动态循环多级分子蒸馏精制甘油二酯的方法与流程

1.本发明涉及甘油二酯精制技术领域，特别是涉及一种动态循环多级分子蒸馏精制甘油二酯的方法。


背景技术：

2.甘油二酯(dag)是甘油三酯中一个脂肪酸被羟基取代的结构脂质，天然油脂中含有甘油二酯，人体代谢的中间产物中也会产生甘油二酯。甘油二酯在体内容易被转化成能量，具有降低内脏脂肪和血脂等作用，而且对人体无毒副作用，被广泛应用于食品、医药和日化品领域中。
3.分子蒸馏(短程蒸馏)作为一种新型高效蒸馏分离技术，在科研、生产领域已经被广泛使用。特别是在分离高沸点、热敏性物质时具有明显的优越性。由于高真空以及低温蒸馏，分子蒸馏馏出物中脂肪酸的不饱和程度高。但是由于分子蒸馏设备的结构特点，有效塔板数很低，只能相当与一级塔板的简单分离能力。限制了分子蒸馏的应用范围。特别是对于分子量比较接近、高真空时沸点差比较小的物质，分离效果不能令人满意。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述问题，提供一种动态循环式多级分子蒸馏精制甘油二酯的方法，得到的产物中甘油二酯的纯度高，颜色浅，品质高，符合食品级要求。
5.一种动态循环式多级分子蒸馏精制甘油二酯的方法，包括以下步骤：
6.脱气：以天然油脂为原料，进行数次循环脱气处理；
7.脱气：以天然油脂为原料，进行数次循环脱气处理；
8.一级分子蒸馏：脱气后的原料进行一级分子蒸馏，分离出的重组分以相同的条件循环分子蒸馏数次，脱除甘油；
9.二级分子蒸馏：经一级分子蒸馏的原料进行二级分子蒸馏，分离出的重组分以相同的条件循环分子蒸馏数次，脱除游离脂肪酸；
10.三级分子蒸馏：经二级分子蒸馏的原料进行三级分子蒸馏，分离出的重组分以相同的条件循环分子蒸馏数次，脱除单脂肪酸甘油酯；
11.四级分子蒸馏：经三级分子蒸馏的原料进行四级分子蒸馏，分离出的重组分以相同的条件循环分子蒸馏数次，脱除甘油三酯，经四级分子蒸馏后的产物即为目标产物；
12.所述一级分子蒸馏、二级分子蒸馏、三级分子蒸馏和四级分子蒸馏步骤中，分子蒸馏过程中均控制蒸馏面的液膜厚度≤0.25mm。
13.上述提取甘油二酯的方法，使物料在薄膜蒸发组和各级分子蒸馏组内多次循环低温蒸馏，最大程度地将轻组分和重组分分离，去除轻组分杂质，重组分再循环蒸馏，减少各级分子蒸馏中的杂质，最终使得到的产物中目标组分的纯度大大提升。采用本方法分离天然油脂中的甘油二酯，甘油二酯的含量可达到95％以上，而且相比于现有技术中的分子蒸馏，本发明中各级分子蒸馏的温度下降约5
‑
15℃，温度更低，避免高温产生副产物，得到的
产物颜色较浅，外观和品质符合食品级要求。
14.分子蒸馏的汽化速率是与物料自由程相关的概率分布，即小分子(低沸点)物质汽化概率高，而大分子(高沸点)物质汽化概率低，从而使物料实现蒸馏分离。具体地，在设定的温度下，通过低沸点杂质、甘油、单甘油酯、甘油二酯、甘油三脂油组分分子间的不同分子平均运动自由程的差异来实现液体混合物的分离。由于极高真空以及低温蒸馏，分子蒸馏馏出物中脂肪酸的不饱和程度高。不饱和度脂肪酸具有营养价值。根据平均自由程原理，可以以更多的蒸馏次数，换取更低的蒸馏温度。馏出物中脂肪酸的不饱和程度更高，且蒸馏余物颜色更浅，杂质更少。
15.本发明中，通过降低分子蒸馏过程中蒸发面的液膜厚度，提高传热效率、增加液膜湍流程度、降低液膜传质阻力，以更多次数的循环分子蒸馏，换取更低的蒸馏温度，当蒸馏温度下降约5％，平均运动自由程下降约5％，但依然能够有蒸出物，通过动态循环，能够在低温下将轻组分物料蒸出。分子蒸馏过程中，从蒸发表面逸出的分子直接飞射到冷凝面上，中间不与其它分子发生碰撞，理论上没有返回蒸发面的可能性，减少分子蒸馏的时间使液层表面上暴沸腾现象。更低的蒸馏温度可使蒸馏物更加纯正。
