全 文 ：天然产物分离的新技术—分子蒸馏
许松林 ,徐世民 ,干爱华
(天津大学 精馏技术国家工程研究中心 ,天津　 300072)
摘　要: 简介分子蒸馏技术的原理 ,综述了其在天然产物分离领域的应用 ,对分子蒸馏技术在中药现代化方面可能
的应用方向作了预测 ,并与天然产物的分离过程中常用的其它几种技术进行了比较。
关键词: 天然产物 ;分子蒸馏 ;活性成分
中图分类号: R283. 3　　　文献标识码: A　　　文章编号: 0253 2670( 2001) 06 0562 02
Application of molecular distillation on separation of natural products
XU Song-lin, XU Shi-min, GAN Ai-h ua
　　 ( Na tional Eng ineering Resea rch Cente r fo r Distillation Technolog y , Tianjin Univ ersit y, Tianjin 300072, China )
Key words: natural products; molecular distillation; active components
　　分子蒸馏 ( Mo lecular Distillation) 是一种在高真空度
下 (绝压 0. 133 Pa)进行分离操作的连续蒸馏过程。由于在
分子蒸馏过程中待分离组分在远低于常压沸点的温度下挥
发 ,以及各组分在受热情况下停留时间很短 ,因此 ,该过程已
成为分离目的产物最温和的蒸馏方法 ,特别适合于分离高沸
点、粘度大、热敏性天然物料。 目前 ,分子蒸馏已成功地应用
于食品、医药、精细化工和化妆品等行业 [1, 2 ]。
1　基本原理
分子蒸馏技术开发于二次大战前 ,当时在美国是将其用
于热敏性天然产物的分离过程。Hickman博士是最早的发明
人之一。
由 Langmuir和 Knudsen理论 ,可得出分子蒸馏的处理
量与压力、温度及蒸发器的蒸发面的关系 [3]:
Q= k* P* F* (M /T ) 0. 5
式中: Q为蒸发处理量 ( kg /h ) ; P为绝压 ( Pa) ;
F为蒸发器蒸发面积 ( m2 ) ; k为常数 1 577;
M为摩尔相对分子量 ( g /mol) ;
T为绝对温度 ( K)
从上式可以看出 ,高真空度下的分子蒸馏处理量比较
小 ,难以满足工业上生产的需要。经过研究发现 ,适当增大蒸
发面和冷凝面之间的距离后 ,仍然可以保持温和的分离条
件 ,但处理量却大大增加。因此 ,分子蒸馏方法也常称为短程
蒸馏 ,意味着冷热面的距离并不仅仅局限于气体分子平均自
由程。
一套完整的分子蒸馏设备主要包括 :分子蒸发器、脱气
系统、进料系统、加热系统、冷却真空系统和控制系统。 分子
蒸馏装置的核心部分是分子蒸发器 ,其种类主要有两种: 刮
膜式蒸发器和离心式蒸发器。由于离心式分子蒸馏设备结构
复杂 ,真空密封较难 ,设备的制造成本较高 ,因此 ,当今世界
分子蒸馏设备供应商主要生产刮膜式分子蒸发器的装置。
刮膜式蒸发器是由同轴的两个圆柱管组成 ,中间是旋转
轴 ,上下端面各有一块平板。 加热蒸发面和冷凝面分别在两
个不同的圆柱面上 ,其中 ,加热系统是通过热油、蒸气或热水
来进行的。 进料喷头在轴的上部 ,其下是进料分布板和刮膜
系统。中间冷凝器是蒸发器的中心部分。进料喷头在轴的上
部 ,其下是进料分布板和刮膜系统。 中间冷凝器是蒸发器的
中心部分 ,固定于底层的平板上。
操作过程是这样的:进料以恒定的速率进入到旋转分布
板上 ,在一定的离心力作用下被抛向加热蒸发面 ,在重力作
用下沿蒸发面向下流动的同时在刮膜器的作用下得到均匀
分布。 低沸点组分首先从薄膜表面挥发 ,径直飞向中间冷凝
面 ,并冷凝成液相 ,冷凝液流向蒸发器的底部 ,经馏出口流
出 ;不挥发组分从残留口流出 ;不凝性气体从真空口排出。因
此 ,目的产物既可以是易挥发组分 ,也可以是难挥发组分。
2　在天然产物分离领域的应用
