日光化蜡装置的性能试验研究

胡晓玲 黄新伟 王金艳 和苏梅 匡海鸥 周丹银 董坤

（云南农业大学动物科学技术学院 云南农业大学东方蜜蜂研究所，昆明 650201）

引言

蜂蜡是东方蜜蜂或西方蜜蜂蜂群内适龄工蜂通过自身腹部的四对蜡腺分泌的一种富含酯类、酸类、醇类、烃类等成分的脂肪性混合物[1,2]。人们将原蜡以特殊的工艺处理可得到高品质的精制蜂蜡，并作为交易商品进入市场。近年来，蜂蜡以其绿色、健康的形象，在医药、食品、化妆品制造、蜡烛加工、农林畜牧、手工及养蜂等行业中的应用与日俱增[3,4]。蜂蜡既是蜜蜂的产品，又是其生存和繁殖所必需的物料。蜜蜂通过分泌蜂蜡来筑造巢脾，用以培育幼虫、贮存食物。随着培育代数的增加，蜕皮、茧衣、排泄物或者蜂蜜、花粉、蜂王浆等物质在巢房内大量沉积，导致巢脾颜色逐渐变黑，巢房空间逐渐缩小，便不再适合培育健康的后代[5-12]。养蜂生产上为了保证幼虫的正常发育，通常会将老旧巢脾淘汰，这些淘汰的巢脾又可作为提炼蜂蜡的原料。

提炼蜂蜡的方法较多，如简易热压、简易热滤、机械榨蜡和日光化蜡等[13]。目前，我国养蜂者大多采用传统的水煮压榨过滤法来提炼蜂蜡，这种方法工序繁杂，耗时较长且蜂蜡杂质含量较多[14]。因长期以来蜂农提取蜂蜡的投入产出率低，生产蜂蜡不纯、工序复杂、出蜡率不高等，严重影响了我国广大蜂农生产蜂蜡的积极性。再加上我国大多数地区的蜂群采用转地饲养，蜂农没有清洁且固定的取蜡环境，导致许多废旧巢脾长期堆积而生虫、发霉，直接影响到蜂蜡的质量。还有一些蜂农检查蜂群或取蜜后便将赘脾或巢脾直接丢弃在蜂箱前后或蜂场周围，不仅容易引起盗蜂和孳生巢虫，不利于蜂场卫生清洁和蜂病防控，又浪费资源，也降低了蜂农的经济收入。我国是世界养蜂大国，但我国蜂农对蜂蜡的利用水平却很低。简化蜂蜡提取程序，研发先进的化蜡设备是解决我国蜂蜡提取效率低、提高蜂农收集蜂蜡积极性的关键。

蒋得德等人采用二次煎蜡提纯法来提取蜂蜡，节省时间，耗能少，且蜂蜡纯度较高[15]。比二煎法更省时省力的是日光化蜡。在国外，一些蜡烛制造和涂蜡纸企业采用太阳能熔蜡器来熔化固体蜡，以减少化石燃料和木材的消耗，降低成本和保护环境。Chaurasia 等人开发了两种容量不同的日光化蜡器[16]。Sethuraman C 和S.Kumar[17]设计了太阳能平板集热熔蜡器，无能源消耗，熔蜡成本低。在我国，肖体元曾在1979年报道了日光晒蜡器的设计[18]，随后，李畔九也报道了日光晒蜡器的制作，并用于巢脾的化蜡[19]。到目前为止，国内外对日光化蜡器的研究报道尚少，人们对日光化蜡装置的性能和优点知之甚少，这也是日光化蜡设备尚未被推广使用的原因。因此，本文根据前人的基础，通过对云南农业大学东方蜜蜂研究所研发的一款日光化蜡装置的升温、保温和化蜡性能进行试验，以期为我国日光化蜡器的推广和蜂蜡的高效生产提供科学依据。

1 化蜡装置和工作原理

1.1 化蜡装置结构

该化蜡装置为下端抽屉式木箱结构，主要由外箱体、双层吸热玻璃箱盖、抽屉式物料箱、斜面调节支架和蜂蜡收集箱等部分组成，其结构如图1所示。内部的物料箱是化蜡的主要部件，是由不锈钢网盘、斜面、卡槽、导向条、把手和出蜡口等组成的可抽拉式的木箱，其结构如图2所示。不锈钢网盘上面布满孔洞，便于物料箱内融化的蜂蜡沿着斜面经网孔过滤流出，其结构如图3所示。

