日光化蠟裝置的性能試驗(yàn)研究

胡曉玲 黃新偉 王金艷 和蘇梅 匡海鷗 周丹銀 董坤

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方蜜蜂研究所，昆明 650201）

引言

蜂蠟是東方蜜蜂或西方蜜蜂蜂群內(nèi)適齡工蜂通過自身腹部的四對蠟腺分泌的一種富含酯類、酸類、醇類、烴類等成分的脂肪性混合物[1,2]。人們將原蠟以特殊的工藝處理可得到高品質(zhì)的精制蜂蠟，并作為交易商品進(jìn)入市場。近年來，蜂蠟以其綠色、健康的形象，在醫(yī)藥、食品、化妝品制造、蠟燭加工、農(nóng)林畜牧、手工及養(yǎng)蜂等行業(yè)中的應(yīng)用與日俱增[3,4]。蜂蠟既是蜜蜂的產(chǎn)品，又是其生存和繁殖所必需的物料。蜜蜂通過分泌蜂蠟來筑造巢脾，用以培育幼蟲、貯存食物。隨著培育代數(shù)的增加，蛻皮、繭衣、排泄物或者蜂蜜、花粉、蜂王漿等物質(zhì)在巢房內(nèi)大量沉積，導(dǎo)致巢脾顏色逐漸變黑，巢房空間逐漸縮小，便不再適合培育健康的后代[5-12]。養(yǎng)蜂生產(chǎn)上為了保證幼蟲的正常發(fā)育，通常會將老舊巢脾淘汰，這些淘汰的巢脾又可作為提煉蜂蠟的原料。

提煉蜂蠟的方法較多，如簡易熱壓、簡易熱濾、機(jī)械榨蠟和日光化蠟等[13]。目前，我國養(yǎng)蜂者大多采用傳統(tǒng)的水煮壓榨過濾法來提煉蜂蠟，這種方法工序繁雜，耗時(shí)較長且蜂蠟雜質(zhì)含量較多[14]。因長期以來蜂農(nóng)提取蜂蠟的投入產(chǎn)出率低，生產(chǎn)蜂蠟不純、工序復(fù)雜、出蠟率不高等，嚴(yán)重影響了我國廣大蜂農(nóng)生產(chǎn)蜂蠟的積極性。再加上我國大多數(shù)地區(qū)的蜂群采用轉(zhuǎn)地飼養(yǎng)，蜂農(nóng)沒有清潔且固定的取蠟環(huán)境，導(dǎo)致許多廢舊巢脾長期堆積而生蟲、發(fā)霉，直接影響到蜂蠟的質(zhì)量。還有一些蜂農(nóng)檢查蜂群或取蜜后便將贅脾或巢脾直接丟棄在蜂箱前后或蜂場周圍，不僅容易引起盜蜂和孳生巢蟲，不利于蜂場衛(wèi)生清潔和蜂病防控，又浪費(fèi)資源，也降低了蜂農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收入。我國是世界養(yǎng)蜂大國，但我國蜂農(nóng)對蜂蠟的利用水平卻很低。簡化蜂蠟提取程序，研發(fā)先進(jìn)的化蠟設(shè)備是解決我國蜂蠟提取效率低、提高蜂農(nóng)收集蜂蠟積極性的關(guān)鍵。

蔣得德等人采用二次煎蠟提純法來提取蜂蠟，節(jié)省時(shí)間，耗能少，且蜂蠟純度較高[15]。比二煎法更省時(shí)省力的是日光化蠟。在國外，一些蠟燭制造和涂蠟紙企業(yè)采用太陽能熔蠟器來熔化固體蠟，以減少化石燃料和木材的消耗，降低成本和保護(hù)環(huán)境。Chaurasia 等人開發(fā)了兩種容量不同的日光化蠟器[16]。Sethuraman C 和S.Kumar[17]設(shè)計(jì)了太陽能平板集熱熔蠟器，無能源消耗，熔蠟成本低。在我國，肖體元曾在1979年報(bào)道了日光曬蠟器的設(shè)計(jì)[18]，隨后，李畔九也報(bào)道了日光曬蠟器的制作，并用于巢脾的化蠟[19]。到目前為止，國內(nèi)外對日光化蠟器的研究報(bào)道尚少，人們對日光化蠟裝置的性能和優(yōu)點(diǎn)知之甚少，這也是日光化蠟設(shè)備尚未被推廣使用的原因。因此，本文根據(jù)前人的基礎(chǔ)，通過對云南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方蜜蜂研究所研發(fā)的一款日光化蠟裝置的升溫、保溫和化蠟性能進(jìn)行試驗(yàn)，以期為我國日光化蠟器的推廣和蜂蠟的高效生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 化蠟裝置和工作原理

