程,轻分子几乎没有压为降就达到冷凝面,使蒸发面的实际操作真空度比传统真空蒸馏的操作真空度高出几个数量级。。
分子蒸馏依靠分子运动平均自由程的差别实现分离,并不需要达到物料的沸点(远低于其沸点),加之分子蒸馏操作真空度更高,这又进一步降低了操作温度。如某液体混合物在真空蒸馏时操作温度为260℃,而分子蒸馏仅为150℃左右。
分子蒸馏在蒸发过程中,物料被强制形成很薄的液膜,并被定向推动,使得液体在分离器中停留时间很短〔以秒计)。特别是轻分子,一经逸出就马上冷凝,受热时间更短,一般为几秒或十几秒。这样,使物料的热损伤很小,特别对热敏性物质的净化过程提供了传统蒸馏无法比拟的优越条件。
分子蒸馏的分离程度更高
由分子蒸馏的相对挥发度可以看出:
—轻分子相对分子质量
—重分子相对分子质量
常规蒸发相对挥发度:,由于,所以[4]
EPA和DHA的富集