分子蒸餾設(shè)備在蜂蜜濃縮中的應(yīng)用

歐陽(yáng)衛(wèi)東 侯春生 歐陽(yáng)達(dá)深 張 全

（1 廣州從化潤(rùn)至園蜂業(yè)有限公司，廣州 510900；2 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣州 510642）

蜂蜜是三大主要蜂產(chǎn)品之一，我國(guó)年產(chǎn)量都在20萬(wàn)噸左右，因此，我國(guó)蜂蜜的質(zhì)量直接影響著我國(guó)蜂業(yè)的總體水平。隨著人們生活水平的提高，蜂蜜的用途越來(lái)越廣泛，不但是傳統(tǒng)上的補(bǔ)品，而且它的使用范圍已擴(kuò)大到了食品、醫(yī)藥，甚至是化工及相關(guān)產(chǎn)業(yè)。蜂蜜的質(zhì)量直接影響到在各行業(yè)的應(yīng)用，而蜂蜜質(zhì)量的好壞與蜂蜜濃縮技術(shù)又是直接相關(guān)的。

分子蒸餾技術(shù)又稱為短程蒸餾，是一種對(duì)高沸點(diǎn)、熱敏性物料進(jìn)行有效分離的手段。分子蒸餾技術(shù)是依靠分子運(yùn)動(dòng)自由程的差別，將液體混合物分離的技術(shù)。本文介紹了應(yīng)用在多種行業(yè)的分子蒸餾設(shè)備提高蜂蜜濃縮的質(zhì)量，并最大程度保留有效物質(zhì)的方法，為蜂產(chǎn)品加工提供了可借鑒的思路。

1 蜂蜜濃縮的作用

蜂蜜的成熟和釀造是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，需要有充分的時(shí)間來(lái)完成，而大流蜜期，一般只有短短幾天，因此，在實(shí)際生產(chǎn)蜂蜜過(guò)程中很難做到完全生產(chǎn)成熟蜜。蜂蜜的濃縮是蜂產(chǎn)品加工企業(yè)必須要進(jìn)行的加工程序，通過(guò)濃縮凈化了蜂蜜，提高了濃度，去除了多余的水分，延長(zhǎng)了保質(zhì)期，有利于滿足蜂蜜應(yīng)用于各行業(yè)需求。

2 目前蜂蜜濃縮的設(shè)備與特點(diǎn)

2.1 目前蜂蜜濃縮的主要工藝及設(shè)備

蜂蜜濃縮的主要工藝為：原料檢驗(yàn)→選料配料→解晶液化→投料混合→加熱→粗濾→精濾→濃縮→中間檢驗(yàn)→成品配制→成品檢驗(yàn)→包裝入庫(kù)[1，2]。

在我國(guó)，濃縮蜂蜜的主要設(shè)備有兩種：升膜式減壓蒸發(fā)器和刮板式薄膜減壓蒸發(fā)器。

（1）升膜式減壓蒸發(fā)器的工作流程為，先將物料進(jìn)入預(yù)熱器進(jìn)行預(yù)熱，后自上部流出，從蒸發(fā)器底部進(jìn)入列管蒸發(fā)器，立即沸騰汽化，形成泡沫。泡沫及二次蒸氣沿加熱管高速上升，并使溶液成膜狀沿管壁以很高的速度上升而迅速蒸發(fā)。濃縮液以連于分離器下口的導(dǎo)管流入接收器收集，多余的廢氣則進(jìn)入冷凝器中，未冷凝的直接排入真空泵。此設(shè)備的不足是，加熱管不宜太長(zhǎng)，當(dāng)蒸發(fā)量過(guò)大或操作不當(dāng)時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生局部干壁現(xiàn)象，從而降低傳熱效果。

（2）刮板式薄膜減壓蒸發(fā)器是利用旋轉(zhuǎn)的刮板將料液分散成均勻的薄膜，以使物料濃縮的一種設(shè)備。料液由器頂進(jìn)入，由離心式液體分布器均勻地灑在內(nèi)壁上，在重力和旋轉(zhuǎn)力的作用下，料液形成旋轉(zhuǎn)下降的薄膜，并在下降過(guò)程中不斷被蒸發(fā)濃縮。此儀器適用于熱敏性物料的濃縮，其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，消耗功率大，并受夾套式傳熱面的限制，故處理量不能過(guò)大。

