分子蒸餾技術(shù)分離純化臍橙果皮油的工藝研究

胡居吾，陳兆星，王璐，付建平，韓曉丹，王慧賓，徐國(guó)良

（1.江西省科學(xué)院應(yīng)用化學(xué)研究所，江西南昌330096；2.江西省贛州市柑桔科學(xué)研究所，江西贛州341000）

分子蒸餾技術(shù)分離純化臍橙果皮油的工藝研究

胡居吾1，陳兆星2，王璐1，付建平1，韓曉丹1，王慧賓1，徐國(guó)良1

（1.江西省科學(xué)院應(yīng)用化學(xué)研究所，江西南昌330096；2.江西省贛州市柑桔科學(xué)研究所，江西贛州341000）

分子蒸餾技術(shù)是一種適合分離純化熱敏性混合物料的新型分離技術(shù)。研究采用分子蒸餾技術(shù)對(duì)臍橙果皮油進(jìn)行分離純化，以總輕餾分得率為目標(biāo)，分析蒸餾溫度、真空度、刮板轉(zhuǎn)速和進(jìn)料速度對(duì)分離效果的影響，并通過(guò)正交試驗(yàn)得出最佳工藝條件：蒸餾溫度40℃，真空度200Pa，刮板轉(zhuǎn)速350r/m in，進(jìn)料速度0.3L/h。

分子蒸餾；臍橙果皮精油；提??；正交試驗(yàn)

柑橘類(lèi)精油存在于果皮、花及葉子中，但含量最豐富的是外果皮的油胞層，約占濕重的1%～3%[1]，精油是果皮中的重要功效成分。

柑橘類(lèi)精油是天然香精香料中的一大類(lèi)，氣味清新怡人，具有令人愉悅的天然柑橘香氣，在食品、醫(yī)藥、日化產(chǎn)品、化工等行業(yè)應(yīng)用較為廣泛[2，3]。柑橘類(lèi)精油作為天然的食品添加劑與賦香劑，可應(yīng)用在飲料、啤酒、糕點(diǎn)、糖果、餅干、點(diǎn)心和冰淇淋等食品中[4]。柑橘類(lèi)精油具有清新及鎮(zhèn)靜效果，常被用作憂(yōu)慮和沮喪的提振劑，用于平撫沮喪與焦慮；具有抗菌消炎、消除自由基的功效；能夠調(diào)節(jié)腸胃蠕動(dòng)，幫助排氣以及鎮(zhèn)定消化道，刺激食欲，增加胃口，還能夠溶解膽結(jié)石[5]。柑橘類(lèi)精油在醫(yī)療保健行業(yè)也有很廣泛的用途，作為添加劑與特殊功效成分，柑橘類(lèi)精油在化妝品、香水、牙膏、香皂和家庭除臭等日常化工產(chǎn)品中[6]也有大量應(yīng)用。

實(shí)驗(yàn)組陽(yáng)性項(xiàng)目平均(33.59±8.46)分、抑郁癥狀(1.21±0.35)分、焦慮(1.22±0.41)分、恐懼(1.23±0.48)分、敵對(duì)性(1.19±0.27)分等因子,參照組分別是(46.94±10.47)分、(1.60±0.52)分、(1.71±0.61)分、(1.50±0.55)分、(1.71±0.69)分,兩組結(jié)果存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異性(P<0.05)。實(shí)驗(yàn)組的抑郁評(píng)分是(44.30±6.26)分、焦慮評(píng)分(41.21±3.74)分;參照組(53.11±7.05)分、(51.48±6.59)分,實(shí)驗(yàn)組評(píng)分比對(duì)照組低(P<0.05)。

分子蒸餾技術(shù)（Molecular Distillation，MD）是一種新型的液-液分離技術(shù)[7]。分子蒸餾的原理是在高真空環(huán)境中加熱物料，利用逸出料液表面的分子運(yùn)動(dòng)平均自由程具有差異實(shí)現(xiàn)分離。一般輕分子平均自由程較大，容易到達(dá)冷凝面；重分子平均自由程較小，未到達(dá)冷凝面就相互碰撞而返回溶液，從而達(dá)到分離輕、重分子的目的[8]。分子蒸餾具有蒸餾壓力低、物料受熱時(shí)間短、操作溫度底、分離程度高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于高沸點(diǎn)和熱敏混合物料的分離、純化[9]。