1.1 化蠟裝置結(jié)構(gòu)

該化蠟裝置為下端抽屜式木箱結(jié)構(gòu)，主要由外箱體、雙層吸熱玻璃箱蓋、抽屜式物料箱、斜面調(diào)節(jié)支架和蜂蠟收集箱等部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。內(nèi)部的物料箱是化蠟的主要部件，是由不銹鋼網(wǎng)盤、斜面、卡槽、導(dǎo)向條、把手和出蠟口等組成的可抽拉式的木箱，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。不銹鋼網(wǎng)盤上面布滿孔洞，便于物料箱內(nèi)融化的蜂蠟沿著斜面經(jīng)網(wǎng)孔過濾流出，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖1 日光化蠟裝置結(jié)構(gòu)

圖2 物料箱結(jié)構(gòu)

圖3 不銹鋼網(wǎng)盤結(jié)構(gòu)

1.2 工作原理

該化蠟裝置是利用日光照射雙層玻璃箱蓋，使其吸收太陽的輻射熱量，處于密封狀態(tài)的化蠟箱內(nèi)部空氣溫度迅速升高，溫度達(dá)到或超過物料中蜂蠟的熔點(diǎn)，進(jìn)而達(dá)到化蠟?zāi)康腫19]。雙層玻璃箱蓋不僅本身具有吸熱功能，玻璃與玻璃之間的間隔設(shè)計(jì)還能夠維持長時(shí)間的高溫，減少箱體內(nèi)部熱量的流失。物料箱內(nèi)壁由不銹鋼制成，也可以有效吸收陽光輻射，加熱箱內(nèi)的空氣，并使熱量不斷地累積升高。內(nèi)壁不銹鋼材料與木箱之間還有一定空間的保溫層，熱量很難通過傳導(dǎo)的方式散失。蜂蠟的熔點(diǎn)只有62℃～70℃，長時(shí)間的高溫，使老巢脾或碎蠟中的純蠟，能快速熔化變成液體。同時(shí)因?yàn)橹亓Ψ蛛x作用，熔化的蠟液從網(wǎng)盤上的過濾孔流下，并順著斜面流到化蠟箱底部，最后從出蠟口匯集到集蠟箱內(nèi)，達(dá)到蜂蠟與固體雜質(zhì)分離的效果。該化蠟裝置設(shè)計(jì)了調(diào)節(jié)裝置，可根據(jù)太陽光照射角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，整個(gè)化蠟和過濾過程均在高溫下進(jìn)行，蜂蠟提取率和化蠟效率較高。

在實(shí)際生產(chǎn)中，除了淘汰的老舊巢脾外，贅脾、蜜蓋、廢棄王臺和蜂箱內(nèi)壁、巢框、隔板、紗蓋上粘附的零星蜂蠟以及蜂箱底上的蠟屑、割棄的雄蜂脾等都是提煉蜂蠟的原料，無論原材料有多少，均可置于日光化蠟裝置內(nèi)進(jìn)行處理，無需儲存。該裝置還能為蜂場內(nèi)對無菌條件或潔凈程度要求較高的小型蜂具（如巢框、紗蓋、副蓋、隔板等）進(jìn)行高溫消毒、滅菌和殺蟲卵，操作簡單，效率較高。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

日光化蠟裝置既要考慮到化蠟巢脾的尺寸以及消毒蜂機(jī)具的大小，又要考慮蜂蠟質(zhì)量和消毒效果，還要兼顧體積小、方便搬運(yùn)等特點(diǎn)，整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)采用木箱和不銹鋼組裝連接，整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕。該化蠟裝置的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 日光化蠟裝置主要技術(shù)參數(shù)