2. 1　芳香油的精制: 天然芳香油具有很大的需求量 ,从芳香
植物中提取精油的传统方法有:水蒸气蒸馏法、浸提法、压榨
法或吸附法。因芳香油中成分复杂 ,主要成分是醛、酮、醇类 ,
且大部分是萜类 ,这些化合物沸点高 ,属热敏性物质 ,受热时
很不稳定。 分子蒸馏技术在不同真空度条件下 ,可以将芳香
油中不同组分提纯 ,并可除去异臭和带色杂质 ,使天然香料
的品位大大提高。 分子蒸馏技术在提纯其它芳香油 ,如桂皮
油、玫瑰油、香根油、广藿香油、香茅油和山苍油等产品过程
中 ,具有传统技术难以达到的效果 [4 ]。
2. 2　天然 Vit E的提纯 [5 ]:天然 Vit E主要存在于一些动
植物组织中 ,如小麦胚芽油、大豆油及油脂加工业的副产物
·562· 中草药　 Chinese T raditional and Herbal Drug s　 2001年第 32卷第 6期
收稿日期: 2000-09-14基金项目:教育部留学回国人员科研启动基金资助 ,批准号:教外司留 [2000 ]367号作者简介:许松林 ,副研究员 , 1995年毕业于天津大学化学工程研究所 ,获博士学位。 主要从事蒸馏分离的基础理论研究和实际应用工作 ,以及精细化工产品的开发等工作 ,曾获国家教育部科技进步二等奖 ,在国内外学术刊物上发表论文 30余篇。
Tel: ( 022) 27404705　　 E-mai l: s lxu@ t ju. edu. cn
脱臭馏分和油渣中。 一般大豆油脂的脱臭馏分中含 Vit E
3% ～ 5% 。 因 Vit E具有热敏性 ,它的沸点很高 ,用普通的
真空精馏很容易使其分解 ;而用萃取法 ,需要的步骤繁杂 ,收
率较低。分子蒸馏技术提纯 Vit E只需要两步就可使其浓度
达到 30% 以上。
2. 3　从鱼油中分离 EPA , DHA[6]: 二十碳五烯酸 ( EPA)和
二十二碳六烯酸 ( DHA)具有很高的药用价值和营养价值 ,
对大脑机能有活化作用 ,在治疗和防止动脉粥样硬化、老年
性痴呆症以及抑制肿瘤等方面都有较好疗效。鱼油中 DHA
含量为 5% ～ 36% , EPA含量为 2% ～ 16%。 由于 DHA和
EPA是分别含 5, 6个不饱和双键的脂肪酸 ,在高温下很容
易聚合 ,所以对其进行分离提纯难度很大。 在用分子蒸馏技
术分离前 ,仍需要用乙醇将其酯化 ,然后才可安全地将其分
离到需要的纯度。 目前 ,世界各国从鱼油中分离 DHA和
EPA的工艺 ,大都是采用分子蒸馏技术进行的。
2. 4　辣椒红色素中微量溶剂的脱除 [7 ]:辣椒红色素是从成
熟的辣椒果皮中提取的一种优良的天然色素 ,因其良好的乳
化分散性 ,及耐光、耐热、耐酸碱和耐氧化性而被广泛应用于
食品、医药以及化妆品等产品的着色过程。 由于在提取过程
中加入了有机溶剂 ,在用普通真空精馏对其进行脱溶剂处理
时 ,辣椒色素中仍然残存 1% ～ 2% 的溶剂 ,不能满足产品的
卫生标准。 用分子蒸馏技术对辣椒红色素进行处理后 ,产品
中溶剂残留体积分数仅为 2× 10-5 ,完全符合质量要求。
2. 5　羊毛脂的提取 [8, 9]: 羊毛脂及其衍生物广泛应用于化妆
品上。 羊毛脂中成分复杂 ,主要含酯 (约 94% )、游离醇
( 4% )、游离酸 ( 1% ) 和烃 ( 1% ) ,这些组分相对分子量大 ,
沸点高 ,且具有热敏性。用分子蒸馏技术将各组分进行分离 ,
对不同成分进行物理和化学方法的改性 ,可得到聚氧乙烯羊
毛脂 ,乙酰羊毛脂、羊毛酸、异丙酯及羊毛聚氧乙烯脂等性能
优良的羊毛脂系列产品。
3　在天然药物分离纯化中的应用和前景
3. 1　天然药物标准品的制备: 中药标准品对中药质量的控
制、药效和疗效的判定、生产工艺的稳定等具有重要的意义。
然而 ,由于现有的提取和纯化方法的分离效率很低 ,要想得
到高纯度的天然药物标准品 ,不仅需要大量的原生药材 ,而
且还难以将纯度达到单体的水平。
分子蒸馏技术在制备天然药物标准品方面具有独特的
优势 ,用少量的粗提物 ,在高效率的分离控制下 ,可以将标准
品与其它组分进行清晰切割 ,使单体达到非常高的纯度。
