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本课题在CO2分压下,利用近临界水独特的性质研究了鱼类废弃物蛋白质的水解工艺,讨论了反应温度、反应时间、CO2分压和反应压力对氨基酸总收率的影响,并通过正交试验,筛选出最佳水解工艺条件,同时进一步研究鱼类废弃物在CO2分压下近临界水中水解制备氨基酸的动力学方程。为解决鱼类废弃物对环境的污染问题,实现鱼类废弃物的资源化利用提供科学的方法和依据。
实验首先研究了5.0MPa(±0.5M)压力时,不同反应温度对氨基酸总收率的影响。在低温时,氨基酸的总收率还不是很大。随着温度的升高,氨基酸总收率也逐渐升高。当温度升高到一定值时,氨基酸总收率达到最大。温度继续升高,氨基酸总收率有所下降。
在5.0MPa(±0.5M)压力条件下,研究了反应时间对氨基酸总收率的影响。在一定温度下,随着反应时间的增加,氨基酸的总收率逐渐增加,当反应时间超过一定值后,氨基酸总收率逐渐降低,但不同的温度达到总收率的最大值所需时间不同。
在温度为513K时,以有无CO2做一组对比反应。可得CO2使近临界水水解氨基酸的总收率明显增加。并且在达到最高收率时的时间点也略有提前。然后以反应时间为30min时,随着CO2分压的增加,观察不同反应温度下,氨基酸总收率的变化。随着CO2分压的增加,氨基酸总收率逐渐增大。
随后以反应时间为30min,CO2分压为2.9MPa(±0.5M)时,通入N2,以此观察不同温度下,压力对其影响。结果可得,压力对氨基酸的总收率影响不大。
接着,通过正交实验确定了CO2分压下近临界水中鱼类废弃物水解的最优化工艺:CO2分压为4.9MPa,反应温度为513K,反应时间为18min,反应压力(N2通入量)为3.0MPa。按此反应条件进行实验,氨基酸的总收率为31.53%。
本文随后进行了水解动力学的研究。由于现有仪器很难直接对鱼类废弃物中的蛋白质进行定性定量测定,通过文献查阅,可知传统实验中,酸水解蛋白的方法产率最高,通过实验证明,盐酸水解鱼类废弃物蛋白所得最高产率大于本实验最优化工艺条件下的产率,所以我们先用盐酸水解鱼类废弃物蛋白,以其最高产率46.16%,视为鱼类废弃物完全水解时的氨基酸总收率。
最后建立动力学方程,在温度为493K,513K,533K,553K,CO2分压为4.9MPa,反应压力(N2通入量)为3.0MPa,反应时间为30min的条件下,水解反应得到不同时间点的氨基酸,将其收率与鱼类废弃物完全水解时氨基酸总收率的比值来表征鱼类废弃物的水解率。结果表明鱼类废弃物蛋白水解反应级数为1.28,493K,513K,533K,553K下的反应速率常数分别为0.036、0.071、0.140、0.330,反应活化能为82.75kJ/mol,指前因子为1.97×107。