16.在其中一个实施例中，脱气的条件为：温度60
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90℃，真空度1000
‑
2000pa，循环次数2
‑
5次。优选地，脱气的条件为：温度75℃，真空度1000pa，循环次数3次。
17.在其中一个实施例中，一级分子蒸馏的条件为：温度100
‑
130℃，真空度50
‑
100pa，循环次数2
‑
5次。优选地，一级分子蒸馏的条件为：温度115℃，真空度50pa，循环次数3次。
18.在其中一个实施例中，二级分子蒸馏的条件为：温度160
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180℃，真空度1
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50pa，循环次数2
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5次。优选地，二级分子蒸馏的条件为：温度170℃，真空度1pa，循环次数3次。该条件可使原料中游离酸酸价降低到1.0(koh)/(mg/g)以下。
19.在其中一个实施例中，三级分子蒸馏的条件为：温度180
‑
220℃，真空度1
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50pa，循环次数2
‑
5次。优选地，三分子蒸馏的条件为：温度190℃，真空度1pa，循环次数3次。该条件可使原料中单脂肪酸甘油酯的含量降低到3.0wt％以下。
20.在其中一个实施例中，四级分子蒸馏的条件为：温度200
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240℃，真空度0.1
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20pa，循环次数2
‑
5次。优选地，四级分子蒸馏的条件为：温度220℃，真空度1pa，循环次数3次。
21.在其中一个实施例中，在动态循环式多级分子蒸馏分离精制装置中进行，所述动态循环式多级分子蒸馏分离精制装置包括通过物料管道依次物料连接的薄膜蒸发组、一级分子蒸馏组、二级分子蒸馏组、三级分子蒸馏组和四级分子蒸馏组；
22.所述薄膜蒸发组包括薄膜蒸发器、第一储存罐和第一循环管道；所述薄膜蒸发器的出口与第一储存罐连通；所述第一循环管道的一端与第一储存罐连通，所述第一循环管道的另一端与薄膜蒸发器的入口连通，使物料在薄膜蒸发器、第一储存罐和第一循环管道之间形成的流体空间内循环；
23.所述一级分子蒸馏组包括第一分子蒸馏仪、第二储存罐和第二循环管道；所述第一分子蒸馏仪的出口与第二储存罐连通；所述第二循环管道的一端与第二储存罐连通，所述第二循环管道的另一端与第一分子蒸馏仪的入口连通，使物料在第一分子蒸馏仪、第二储存罐和第二循环管道之间形成的流体空间内循环；
24.所述二级分子蒸馏组包括第二分子蒸馏仪、第三储存罐和第三循环管道；所述第二分子蒸馏仪的出口与第三储存罐连通；所述第三循环管道的一端与第三储存罐连通，所
述第三循环管道的另一端与第二分子蒸馏仪的入口连通，使物料在第二分子蒸馏仪、第三储存罐和第三循环管道之间形成的流体空间内循环；
25.所述三级分子蒸馏组包括第三分子蒸馏仪、第四储存罐和第四循环管道；所述第三分子蒸馏仪的出口与第四储存罐连通；所述第四循环管道的一端与第四储存罐连通，所述第四循环管道的另一端与第三分子蒸馏仪的入口连通，使物料在第三分子蒸馏仪、第四储存罐和第四循环管道之间形成的流体空间内循环；