2.2 濃縮設(shè)備的不足

蒸餾是實(shí)現(xiàn)分離的一種最基本的方法，可實(shí)現(xiàn)固體和液體或液體和液體混合物的分離。常規(guī)蒸餾的過(guò)程中，經(jīng)常采用減壓的方法，能夠有效降低蒸餾所需要的溫度，從而可以避免有些物質(zhì)在蒸餾過(guò)程中因受熱分解而造成的損失。但是，對(duì)于沸點(diǎn)高、熱不穩(wěn)定、粘度高或容易爆炸的物質(zhì)，并不適宜使用普通減壓蒸餾法[3]。

3 分子蒸餾設(shè)備的主要組成

分子蒸餾設(shè)備主要有薄膜式短程蒸發(fā)器、離心式分子蒸餾、降膜回流式分子蒸餾等類型。分子蒸餾器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是分子蒸餾技術(shù)的核心內(nèi)容。根據(jù)分子蒸餾器的結(jié)構(gòu)形式不同，主要分為三種：①降膜式:流體靠重力在蒸發(fā)壁面流動(dòng)時(shí)形成一層薄膜,但液膜厚度不均勻，且液膜流動(dòng)一般為層流,傳質(zhì)、傳熱阻力大。②離心式:依靠錐形蒸發(fā)筒體旋轉(zhuǎn),使物料在離心力作用下呈液膜狀均勻分布在壁面上,分離效果較好,但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。③刮膜式：類似于刮板式薄膜減壓蒸發(fā)器。下圖為分子蒸餾示意圖：

圖1 分子蒸餾設(shè)備流程圖

3.1 分子蒸餾設(shè)備的特點(diǎn)及適用物質(zhì)

3.1.1 分子蒸餾的特點(diǎn)

分子蒸餾是一種高效的液液分離技術(shù)，但由于缺乏對(duì)其流體力學(xué)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，使得該項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)還多停留在實(shí)驗(yàn)室階段。通過(guò)對(duì)不同操作液膜形成圖像研究，壁面呈現(xiàn)點(diǎn)狀、線狀，部分成膜、整體成膜4個(gè)形態(tài)[4]。分子蒸餾的具體特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)[5]:

（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）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0.5～1Pa,因此，物料不易氧化受損。

（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)間一般幾秒至幾十秒之間。

（4）不可逆性。普通蒸餾是蒸發(fā)與冷凝的可逆過(guò)程,液相和氣相間可以形成互相平衡狀態(tài)。

（5）沒(méi)有沸騰鼓泡現(xiàn)象。普通蒸餾有鼓泡、沸騰現(xiàn)象,分子蒸餾是液層表面上的自由蒸發(fā),在低壓力下進(jìn)行,液體中無(wú)溶解的空氣,因此在蒸餾過(guò)程中不能使整個(gè)液體沸騰,沒(méi)有鼓泡現(xiàn)象。

（6）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。

（7）分離程度更高。

3.1.2 分子蒸餾需要的條件

使用分子蒸餾技術(shù)還需要滿足一定的條件,分子蒸餾需具備的條件分析[6]:

（1）蒸發(fā)面與冷凝面之間應(yīng)保證較高的溫度差，要保證分子單向流動(dòng)，就要使涂布液體均勻的蒸發(fā)面盡可能快速地使大量分子逸出，遇冷面立即捕集。

（2）蒸發(fā)面與冷凝面應(yīng)保持較短的距離，基于分子蒸餾的原理，蒸發(fā)面與冷凝面之間的距離應(yīng)保持在輕質(zhì)分子平均自由程和重質(zhì)分子平均自由程之間，方能實(shí)現(xiàn)良好的分離效果。

（3）分子蒸餾分離系統(tǒng)中應(yīng)保持較高的真空度。系統(tǒng)中真空度高，不僅可以增大輕重分子的平均自由程，使設(shè)備中蒸發(fā)面與冷凝面間距設(shè)計(jì)更易于保證其分子蒸餾條件。