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2019年3～8月在云南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方蜜蜂研究所進(jìn)行。試驗(yàn)材料為云南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方蜜蜂研究所實(shí)驗(yàn)蜂場內(nèi)淘汰的中蜂老舊巢脾。選擇老舊程度相同、無法再培育后代的中蜂老巢脾從蜂群中取出，清除上面的蜜蜂尸體、巢蟲、蜂蜜、花粉及灰塵等雜質(zhì)后晾干備用。老舊巢脾中的蜂蠟含量通常占巢脾的33%左右，其他為雜質(zhì)?；灂r(shí)，一般是將帶巢脾的巢框直接放置在日光化蠟裝置的物料箱內(nèi)，巢框的尺寸決定一次化蠟可投放的巢框最大量。本試驗(yàn)中使用的老舊巢脾和巢框如圖4所示。

圖4 巢框上的老舊巢脾

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 日光化蠟裝置升溫性能測定

選擇晴暖無風(fēng)的天氣，在日光曬蠟裝置內(nèi)放置一定量的老舊巢脾，將3 根 0℃～200℃、精度為 0.5 的溫度計(jì)，用細(xì)鐵絲固定于日光曬蠟裝置內(nèi)上、中、下部三個(gè)位置，使其不會因搬動(dòng)或調(diào)節(jié)位置而掉落。然后蓋好箱蓋，將日光化蠟裝置面朝太陽直射的角度擺放，使其接收太陽輻射面積達(dá)到最大。同時(shí)利用太陽能功率計(jì)記錄太陽的輻射能功率。每20min 記錄一次溫度和太陽輻射數(shù)值，直到箱內(nèi)溫度穩(wěn)定為止。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制升溫曲線、以及隨外界太陽輻射變化的曲線。

2.2.2 日光化蠟裝置保溫性能測定

當(dāng)日光曬蠟裝置內(nèi)部溫度達(dá)到最高時(shí)，將裝置搬至遠(yuǎn)離太陽照射的遮陰處或室內(nèi)，觀察其化蠟和降溫情況。以裝置內(nèi)中部的溫度為標(biāo)準(zhǔn)，每隔20min 記錄一次溫度變化，得到每20min 內(nèi)溫度下降的溫度差，并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制保溫曲線。每一次記錄的溫度差

式中：T1每一次記錄的原始溫度（℃）；T220min 后記錄的溫度（℃）。T 值越大，表明溫度下降越快，保溫性能越差。

2.2.3 日光化蠟裝置出蠟率測定

將傳統(tǒng)的水煮壓榨化蠟方法與日光化蠟裝置相比較，首先將1kg 巢脾樣本與一定量的清水一起置于鍋中加熱，充分?jǐn)嚢杷笾练湎炌耆刍蟮谷胝ハ炂髦校瑢⒎湎瀴赫コ鰜?，收集榨蠟器中巢脾樣本所化的蠟液進(jìn)行烘干并稱重。還有部分余蠟滯留在巢脾殘?jiān)?，將巢脾殘?jiān)眉啿及?，置于鍋中充分?jǐn)嚢杷?，剩余蜂蠟和?xì)小雜質(zhì)通過紗布滲透出來，用尼龍紗網(wǎng)進(jìn)行反復(fù)過濾，將所得蜂蠟和雜質(zhì)烘干并稱重?？芍财颖局心苋鄢龅姆湎灴偭?/p>

式中：m1水煮壓榨化蠟裝置熔出的蜂蠟量；m2巢脾殘?jiān)腥鄢龅姆湎灹俊?/p>

同時(shí)，選擇天氣狀況良好的時(shí)間段將日光化蠟裝置面朝太陽直射的角度擺放，將相同重量的巢脾樣本置于日光化蠟裝置中進(jìn)行化蠟。收集巢脾樣本熔出的蠟液進(jìn)行稱重。還有少量余蠟滯留在巢脾殘?jiān)?，將巢脾殘?jiān)眉啿及?，置于鍋中充分?jǐn)嚢杷?，剩余蜂蠟和?xì)小雜質(zhì)通過紗布滲透出來，用尼龍紗網(wǎng)進(jìn)行反復(fù)過濾，將所得蜂蠟和雜質(zhì)烘干并稱重?？芍财颖局心苋鄢龅姆湎灴偭?/p>