26.所述四级分子蒸馏组包括第四分子蒸馏仪、第五储存罐和第五循环管道；所述第四分子蒸馏仪的出口与第五储存罐连通；所述第五循环管道的一端与第五储存罐连通，所述第五循环管道的另一端与第四分子蒸馏仪的入口连通，使物料在第四分子蒸馏仪、第五储存罐和第五循环管道之间形成的流体空间内循环；
27.所述第一分子蒸馏仪包括圆筒状的蒸馏主体，所述蒸馏主体内设有刮板组件，所述刮板组件包括转轴、旋转框、刮条和弹性件；所述转轴可转动安装于所述蒸馏主体上并同轴设置；所述旋转框位于所述蒸馏主体内，并与所述转轴固定连接；所述刮条设置在旋转框上；所述弹性件设置在旋转框和刮条之间，并将所述刮条推抵至与所述蒸馏主体的内壁抵接；所述第二分子蒸馏仪、第三分子蒸馏仪和第四分子蒸馏仪与所述第一分子蒸馏仪的结构相同；
28.所述第一循环管道、第二循环管道、第三循环管道、第四循环管道、第五循环管道上均设有循环泵，所述输送管道上若干个设有输送泵。
29.本发明中采用的动态循环式多级分子蒸馏分离精制装置，使物料在薄膜蒸发组和各级分子蒸馏组内多次循环低温蒸馏，最大程度地将轻组分蒸出，减少各单位重组分中的杂质，最终使得到的产物中目标组分的纯度大大提升。采用本装置操作简单，运行稳定。
30.根据待分离物料中杂质的沸点差异，分别设定各级分子蒸馏单位中分子蒸馏仪内的真空度和温度，逐级分离出不同沸点的杂质(通常是先分理处沸点低的杂质，后分离出沸点高的杂质)，提高最终产物的纯度。
31.在其中一个实施例中，所述第一循环管道、第二循环管道、第三循环管道、第四循环管道、第五循环管、输送管道上均设有单向阀。单向阀可防止物料倒灌。
32.在其中一个实施例中，所述循环泵和输送泵均为齿轮泵。
33.在其中一个实施例中，所述第一储存罐、第二储存罐、第三储存罐、第四储存罐、第五储存罐均为真空储存罐。真空储存罐通过平衡管与分子蒸馏仪连接，以使两者达到真空平衡。真空储存罐一方面可以保持真空平衡，另一方面使物料保持在高真空状态，减少氧化。
34.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
35.本发明的动态循环多级分子蒸馏精制甘油二酯的方法，可使物料在薄膜蒸发单位和/或分子蒸馏单位内多次循环低温蒸馏，最大程度地将轻组分蒸出，减少各单位重组分中的杂质，最终得到的产物中目标组分的纯度大大提升；而且，多次循环蒸馏可降低蒸馏温度，避免高温过程中产物氧化，改善产物的外观，提高其品质。
附图说明
36.图1为实施例中动态循环式多级分子蒸馏分离精制装置的结构示意图。
37.图2为实施例中薄膜蒸发组的结构示意图。
38.图3为实施例中一级分子蒸馏组的结构示意图。
39.图4为实施例中第一分子蒸馏仪的横截面示意图。
40.图5为图4中a处放大图。
41.图6为实施例中刮条的结构示意图。
42.图中，100、薄膜蒸发组，110、薄膜蒸发器，120、第一储存罐，130、第一循环管道，131、循环泵，200、一级分子蒸馏组，210、第一分子蒸馏仪，211、蒸馏主体，212、转轴，213、旋转框，214、安装槽，215、刮条，216、弹簧，220、第二储存罐，230、第二循环管道，310、第二分子蒸馏仪，410、第三分子蒸馏仪，510、第四分子蒸馏仪，600、输送管道，610、输送泵，700、单向阀。
具体实施方式
43.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
44.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
45.实施例1