（4）蒸發(fā)面上的液體膜應(yīng)盡可能的薄。在高真空的條件下，液體能夠在不產(chǎn)生氣泡的情況下實(shí)現(xiàn)相變，也就是說(shuō)相變發(fā)生在被蒸發(fā)的液體物料表面，使之就地蒸發(fā)。

3.1.3 分子蒸餾適用的物質(zhì)

分子蒸餾是用來(lái)分離液體混合物的設(shè)備。分子蒸餾設(shè)備可用于不同沸點(diǎn)的產(chǎn)品的分離，從混合物中分離低含量的成分，可以進(jìn)行天然香料的分離。也可以從蒸餾殘液中分離微量的揮發(fā)性成分，如乳脂中分離殺菌劑及香料脫臭都可采用二級(jí)分子蒸餾。同時(shí)，還可進(jìn)行其他成分的濃縮，用于熱敏性物料的濃縮，如蜂蜜，它在高真空下沸騰時(shí)間短，可避免熱效成分的損失[7]。分子蒸餾設(shè)備適用于高分子量、高沸點(diǎn)、熱穩(wěn)定性差的物質(zhì)蒸餾,特別是高分子有機(jī)化合物、熱敏性食品、醫(yī)藥產(chǎn)品、塑料等物質(zhì)的分離、提純、蒸餾、反應(yīng)等[8]。

由于當(dāng)前使用濃縮蜂蜜的設(shè)備——升膜及刮板式，它們都不易濃縮粘性比較大的物質(zhì)，因?yàn)榉涿壑械闹饕煞譃樘穷?，所以也有一定的粘性，并且溫度的控制也要很?yán)格。這樣，分子蒸餾設(shè)備都能彌補(bǔ)當(dāng)前設(shè)備的不足，發(fā)揮它的長(zhǎng)處。

4 分子蒸餾設(shè)備在蜂產(chǎn)品中的應(yīng)用前景

分子蒸餾技術(shù)是近年來(lái)應(yīng)用漸多的一種新的分離純化技術(shù)，在食品和化工行業(yè)中應(yīng)用較多，中藥研究與開(kāi)發(fā)方面的應(yīng)用報(bào)道也有所增加[9]。分子蒸餾技術(shù)與超臨界萃取技術(shù)一樣，是國(guó)內(nèi)近年來(lái)較為新興的特種分離提取技術(shù)。作為一種在高真空度條件下對(duì)高沸點(diǎn)、熱敏性物料進(jìn)行液液分離的有效方法，該技術(shù)自上世紀(jì)30年代出現(xiàn)以來(lái)，得到了世界各國(guó)的重視。至上世紀(jì)60年代，分子蒸餾技術(shù)在國(guó)外得到了規(guī)?；墓I(yè)應(yīng)用[10]。分子蒸餾是一種在高真空下進(jìn)行的特殊蒸餾技術(shù)。分子蒸餾是一項(xiàng)國(guó)內(nèi)外正在工業(yè)化開(kāi)發(fā)應(yīng)用的高新分離技術(shù)，但是尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化[11]。

分子蒸餾技術(shù)改進(jìn)了傳統(tǒng)提純工藝，其作為一種溫和的蒸餾分離手段，克服了常規(guī)蒸餾操作溫度高、受熱時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)。可解決常規(guī)蒸餾無(wú)法解決的難題，如氣味不純、大量溶劑殘留、雜質(zhì)清除不凈、熱敏性物質(zhì)損失等，并且還適宜于類似物質(zhì)組成的物系及高難度分離物質(zhì)的分離和提純[3]。這些特點(diǎn)，有利于改變我國(guó)蜂蜜產(chǎn)品單一的格局，改善提純工藝落后的狀況，能夠改進(jìn)產(chǎn)品的前處理和提純工藝，豐富我國(guó)的新產(chǎn)品，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和品位，降低生產(chǎn)成本。為蜂蜜果蔬、蜂蜜飲料及添加蜂蜜的功能性飲料的加工提供技術(shù)支持。尤其是在處理渾濁蜂膠液時(shí)，能夠有效提取并分離蜂膠中有效成分，且不影響蜂膠的品質(zhì)。

因此，分子蒸餾技術(shù)在蜂產(chǎn)品加工與應(yīng)用方面有較廣泛的應(yīng)用前景。

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