式中：M1日光化蠟裝置熔出的蜂蠟量；M2巢脾殘?jiān)腥鄢龅姆湎灹俊?/p>

3 結(jié)果與分析

3.1 日光化蠟裝置升溫性能分析

日光化蠟裝置的工作過程依賴外界的太陽輻射及室外溫度。對室外溫度及太陽輻射進(jìn)行測量，從圖5可知，在一天中，太陽輻射和室外溫度隨著時(shí)間的推移而呈現(xiàn)逐漸上升趨勢，并在14 點(diǎn)左右達(dá)到穩(wěn)定。太陽照輻射最低為 788w/m2，最高為1425w/m2,室外溫度最低為 15.5℃，最高為 27℃。從圖6可知，日光化蠟裝置的內(nèi)部溫度與太陽輻射和室內(nèi)溫度一樣，均隨著時(shí)間的推移而逐漸升高，并在14 點(diǎn)達(dá)到穩(wěn)定。在日光化蠟裝置工作過程中，同一時(shí)間點(diǎn)內(nèi)，上部溫度總高于中部溫度，中部溫度總高于下部溫度。其中，上部最高溫度可達(dá)到131℃，中部最高溫度可達(dá)到126℃，下部最高溫度可達(dá)到117℃，遠(yuǎn)高于蜂蠟的熔點(diǎn)溫度。從實(shí)驗(yàn)開始，日光化蠟裝置的上部和中部溫度在1 h 后達(dá)到蜂蠟熔點(diǎn)，化蠟裝置中的物料逐漸受熱，蜂蠟開始熔化流出。

圖5 室外溫度和太陽輻射變化曲線

圖6 日光化蠟裝置內(nèi)部溫度變化曲線

利用Pearson 相關(guān)分析可知日光曬蠟裝置的內(nèi)部溫度受外界溫度和太陽輻射的影響。如表2所示，日光化蠟裝置的內(nèi)部溫度與外界溫度和太陽輻射均存在極顯著正相關(guān)（P<0.01），外界溫度越高，太陽輻射越強(qiáng)，日光曬蠟裝置內(nèi)部上、中和下部的溫度越高。

表2 日光化蠟裝置內(nèi)部溫度與太陽輻射和室外溫度相關(guān)性分析

3.2 日光化蠟裝置保溫性能分析

如圖7所示，高溫工作下的日光化蠟裝置遠(yuǎn)離太陽照射時(shí)，內(nèi)部溫度持續(xù)下降。記錄到第12 次（相當(dāng)于4h）時(shí)候，裝置內(nèi)部溫度基本與室內(nèi)溫度持平，溫度不再變化。記錄到第9 次（相當(dāng)于3h）時(shí)候，裝置內(nèi)部溫度降到63.5℃，在這3h 內(nèi)，裝置內(nèi)的物料依然能正?；?。3h 后，當(dāng)溫度低于蜂蠟的熔點(diǎn)，物料便停止出蠟，收集的蠟液也開始冷卻凝固。從溫度差（T）來看，裝置剛搬進(jìn)室內(nèi)時(shí)，溫度緩慢降低，溫度差值小，隨著室內(nèi)低溫的影響，裝置內(nèi)部溫度快速下降，溫度差值逐漸增加，直到裝置內(nèi)溫度不再下降時(shí)，溫度差值為0。這些都說明本裝置的保溫性能極好。

圖7 日光化蠟裝置降溫及溫度差曲線

3.3 日光化蠟裝置與水煮化蠟裝置化蠟性能比較

分別利用日光化蠟裝置和水煮化蠟裝置對1kg 巢脾樣本進(jìn)行化蠟，并對結(jié)果進(jìn)行t 檢驗(yàn)，如表3所示，在這些測量值中，日光化蠟裝置與水煮壓榨化蠟裝置的出蠟量和出蠟率均存在極顯著差異（P<0.01）。經(jīng)日光化蠟裝置熔蠟結(jié)束后，剩下大量的繭衣和雜質(zhì)，再用水煮過濾法只能提取出少量殘留的余蠟，而經(jīng)水煮壓榨過的巢脾殘?jiān)俅嗡筮^濾后，依然能提取出不少蜂蠟，說明日光化蠟裝置比水煮壓榨化蠟裝置能熔化出巢脾中更多的蜂蠟。日光化蠟裝置的出蠟率達(dá)到95.96%，而傳統(tǒng)的水煮壓榨化蠟裝置的出蠟率僅為83.91%，說明日光化蠟裝置的化蠟性能優(yōu)于水煮壓榨化蠟裝置。