本研究采用刮膜式分子蒸餾裝置對(duì)臍橙果皮精油進(jìn)行精制，探討不同操作因素對(duì)分離效果的影響，為臍橙果皮揮發(fā)油的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料、試劑與儀器

陽(yáng)臺(tái)綠化需要城市居民共同參與。首先，城市綠化部門(mén)要開(kāi)展宣傳工作，有效提高人民群眾的參與度。其次，可以引導(dǎo)不同的家庭選取自己喜歡的植物，讓各個(gè)家庭采用不同的種植形式種植植物。例如，可以采用盆栽的形式擺放在陽(yáng)臺(tái)或者將藤類(lèi)植物裝扮成綠簾。在陽(yáng)臺(tái)擺設(shè)盆景，既可以對(duì)高層建筑的墻面進(jìn)行點(diǎn)綴，增加居住環(huán)境的生活氣息與美感，又可以為人們提供不一樣的視覺(jué)感受[2]。

臍橙果皮油，實(shí)驗(yàn)室自制，采用冷榨法制得，深黃色。

KDL-5分子蒸餾系統(tǒng)，UIC德國(guó)。

2.1.3進(jìn)料速度對(duì)分離效果的影響

1.2.1確定考察指標(biāo)

物料從進(jìn)料器進(jìn)入分子蒸餾裝置內(nèi)，在刮板的作用下均勻地分布在加熱壁表面。在高真空條件下受熱后，物料輕餾分以氣體狀態(tài)徑直飛向中間的冷凝器并凝結(jié)成液體，進(jìn)入輕組分收集器I、II。重餾分沿蒸發(fā)器筒體內(nèi)壁進(jìn)入重組分收集器。

本試驗(yàn)中輕組分為無(wú)色透明油狀液體，氣味清新涼爽，有柑橘特征香味。重組分呈黃色，具有較刺鼻氣味。

2018 年 12 月 5 日，出行科技企業(yè)麥格納在江蘇省蘇州市舉行了機(jī)電智能工程技術(shù)中心開(kāi)業(yè)儀式。為了支持日益增長(zhǎng)的需求，麥格納積極布局中國(guó)市場(chǎng)，在工業(yè)基礎(chǔ)比較完備的蘇州建立機(jī)電智能系統(tǒng)研發(fā)設(shè)施。這一舉措充分表明公司對(duì)于中國(guó)市場(chǎng)的巨大信心。該中心的建立，將助力麥格納公司提升產(chǎn)品的技術(shù)含量，在競(jìng)爭(zhēng)中充分利用科技優(yōu)勢(shì)，全面引領(lǐng)汽車(chē)智能進(jìn)入系統(tǒng)的發(fā)展。麥格納高管團(tuán)隊(duì)在與記者的交流中充分闡述了公司對(duì)于中國(guó)市場(chǎng)堅(jiān)定不移的投入與信心。

確定觀察值與Hardy Weinberg平衡（預(yù)期值）的差異程度，可用(n為標(biāo)本數(shù))來(lái)表示。當(dāng)|t|≤2時(shí)，P≥0.05，作為無(wú)顯著性差異界限。t為正值時(shí)，AB型預(yù)期值大于觀察值；t為負(fù)值時(shí)AB型預(yù)期值小于觀察值。每種血型預(yù)期值計(jì)算按文獻(xiàn)方法[6]。

餾分得率=（總輕餾分質(zhì)量/臍橙果皮油質(zhì)量）×100%

1.2.2單因素試驗(yàn)

2.1單因素分析

設(shè)定真空度200Pa，刮膜轉(zhuǎn)速250r/min，進(jìn)料速率0.3L/h，分別收集25、30、35、40℃條件下的總輕餾分，計(jì)算總輕餾分的得率。