图1 日光化蜡装置结构

图2 物料箱结构

图3 不锈钢网盘结构

1.2 工作原理

该化蜡装置是利用日光照射双层玻璃箱盖，使其吸收太阳的辐射热量，处于密封状态的化蜡箱内部空气温度迅速升高，温度达到或超过物料中蜂蜡的熔点，进而达到化蜡目的[19]。双层玻璃箱盖不仅本身具有吸热功能，玻璃与玻璃之间的间隔设计还能够维持长时间的高温，减少箱体内部热量的流失。物料箱内壁由不锈钢制成，也可以有效吸收阳光辐射，加热箱内的空气，并使热量不断地累积升高。内壁不锈钢材料与木箱之间还有一定空间的保温层，热量很难通过传导的方式散失。蜂蜡的熔点只有62℃～70℃，长时间的高温，使老巢脾或碎蜡中的纯蜡，能快速熔化变成液体。同时因为重力分离作用，熔化的蜡液从网盘上的过滤孔流下，并顺着斜面流到化蜡箱底部，最后从出蜡口汇集到集蜡箱内，达到蜂蜡与固体杂质分离的效果。该化蜡装置设计了调节装置，可根据太阳光照射角度进行调节，整个化蜡和过滤过程均在高温下进行，蜂蜡提取率和化蜡效率较高。

在实际生产中，除了淘汰的老旧巢脾外，赘脾、蜜盖、废弃王台和蜂箱内壁、巢框、隔板、纱盖上粘附的零星蜂蜡以及蜂箱底上的蜡屑、割弃的雄蜂脾等都是提炼蜂蜡的原料，无论原材料有多少，均可置于日光化蜡装置内进行处理，无需储存。该装置还能为蜂场内对无菌条件或洁净程度要求较高的小型蜂具（如巢框、纱盖、副盖、隔板等）进行高温消毒、灭菌和杀虫卵，操作简单，效率较高。

1.3 主要技术参数

日光化蜡装置既要考虑到化蜡巢脾的尺寸以及消毒蜂机具的大小，又要考虑蜂蜡质量和消毒效果，还要兼顾体积小、方便搬运等特点，整个装置的结构采用木箱和不锈钢组装连接，整个装置结构紧凑、质量轻。该化蜡装置的主要技术参数如表1所示。

表1 日光化蜡装置主要技术参数

2 材料与方法

2.1 试验材料

试验于2019年3～8月在云南农业大学东方蜜蜂研究所进行。试验材料为云南农业大学东方蜜蜂研究所实验蜂场内淘汰的中蜂老旧巢脾。选择老旧程度相同、无法再培育后代的中蜂老巢脾从蜂群中取出，清除上面的蜜蜂尸体、巢虫、蜂蜜、花粉及灰尘等杂质后晾干备用。老旧巢脾中的蜂蜡含量通常占巢脾的33%左右，其他为杂质。化蜡时，一般是将带巢脾的巢框直接放置在日光化蜡装置的物料箱内，巢框的尺寸决定一次化蜡可投放的巢框最大量。本试验中使用的老旧巢脾和巢框如图4所示。

图4 巢框上的老旧巢脾

2.2 试验方法

2.2.1 日光化蜡装置升温性能测定

选择晴暖无风的天气，在日光晒蜡装置内放置一定量的老旧巢脾，将3 根 0℃～200℃、精度为 0.5 的温度计，用细铁丝固定于日光晒蜡装置内上、中、下部三个位置，使其不会因搬动或调节位置而掉落。然后盖好箱盖，将日光化蜡装置面朝太阳直射的角度摆放，使其接收太阳辐射面积达到最大。同时利用太阳能功率计记录太阳的辐射能功率。每20min 记录一次温度和太阳辐射数值，直到箱内温度稳定为止。根据试验数据绘制升温曲线、以及随外界太阳辐射变化的曲线。