46.一种动态循环式多级分子蒸馏分离精制装置，如图1所示，包括通过物料管道依次物料连接的薄膜蒸发组100、一级分子蒸馏组200、二级分子蒸馏组、三级分子蒸馏组和四级分子蒸馏组。薄膜蒸发组100和各级分子蒸馏组的具体结构如下。
47.如图2所示，薄膜蒸发组100包括薄膜蒸发器110、第一储存罐120和第一循环管道130；薄膜蒸发器110的出口与第一储存罐120连通；第一循环管道130的一端与第一储存罐120连通，第一循环管道130的另一端与薄膜蒸发器110的入口连通，使物料在薄膜蒸发器110、第一储存罐120和第一循环管道130之间形成的流体空间内循环。将物料通入薄膜蒸发器110后进行真空蒸馏，轻组分和重组分分离，轻组分被收集，重组分进入第一储存罐120，再通过第一循环管道130将重组分通入薄膜蒸发器110内，进行循环蒸发脱气。循环蒸发脱气满足要求后，第一储存罐120内的物料进入一级分子蒸馏组200。
48.如图3所示，一级分子蒸馏组200包括第一分子蒸馏仪210、第二储存罐220和第二循环管道230；第一分子蒸馏仪210的出口与第二储存罐220连通；第二循环管道230的一端与第二储存罐220连通，第二循环管道230的另一端与第一分子蒸馏仪210的入口连通，使物料在第一分子蒸馏仪210、第二储存罐220和第二循环管道230之间形成的流体空间内循环。经脱气的物料进入第一分子蒸馏仪210，进行分子蒸馏后，轻组分和重组分分离，轻组分被收集，重组分进入第二储存罐220，再通过第二循环管道230将重组分通入第一分子蒸馏仪210内，进行循环分子蒸馏脱甘油。循环数次后，第二储存罐220内的物料进入二级分子蒸馏组。
49.第一分子蒸馏仪210包括圆筒状的蒸馏主体211(如图4)，蒸馏主体内设有刮板组件。刮板组件包括转轴212、旋转框213、刮条215和弹簧216；转轴212竖向可转动安装于蒸馏主体211上并同轴设置；旋转框213位于蒸馏主体211内并与转轴212固定连接，转轴212转动时带动旋转框213转动；如图5和图6所示，旋转框213外侧面上固定安装有若干竖向的安装槽214，每个安装槽214内均安装有一个刮条215，若干弹簧216设置在安装槽214和刮条215之间，弹簧216的一端固定在安装槽214内，另一端固定在刮条215上，将刮条215推抵至与蒸馏主体211的内壁抵接。刮板组件旋转时，刮条215将蒸馏主体211内壁上的液膜刮薄，降低液膜厚度，提高传热效率、增加液膜湍流程度、降低液膜传质阻力。
50.二级分子蒸馏组包括第二分子蒸馏仪310、第三储存罐和第三循环管道；第二分子蒸馏仪310的出口与第三储存罐连通；第三循环管道的一端与第三储存罐连通，第三循环管道的另一端与第二分子蒸馏仪310的入口连通，使物料在第二分子蒸馏仪310、第三储存罐和第三循环管道之间形成的流体空间内循环。经脱甘油的物料进入第二分子蒸馏仪310，进行分子蒸馏后，轻组分和重组分分离，轻组分被收集，重组分进入第三储存罐，再通过第三循环管道将重组分通入第二分子蒸馏仪310内，进行循环分子蒸馏脱游离脂肪酸。循环数次后，第三储存罐内的物料进入三级分子蒸馏组。
51.三级分子蒸馏组包括第三分子蒸馏仪410、第四储存罐和第四循环管道；第三分子蒸馏仪410的出口与第四储存罐连通；第四循环管道的一端与第四储存罐连通，第四循环管道的另一端与第三分子蒸馏仪410的入口连通，使物料在第三分子蒸馏仪410、第四储存罐和第四循环管道之间形成的流体空间内循环。经脱游离脂肪酸的物料进入第三分子蒸馏仪410，进行分子蒸馏后，轻组分和重组分分离，轻组分被收集，重组分进入第四储存罐，再通过第四循环管道将重组分通入第三分子蒸馏仪410内，进行循环分子蒸馏脱单脂肪酸甘油酯。循环数次后，第四储存罐内的物料进入四级分子蒸馏组。