2.1.2真空度對(duì)分離效果的影響

1.2.2.2真空度對(duì)分離效果的影響

由于鐵路貨車(chē)軸承為雙列圓錐滾子軸承，而雙列圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障特征頻率難以精確計(jì)算，且早期微弱故障往往又淹沒(méi)于系統(tǒng)噪聲而難于提取，加之各種頻率成分交加使得頻率成分更加復(fù)雜，因此采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行故障精密診斷十分困難，直接對(duì)其進(jìn)行頻譜分析往往不能成功，所以可借助共振解調(diào)技術(shù)對(duì)采集的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析與處理。

設(shè)定蒸餾溫度35℃，刮膜轉(zhuǎn)速250r/min，進(jìn)料速率0.3L/h，分別收集在100、200、300、400Pa條件下的總輕餾分，計(jì)算總輕餾分的得率。

1.2.2.3進(jìn)料速度對(duì)分離效果的影響

1.2.3正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

如圖2所示，當(dāng)體系壓力較小時(shí)，物料相對(duì)沸點(diǎn)較低，分子運(yùn)動(dòng)阻力較小，此時(shí)大部分小分子物質(zhì)被蒸餾出來(lái)，因此總輕餾出物較多。當(dāng)壓力變大時(shí)分子運(yùn)動(dòng)阻力變大，總輕餾出物得率明顯下降（從100Pa的68.7%下降到400Pa的11.7%）。綜上所述，真空度對(duì)總輕餾出物得率影響非常大。但考慮儀器較難達(dá)到更低真空度，因此將真空度定于100Pa。

設(shè)定真空度200Pa，蒸餾溫度35℃，進(jìn)料速度0.3L/h，分別收集刮膜轉(zhuǎn)速在200、250、300、 350r/min條件下的總輕餾分，計(jì)算總輕餾分的得率。

設(shè)定真空度200Pa，刮膜轉(zhuǎn)速250r/min，蒸餾溫度35℃，分別收集進(jìn)料速度在0.2、0.3、0.4、0.5L/h條件下的總輕餾分，計(jì)算總輕餾分的得率。

根據(jù)上述單因素試驗(yàn)，采用L9（34）正交表比較蒸餾溫度、真空度、進(jìn)料速度、刮膜轉(zhuǎn)速對(duì)總輕餾分的得率的影響，確定最佳工藝條件。

2　結(jié)果與分析

1.2.2.1蒸餾溫度對(duì)分離效果的影響

2.1.1蒸餾溫度對(duì)分離效果的影響

新課程改革以來(lái)，評(píng)價(jià)問(wèn)題出現(xiàn)在了每一個(gè)課程教學(xué)的過(guò)程中，體育教學(xué)也不例外。其主要的問(wèn)題體現(xiàn)在對(duì)體育課程的尺度把握上。雖然在新課改的背景下，更為科學(xué)、系統(tǒng)的理念、形式出現(xiàn)，使得教學(xué)評(píng)價(jià)有所轉(zhuǎn)變，但是轉(zhuǎn)變的力度卻不是很大。因此，就必須對(duì)教學(xué)評(píng)價(jià)進(jìn)行深入的了解，并采取應(yīng)對(duì)措施。

溫度對(duì)分離效果的影響較顯著，物質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)平均自由程隨蒸餾溫度的增加而增加[10]。溫度越高，越有利物料分子逸出料液表面。由圖1可以看出，總輕餾分的得率隨著溫度上升而上升，到達(dá)35℃（總輕餾分的得率71.5%）之后升高并不明顯（40℃時(shí)總輕餾分的得率71.6%）。這是由于隨著加熱壁面溫度升高，物料分子獲得更多的能量，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，平均自由程增加，使得原本不能夠到達(dá)冷凝面的重組分物質(zhì)也能到達(dá)冷凝面進(jìn)入輕相中，導(dǎo)致總輕餾分得率增加。當(dāng)溫度高于35℃后，總輕餾分由于基本逸出安全，其得率增加不明顯。綜合考慮，溫度控制在35℃。

圖1　蒸餾溫度對(duì)分離效果的影響

基于此，筆者詳細(xì)討論了豎井掘進(jìn)機(jī)在鑿巖掘進(jìn)過(guò)程中可能存在的偏斜問(wèn)題，編制了基于模糊控制理論的糾偏算法，并跟據(jù)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了以灰色系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)的偏斜預(yù)測(cè)系統(tǒng)。