2.2.2 日光化蜡装置保温性能测定

当日光晒蜡装置内部温度达到最高时，将装置搬至远离太阳照射的遮阴处或室内，观察其化蜡和降温情况。以装置内中部的温度为标准，每隔20min 记录一次温度变化，得到每20min 内温度下降的温度差，并根据试验数据绘制保温曲线。每一次记录的温度差

式中：T1每一次记录的原始温度（℃）；T220min 后记录的温度（℃）。T 值越大，表明温度下降越快，保温性能越差。

2.2.3 日光化蜡装置出蜡率测定

将传统的水煮压榨化蜡方法与日光化蜡装置相比较，首先将1kg 巢脾样本与一定量的清水一起置于锅中加热，充分搅拌水煮至蜂蜡完全熔化后倒入榨蜡器中，将蜂蜡压榨出来，收集榨蜡器中巢脾样本所化的蜡液进行烘干并称重。还有部分余蜡滞留在巢脾残渣中，将巢脾残渣用纱布包裹，置于锅中充分搅拌水煮，剩余蜂蜡和细小杂质通过纱布渗透出来，用尼龙纱网进行反复过滤，将所得蜂蜡和杂质烘干并称重。可知巢脾样本中能熔出的蜂蜡总量

式中：m1水煮压榨化蜡装置熔出的蜂蜡量；m2巢脾残渣中熔出的蜂蜡量。

同时，选择天气状况良好的时间段将日光化蜡装置面朝太阳直射的角度摆放，将相同重量的巢脾样本置于日光化蜡装置中进行化蜡。收集巢脾样本熔出的蜡液进行称重。还有少量余蜡滞留在巢脾残渣中，将巢脾残渣用纱布包裹，置于锅中充分搅拌水煮，剩余蜂蜡和细小杂质通过纱布渗透出来，用尼龙纱网进行反复过滤，将所得蜂蜡和杂质烘干并称重。可知巢脾样本中能熔出的蜂蜡总量

式中：M1日光化蜡装置熔出的蜂蜡量；M2巢脾残渣中熔出的蜂蜡量。

3 结果与分析

3.1 日光化蜡装置升温性能分析

日光化蜡装置的工作过程依赖外界的太阳辐射及室外温度。对室外温度及太阳辐射进行测量，从图5可知，在一天中，太阳辐射和室外温度随着时间的推移而呈现逐渐上升趋势，并在14 点左右达到稳定。太阳照辐射最低为 788w/m2，最高为1425w/m2,室外温度最低为 15.5℃，最高为 27℃。从图6可知，日光化蜡装置的内部温度与太阳辐射和室内温度一样，均随着时间的推移而逐渐升高，并在14 点达到稳定。在日光化蜡装置工作过程中，同一时间点内，上部温度总高于中部温度，中部温度总高于下部温度。其中，上部最高温度可达到131℃，中部最高温度可达到126℃，下部最高温度可达到117℃，远高于蜂蜡的熔点温度。从实验开始，日光化蜡装置的上部和中部温度在1 h 后达到蜂蜡熔点，化蜡装置中的物料逐渐受热，蜂蜡开始熔化流出。

图5 室外温度和太阳辐射变化曲线

图6 日光化蜡装置内部温度变化曲线

利用Pearson 相关分析可知日光晒蜡装置的内部温度受外界温度和太阳辐射的影响。如表2所示，日光化蜡装置的内部温度与外界温度和太阳辐射均存在极显著正相关（P<0.01），外界温度越高，太阳辐射越强，日光晒蜡装置内部上、中和下部的温度越高。

表2 日光化蜡装置内部温度与太阳辐射和室外温度相关性分析

3.2 日光化蜡装置保温性能分析

如图7所示，高温工作下的日光化蜡装置远离太阳照射时，内部温度持续下降。记录到第12 次（相当于4h）时候，装置内部温度基本与室内温度持平，温度不再变化。记录到第9 次（相当于3h）时候，装置内部温度降到63.5℃，在这3h 内，装置内的物料依然能正常化蜡。3h 后，当温度低于蜂蜡的熔点，物料便停止出蜡，收集的蜡液也开始冷却凝固。从温度差（T）来看，装置刚搬进室内时，温度缓慢降低，温度差值小，随着室内低温的影响，装置内部温度快速下降，温度差值逐渐增加，直到装置内温度不再下降时，温度差值为0。这些都说明本装置的保温性能极好。