3. 2　创制一类新药: 分子蒸馏技术所具有的对天然活性物
质进行高效分离和纯化的特点 ,为一类新药创制过程单体成
分的分离纯化提供了简捷的手段。如目前已知银杏叶中含有
5种银杏内酯 A, B, C, J和 M [10] ,其中银杏内酯 B在银杏叶
中的含量仅为 0. 2% , 5种内酯的结构又很相似 ,若采用传统
的分离方法很难将其分离 ,而采用分子蒸馏技术后 ,分离难
度就大大降低。
3. 3　脱除中药制剂中的残留农药和有害重金属: 采用分子
蒸馏技术对中药制剂中的残留农药和重金属进行脱除 ,是较
其它传统方法更高效的分离手段。
4　几种常用分离技术的比较
天然产物分离过程中常用的分离技术有: 水蒸气蒸馏
法、吸附树脂法、超临界萃取法及分子蒸馏法。前两种方法设
备投资少 ,适合产品的粗制 ,水蒸气蒸馏法对热敏性物料有
影响 ,而吸附树脂法要达到对产品的精制 ,需要的步骤繁多。
后两种分离方法都是利用特殊条件下的物性进行分离的 ,设
备投资较大 ,相对而言 ,超临界萃取适合于分离过程的前阶
段 ,即从天然原料中将所需成分提取出来 ,而分子蒸馏适合
于把粗产品中高附加值的成分进行分离和提纯 ,并且这种分
离是其它常用分离手段难以完成的。 在天然产物分离过程
中 ,应该选择哪种分离技术 ,往往是由很多因素决定的。
5　结论
分子蒸馏技术在天然药物活性成分及单体提取和纯化
过程的应用还刚刚开始 ,尚有很多问题需要进一步探索和研
究 ,这主要包括两方面的内容 :一方面是需要研究和总结分
子蒸馏技术在分离和纯化过程中的最优工艺条件 ,逐渐形成
天然药物分离纯化的共有技术 ;另一方面需要加大研究力
度 ,拓展分子蒸馏技术在中药现代化及其产业化过程中的应
用领域。
参考文献:
[ 1 ]　 Luti san J, Micov M , Cv eng ros J. Th e inf luence of ent rain-
m ent separator on the process of molecular disti llat ion [ J ] .
Separation Sci Tech nol , 1998, 33( 1): 83-96.
[ 2 ]　 Luti san J, Cv eng ros J. Ef fect of inert gas pres su re on the
molecular dis til lation process [ J ] . Separation Sci Tech nol,
1995, 30( 17): 3375-3389.
[3 ]　 Fischer W , Beth ge D. Sh ort path dist ill ation [ J] . Dis ti llati on
Absorption, 1992, 128: A403-A414.
[4 ]　陆韩涛 ,程压镜 . 利用分子蒸馏精制芳香油 [ J ] . 广东化工 ,
1992, ( 2): 39-41.
[5 ]　王伯麒 .天然维生素 E的应用与提取 [ J ]. 现代化工 , 1999, 19
( 1): 43-44.
[6 ]　陈执中 ,章月华 . 生化新药研究动向 [ J ] . 中国药学杂志 ,
1994, 29( 1): 12-15.
[ 7 ]　伍　明 ,任仲胶 .天然辣椒红色素的提取新工艺 [ J ] . 精细化
工 , 1994, 11( 6): 30-34.
[8 ]　徐　良 . 乙酰化羊毛脂及其在化妆品中的应用 [ J ]. 日用化学
工业 , 1993, ( 2): 45.
[ 9 ]　朱晓康 . 羊毛脂的回收并精制羊毛脂 [ J] . 精细化工信息 ,
1991, ( 10): 1.
[10 ]　陈仲良 ,殷梦龙 . 关于银杏叶提取物 ( EGb )的生产工艺 [ J ].
中草药 , 1998, 29(增刊 ): 1-4.
保 护 植 被　保 护 环 境　保 护 地 球
·563·中草药　 Chinese T raditional and Herbal Drug s　 2001年第 32卷第 6期