本研究結(jié)果顯示，女生內(nèi)隱自殺意念顯著高于男生，這可能與女生的情感豐富、心思細(xì)膩, 對(duì)于外界刺激較敏感并且情緒更容易產(chǎn)生波動(dòng)有關(guān).此次研究發(fā)現(xiàn)，漢族內(nèi)隱自殺意念得分顯著高于少數(shù)民族，與之前的研究結(jié)果不一致[35].未擔(dān)任學(xué)生干部的大學(xué)生內(nèi)隱自殺意念得分顯著高于擔(dān)任過(guò)學(xué)生干部的大學(xué)生，原因可能在于擔(dān)任學(xué)生干部的學(xué)生大多積極樂(lè)觀，心理韌性水平較高，心理健康狀況較好.獨(dú)生子女的大學(xué)生內(nèi)隱自殺意念得分顯著高于非獨(dú)生子女，與李輝等[37]和楊傳維等[38]通過(guò)外顯問(wèn)卷測(cè)得的結(jié)果一致，可能與獨(dú)生子女進(jìn)入大學(xué)后的出現(xiàn)的孤立無(wú)助感，容易產(chǎn)生抑郁等不良情緒有關(guān).

1.2.2.4刮膜轉(zhuǎn)速對(duì)分離效果的影響

圖2　真空度對(duì)分離效果的影響

1.2方法

由圖3可知，隨著進(jìn)料速度的增大，總輕餾分得率逐漸增高，當(dāng)進(jìn)料速度達(dá)到0.4L/h時(shí)得率接近最高。這可能由于進(jìn)料速率較低時(shí)，物料在蒸發(fā)面上停留時(shí)間較長(zhǎng)，受熱較充分，原料中其他成分也大量進(jìn)入餾出物中，致使總輕餾分逐漸增高；當(dāng)進(jìn)料速度大于0.4L/h時(shí)，物料在蒸發(fā)面上停留時(shí)間較短，物料未充分受熱，傳質(zhì)與傳熱過(guò)程沒(méi)有達(dá)到平衡就結(jié)束了，致使進(jìn)料速度增加得率下降。故0.4L/h是較理想進(jìn)料速度。

圖3　進(jìn)料速度對(duì)分離效果的影響

2.1.4刮板轉(zhuǎn)速對(duì)分離效果的影響

刮膜轉(zhuǎn)速的大小直接影響物料在加熱壁面形成均勻液膜的時(shí)間和程度。轉(zhuǎn)速過(guò)小，物料無(wú)法在加熱壁面上形成均勻的液膜，影響傳質(zhì)傳熱，不利蒸餾[11]。

光滑極限量規(guī)是具有以孔或軸的最大極限尺寸和最小極限尺寸為公稱(chēng)尺寸的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量面[1]，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、檢驗(yàn)效率高、能保證被檢工件在裝配中的互換性要求,因而在大批量生產(chǎn)中被廣泛使用。目前光滑極限量規(guī)的檢定項(xiàng)目包括尺寸、母線(xiàn)直線(xiàn)度、圓度和測(cè)量面表面粗糙度[2]，其中圓度和母線(xiàn)的直線(xiàn)度測(cè)量主要分別使用圓度儀和輪廓儀，但這幾種儀器只適合在計(jì)量實(shí)驗(yàn)室中使用，而且只能檢定一項(xiàng)，無(wú)法適合大批量的量規(guī)檢定[3]，因此，有必要研究出一套機(jī)電一體化測(cè)量方案，可以通過(guò)一次裝夾即可自動(dòng)測(cè)量塞規(guī)尺寸和形位誤差，可大大地提高檢定效率和數(shù)字化水平。

由圖4可知，在刮板轉(zhuǎn)速較小時(shí)，總輕餾分得率呈上升趨勢(shì)，當(dāng)刮板轉(zhuǎn)速達(dá)到300r/min時(shí)達(dá)到最高。再增加轉(zhuǎn)速總輕餾分得率反而下降。原因可能是當(dāng)刮板轉(zhuǎn)速過(guò)快時(shí)，物料氣體分子產(chǎn)生渦旋而增加到達(dá)冷凝面的距離，使得部分小分子物質(zhì)不能到達(dá)冷凝面而降低總輕餾分得率。而且轉(zhuǎn)速過(guò)高會(huì)引起儀器偏心振動(dòng)，對(duì)儀器不利。因此刮板轉(zhuǎn)速選為300r/min。