图7 日光化蜡装置降温及温度差曲线

3.3 日光化蜡装置与水煮化蜡装置化蜡性能比较

分别利用日光化蜡装置和水煮化蜡装置对1kg 巢脾样本进行化蜡，并对结果进行t 检验，如表3所示，在这些测量值中，日光化蜡装置与水煮压榨化蜡装置的出蜡量和出蜡率均存在极显著差异（P<0.01）。经日光化蜡装置熔蜡结束后，剩下大量的茧衣和杂质，再用水煮过滤法只能提取出少量残留的余蜡，而经水煮压榨过的巢脾残渣再次水煮过滤后，依然能提取出不少蜂蜡，说明日光化蜡装置比水煮压榨化蜡装置能熔化出巢脾中更多的蜂蜡。日光化蜡装置的出蜡率达到95.96%，而传统的水煮压榨化蜡装置的出蜡率仅为83.91%，说明日光化蜡装置的化蜡性能优于水煮压榨化蜡装置。

表3 日光化蜡装置和水煮压榨化蜡装置的性能比较

对两种化蜡装置化蜡后收集的蜂蜡进行外观对比，如图8所示，由日光化蜡装置获得的蜂蜡颜色为淡黄色，干净清洁，表面平整光滑，质地很坚硬；而经水煮压榨化蜡装置获得的蜂蜡颜色偏棕色，较暗沉，表面粗糙有气孔，质地疏松且含有杂质。因此，日光晒化装置获得的蜂蜡明显比水煮压榨化蜡装置获得的蜂蜡质量好。

图8 从两种化蜡装置中获得的蜂蜡外观对比

利用水煮压榨法化蜡时，蜂蜡加热沸腾后容易喷溅出来，比较危险，因此在整个化蜡过程中，操作的人必须一直看守着不断搅拌并反复过滤才能得到蜂蜡。煮沸和过滤过程都要保持较高的温度，需要燃烧大量的木材，对环境破坏和污染较大。这种方法工序繁杂，费时费力，人工成本较高，所得蜂蜡会被巢脾残渣染成深色，杂质较多。而利用日光化蜡装置化蜡时，只需把巢脾置于物料箱中，借助太阳光的辐射使蜂蜡熔出并通过过滤网孔自动过滤便可得到蜂蜡。化蜡过程中，蜂农可以抽出大量时间去开展蜂场和蜂群管理、蜂产品生产加工等工作，待化蜡结束后收集蜂蜡、清理杂质即可。这种化蜡方式不仅能方便、快捷、高效地熔化出整块旧巢脾中的蜂蜡，还能避免化蜡过程中蜂蜡被杂质染色，节约成本，减少对环境污染，化蜡的同时还可对巢框、纱盖、副盖、隔板等进行灭菌，对转地和定地中小蜂场都实用。

4 结论

（1）日光晒蜡装置的内部温度受外界温度和太阳辐射的影响，外界温度越高，太阳辐射越强，日光晒蜡装置内部上、中和下部的温度越高；该化蜡装置在工作过程中，能1h 达到化蜡温度，并持续117℃以上的高温；同一时间点内，装置部温度总高于中部温度，中部温度总高于下部温度。

（2）高温工作下的日光化蜡装置远离太阳照射时，内部温度持续下降。大约3h 内，内部温度仍高于蜂蜡熔点，能够持续化蜡工作，保温性能极好。大约4h 后内部温度降至室温，化蜡工作停止，蜡液冷却凝固。

（3）对日光化蜡装置和水煮化蜡装置的化蜡性能进行t 检验，结果显示日光化蜡装置与水煮压榨化蜡装置的出蜡量和出蜡率均存在极显著差异（P<0.01）。水煮压榨化蜡装置的出蜡率仅为83.91%，所得蜂蜡质量差，而日光化蜡装置的出蜡率达到95.96%，所得蜂蜡纯度高，质量好。因此，日光化蜡装置的化蜡性能优于水煮压榨化蜡装置，值得推广。