表3 日光化蠟裝置和水煮壓榨化蠟裝置的性能比較

對兩種化蠟裝置化蠟后收集的蜂蠟進(jìn)行外觀對比，如圖8所示，由日光化蠟裝置獲得的蜂蠟顏色為淡黃色，干凈清潔，表面平整光滑，質(zhì)地很堅(jiān)硬；而經(jīng)水煮壓榨化蠟裝置獲得的蜂蠟顏色偏棕色，較暗沉，表面粗糙有氣孔，質(zhì)地疏松且含有雜質(zhì)。因此，日光曬化裝置獲得的蜂蠟明顯比水煮壓榨化蠟裝置獲得的蜂蠟質(zhì)量好。

圖8 從兩種化蠟裝置中獲得的蜂蠟外觀對比

利用水煮壓榨法化蠟時(shí)，蜂蠟加熱沸騰后容易噴濺出來，比較危險(xiǎn)，因此在整個(gè)化蠟過程中，操作的人必須一直看守著不斷攪拌并反復(fù)過濾才能得到蜂蠟。煮沸和過濾過程都要保持較高的溫度，需要燃燒大量的木材，對環(huán)境破壞和污染較大。這種方法工序繁雜，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，人工成本較高，所得蜂蠟會被巢脾殘?jiān)境缮钌s質(zhì)較多。而利用日光化蠟裝置化蠟時(shí)，只需把巢脾置于物料箱中，借助太陽光的輻射使蜂蠟熔出并通過過濾網(wǎng)孔自動(dòng)過濾便可得到蜂蠟?；炦^程中，蜂農(nóng)可以抽出大量時(shí)間去開展蜂場和蜂群管理、蜂產(chǎn)品生產(chǎn)加工等工作，待化蠟結(jié)束后收集蜂蠟、清理雜質(zhì)即可。這種化蠟方式不僅能方便、快捷、高效地熔化出整塊舊巢脾中的蜂蠟，還能避免化蠟過程中蜂蠟被雜質(zhì)染色，節(jié)約成本，減少對環(huán)境污染，化蠟的同時(shí)還可對巢框、紗蓋、副蓋、隔板等進(jìn)行滅菌，對轉(zhuǎn)地和定地中小蜂場都實(shí)用。

4 結(jié)論

（1）日光曬蠟裝置的內(nèi)部溫度受外界溫度和太陽輻射的影響，外界溫度越高，太陽輻射越強(qiáng)，日光曬蠟裝置內(nèi)部上、中和下部的溫度越高；該化蠟裝置在工作過程中，能1h 達(dá)到化蠟溫度，并持續(xù)117℃以上的高溫；同一時(shí)間點(diǎn)內(nèi)，裝置部溫度總高于中部溫度，中部溫度總高于下部溫度。

（2）高溫工作下的日光化蠟裝置遠(yuǎn)離太陽照射時(shí)，內(nèi)部溫度持續(xù)下降。大約3h 內(nèi)，內(nèi)部溫度仍高于蜂蠟熔點(diǎn)，能夠持續(xù)化蠟工作，保溫性能極好。大約4h 后內(nèi)部溫度降至室溫，化蠟工作停止，蠟液冷卻凝固。

（3）對日光化蠟裝置和水煮化蠟裝置的化蠟性能進(jìn)行t 檢驗(yàn)，結(jié)果顯示日光化蠟裝置與水煮壓榨化蠟裝置的出蠟量和出蠟率均存在極顯著差異（P<0.01）。水煮壓榨化蠟裝置的出蠟率僅為83.91%，所得蜂蠟質(zhì)量差，而日光化蠟裝置的出蠟率達(dá)到95.96%，所得蜂蠟純度高，質(zhì)量好。因此，日光化蠟裝置的化蠟性能優(yōu)于水煮壓榨化蠟裝置，值得推廣。