52.四级分子蒸馏组包括第四分子蒸馏仪510、第五储存罐和第五循环管道；第四分子蒸馏仪510的出口与第五储存罐连通；第五循环管道的一端与第五储存罐连通，第五循环管道的另一端与第四分子蒸馏仪510的入口连通，使物料在第四分子蒸馏仪510、第五储存罐和第五循环管道之间形成的流体空间内循环。经脱单脂肪酸甘油酯的物料进入第四分子蒸馏仪510，进行分子蒸馏后，轻组分和重组分分离，轻组分被收集，重组分进入第五储存罐，再通过第五循环管道将重组分通入第四分子蒸馏仪510内，进行循环分子蒸馏脱甘油三酯。循环数次后，第五储存罐内的物料即为甘油二酯含量较高的产物，排出。
53.二级分子蒸馏组、三级分子蒸馏组和四级分子蒸馏组的结构与一级分子蒸馏组200的结构基本相同，因此未单独图示。
54.第一循环管道130、第二循环管道230、第三循环管道、第四循环管道、第五循环管道上均设有循环泵131，每一节输送管道600上均设有输送泵610。
55.第一循环管道130、第二循环管道230、第三循环管道、第四循环管道、第五循环管，以及每一节输送管道600上均设有单向阀700。单向阀700防止物料倒灌。
56.所述第一储存罐120、第二储存罐220、第三储存罐、第四储存罐、第五储存罐均为真空储存罐，可控制罐内的真空度，一方面可以保持真空平衡，另一方面使物料保持在高真空状态，减少氧化。
57.实施例2
58.一种动态循环多级分子蒸馏提取甘油二酯的方法，以天然油脂为原料，在实施例1的动态循环式多级分子蒸馏分离精制装置中进行分离提纯，包括脱气、一级分子蒸馏、二级分子蒸馏、三级分子蒸馏和四级分子蒸馏等步骤，天然油脂依次脱气，脱除甘油，脱除游离脂肪酸，脱除单脂肪酸甘油酯，脱除甘油三酯和其它杂质，即得最终产物。
59.其中，脱气在薄膜蒸发组100中进行，一级分子蒸馏在一级分子蒸馏组200中进行，二级分子蒸馏在二级分子蒸馏组中进行，三级分子蒸馏在三级分子蒸馏组中进行，四级分子蒸馏在四级分子蒸馏组中进行。各级分子蒸馏过程中刮板组件转速为100
‑
200rpm，在刮板组件的作用下控制分子蒸馏仪主体内壁的液膜≤0.25mm，液体在内壁均匀成膜，且在该成膜厚度下，微波加热更为均匀、快速，在整个液膜厚度形成整体同时加热，降低所需加热温度，减少不饱和脂肪酸氧化。
60.脱气的条件为：温度75℃，真空度1000pa，动态循环次数3次；一级分子蒸馏的条件为：温度115℃，真空度50pa，动态循环次数3次；二级分子蒸馏的条件为：温度170℃，真空度1pa，动态循环次数3次，该条件可使原料中游离酸酸价降低到1.0(koh)/(mg/g)以下；三级分子蒸馏的条件为：温度190℃，真空度1pa，动态循环次数3次，该条件可使原料中单脂肪酸甘油酯的含量降低到3.0wt％以下；四级分子蒸馏的条件为：温度220℃，真空度1pa，平均动态循环次数3次。完成多级分子蒸馏后，收集蒸馏产品。含甘油二酯和甘油三酯的蒸余物还可循环利用。
61.采用上述方法得到产物，经检测产物中甘油二酯的含量可达到95％以上，产物颜色较浅，外观和品质符合食品级要求，并可实现工业化生产。
62.若动态循环式多级分子蒸馏分离精制装置中第一分子蒸馏仪、第二分子蒸馏仪、第三分子蒸馏仪、第四分子蒸馏仪中均未安装刮板组件，即各级分子蒸馏均不控制蒸馏主体内壁的液膜厚度，液滴在内壁聚集，液膜厚度不均匀、厚度过大，导致传热效率低、传质阻力大，在相同的分子蒸馏温度和压强下，即使进行动态循环，分离能力也会下降，导致最终各级分子蒸馏少3
‑
8wt.％的轻组分蒸出物。
63.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
64.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。