圖4　刮膜轉(zhuǎn)速對(duì)分離效果的影響

2.2正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)和智能電子設(shè)備的不斷發(fā)展，微課作為一個(gè)新的教學(xué)產(chǎn)物出現(xiàn)在了我國(guó)的教育計(jì)劃中。微課主要指視頻內(nèi)容在十分鐘之內(nèi)的一種教學(xué)方式，在簡(jiǎn)短的視頻中要集中重點(diǎn)語(yǔ)文知識(shí)和其他相關(guān)的拓展內(nèi)容，通過(guò)調(diào)查我們發(fā)現(xiàn)，微課的教學(xué)效率是非常高的，微課憑借簡(jiǎn)短而精練的內(nèi)容深深吸引了學(xué)生的注意力。雖然微課不能濃縮一節(jié)課的全部?jī)?nèi)容，但是通過(guò)板塊化教學(xué)，使得微課將一個(gè)個(gè)重點(diǎn)知識(shí)變得生動(dòng)有趣，學(xué)生理解起來(lái)也非常容易。在信息技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)代背景下，微課作為移動(dòng)教學(xué)的一種方式，既滿(mǎn)足了不同學(xué)習(xí)能力學(xué)生的學(xué)習(xí)要求，還達(dá)到了教育部要求的深度教學(xué)。

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，確定正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表如表1所示，正交試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表1　正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

表2　正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

由表2可知，考察總輕餾分得率指標(biāo)，4個(gè)因素對(duì)試驗(yàn)影響順序是：真空度＞轉(zhuǎn)速＞進(jìn)料速度＞溫度，最優(yōu)組合為A3B3C1D3，即溫度為40℃，轉(zhuǎn)速350r/min，進(jìn)料速度0.3L/h，真空度200Pa。在此條件，總輕餾分得率達(dá)到72.9%。

3　結(jié)論

利用分子蒸餾技術(shù)對(duì)臍橙果皮油進(jìn)行分離提純，分析不同操作條件對(duì)精油分離效果的影響，發(fā)現(xiàn)真空度和轉(zhuǎn)速對(duì)得率影響較大。綜合考慮確定最佳工藝條件為蒸餾溫度為40℃，轉(zhuǎn)速350r/min，進(jìn)料速度0.3L/h，真空度200Pa。分子蒸餾具有蒸餾溫度低，產(chǎn)品不易分解變質(zhì)，蒸餾過(guò)程操作簡(jiǎn)便，分離效率高等優(yōu)點(diǎn)，具有在工業(yè)化提純精油領(lǐng)域推廣的潛力。

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Refining of Essential Oil from Navel Orange Peels by Molecular Distillation

Hu Ju-wu1,Chen Zhao-xing2，Wan Lu1,Fu Jian-ping1,Han Xiao-dan1,Wang Hui-bin1,Xu Guo-liang1
(1.Institute of Applied Chemistry,Jiangxi Academy of Sciences,Jiangxi Nanchang 330029；2.Citrus Research Institute of Ganzhou City,Jiangxi Province,Jiangxi Ganzhou 341000)

Molecular distillation is a new separation technology for separation and purification of heat sensitive mixture material. In this study,the orange peel oil was purified by molecular distillation technology,the total light fraction was the rate of the target,the effects of distillation temperature,vacuum degree,scraper speed and feed rate on the separation efficiency were analyzed. And through orthogonal experiment,the optimum technological conditions were obtained: the distillation temperature was 40℃,the vacuum degree was 200Pa,the speed of the scraper was 350r/min,the feed rate was 0.3L/h.

Molecular distillation; Navel orange peels essential oil; Extraction; Orthogonal test

TQ914

A

2096-0387（2016）05-0001-03

國(guó)家科技部科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金（12C26213603764）。

胡居吾（1977-），男，博士在讀，副研究員，研究方向：天然產(chǎn)物化學(xué)。