金樱子渣中脂肪酸与淀粉包合物及其应用研究

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金樱子是一种野生植物,在贵州省分布广泛,资源丰富,其果实既可食用也可药用,民间主要用于泡酒和提炼糖。金樱子果实在食品加工处理时会产生大量废弃果渣,会造成环境污染。金樱子果渣中含有对人体有益的成分,特别是不饱和脂肪酸油酸和亚油酸含量高达81.51%,直接丢弃也会造成资源浪费。玉米淀粉是从玉米中提取出来的一种植物淀粉,它与脂肪酸可以发生包合反应生成脂肪酸玉米淀粉包合物,在食品和医药等行业有着很好的应用开发前景。目前,关于脂肪酸玉米淀粉包合物的研究主要集中在性质方面,应用方面的研究报道较少,特别是在吸附应用上的研究还未见报导。鉴于此,论文以酿酒厂金樱子废弃果渣中脂肪酸和玉米淀粉为原料进行包合物制备,并对制备工艺进行优化;对包合物在偶氮染料、重金属离子、药物方面的吸附性能展开深入研究。研究可为脂肪酸玉米淀粉包合物在吸附方面的应用提供新思路,也可以解决金樱子废弃果渣环境污染的问题,实现金樱子废弃果渣的回收利用。研究内容分为以下四个部分:第一部分对金樱子果渣中脂肪酸和玉米淀粉包合物的制备工艺进行研究。以酿酒厂废弃金樱子果渣为原料,采用索氏法提取金樱子果渣中的种子油,利用尿素包合法对种子油中不饱和脂肪酸进行纯化,通过GC-MS对脂肪酸的成分进行分析,并确定其含量及比例;将纯化后的脂肪酸和玉米淀粉按照HCl/KOH法制备成包合物,以刚果红的吸附量和吸附率为评价指标,结合包合物表面小孔数量,采用单因素实验和星点设计响应面法对包合物制备工艺进行优化;通过红外(IR)光谱、热重(TG)分析、电镜扫描(SEM)对最优条件下制备的包合物进行表征;此外,通过调整油酸和亚油酸比例,对不同比例脂肪酸与玉米淀粉包合物的吸附性能和性质进行比较。实验结果表明,经尿素包合纯化后种子油中油酸和亚油酸的总含量提高至99.03%,两种不饱和脂肪酸比例大约为1:2;单因素实验结果表明包合物的吸附性能与其表面的多孔结构有关,包合物表面的小孔越多,其吸附效果越好。星点设计响应面法优化后的制备工艺条件为:投料比10:1,p H 4,包合温度50℃,转速1300 r/min,包合时间83.74 min,此条件下制备的包合物对刚果红的吸附量为4.64 mg/g,吸附率为92.80%,实验结果与预测值接近,各因素对刚果红吸附量和吸附率的影响次序为:投料比>转速>包合时间>包合温度>p H。IR、TG和SEM测试结果表明,包合物已经形成;包合物的热稳定性低于玉米淀粉,包合物表面存在大量的孔洞结构。最优条件下制备的包合物的吸附性能及表面的多孔结构最优,可以应用在下面的吸附应用研究中。不同比例脂肪酸与玉米淀粉包合物对刚果红都具有较好的吸附效果,对刚果红的吸附量都达到4.5 mg/g以上,吸附率都超过90%,脂肪酸的比例对包合物吸附效果影响不大,包合物的热稳定性都低于玉米淀粉。研究可为金樱子果渣以及含有油酸和亚油酸的其他果渣的回收利用提供新思路;也可为脂肪酸玉米淀粉包合物在吸附应用上的制备提供理论依据。第二部分对金樱子果渣中脂肪酸和玉米淀粉包合物吸附刚果红的吸附工艺进行了研究。选取吸附时间、包合物投加量和刚果红初始浓度为考察因数,以刚果红的吸附量和吸附率为指标,通过星点设计响应面法对刚果红的吸附条件进行优化。实验结果表明,随着吸附时间的增加,包合物对刚果红的吸附量和吸附率都逐渐增大,一定时间后达到吸附平衡;随着投加量的增加,吸附量逐渐减少,吸附率逐渐增大后达到平衡;随着刚果红初始浓度的增大,吸附率不断下降,吸附量先增大后趋于平衡。优化后的吸附工艺条件为:吸附时间41.23 min,投加量1.03 g,初始浓度101.05 mg/L,此条件下的吸附量为4.79 mg/g,吸附率为97.58%,实验值与预测值接近,各因素对吸附量和吸附率的影响次序为:投加量>初始浓度>吸附时间。研究可为脂肪酸玉米淀粉包合物在吸附偶氮染料方面的应用提供理论基础。第三部分对金樱子果渣中脂肪酸和玉米淀粉包合物吸附砷离子的吸附工艺进行了研究。选取吸附时间、包合物投加量和砷离子的初始浓度为考察因素,以砷离子的吸附量和吸附率为评价指标,通过星点设计响应面法对砷离子的吸附条件进行优化,实验结果表明,优化后的吸附工艺条件为:吸附时间6.42 h,投加量0.1 g,初始浓度9.49 mg/L,在该条件下包合物对砷离子的吸附量为1.22 mg/g,吸附率为25.71%,实验值与预测值接近,各因素对吸附量的影响次序为:投加量>初始浓度>吸附时间,对吸附率的影响次序为:初始浓度>投加量>吸附时间。研究可为脂肪酸玉米淀粉包合物在吸附重金属离子方面的应用提供理论基础。第四部分对金樱子果渣中脂肪酸和玉米淀粉包合物吸附药物异烟肼的吸附工艺及缓释进行了研究。选取吸附时间、投加量和异烟肼的初始浓度为考察因素,以异烟肼的吸附量和吸附率为评价指标,通过星点设计响应面法对异烟肼的吸附条件进行优化,并对其在模拟人体肠液环境下进行了缓释研究。研究结果表明,优化后的吸附工艺条件为:吸附时间4.57 h,投加量0.1 g,初始浓度84.79 mg/L,在该条件下包合物对异烟肼的吸附量为3.87 mg/g,吸附率为9.13%,实验值与预测值接近,各因素对吸附量的影响次序为:投加量>吸附时间>初始浓度,对吸附率的影响次序为:初始浓度>投加量>吸附时间。缓释实验结果表明,异烟肼纯药品在90 min基本释放完全,吸附异烟肼后的包合物释放过程相对缓慢,在140 min释放完全。将异烟肼吸附于脂肪酸玉米淀粉包合物中可以延长异烟肼在人体肠液环境下的释放时间,从而提高药物的利用价值。
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