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江蓠残渣高活性膳食纤维和羧甲基纤维素钠的制备及性能研究

作　者: 刘生利
导　师: 杨磊
学　校: 广东海洋大学
专　业: 水产品加工及贮藏工程
关键词: 江蓠残渣膳食纤维制备重金属吸附羧甲基纤维素钠
分类号: TS254.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着近海清洁养殖的兴起,鱼、虾、贝和藻立体生态养殖模式成为今后的发展方向,大型海藻---江蓠是立体生态养殖模式的主要藻类。江蓠可食用,主要还是用于提取琼胶。目前,江篱提取琼胶后的残渣直接废弃,污染环境。江篱残渣中富含膳食纤维,是提取膳食纤维的优质原料。利用废弃的残渣提取膳食纤维或进行其他高值化利用,不但可以解决环境污染问题,还可以变废为宝,延长“立体养殖—江蓠—琼胶”的产业链,提升我省高效绿色养殖和加工的环境效益和经济效益。本研究围绕这一目的展开,对残渣的成分进行了分析;通过正交试验法,找到了江篱残渣提取膳食纤维的较佳工艺条件,实现了膳食纤维白度的可控;探索了酶处理方法对膳食纤维理化性能的影响规律,找到了较优的复合酶活化方法,提高了膳食纤维的性能;研究了从残渣制备羧甲基纤维素钠的较优生产工艺,拓宽了残渣的高值化利用范围。主要结论如下:1、成分分析及漂白试验。分析了新鲜江残渣的成分构成,测得其纤维素、半纤维素和木质素的含量分别为:47.21%、18.5%和9.9%,是膳食纤维的优良原料;采用正交试验实验法,筛选出了残渣提取膳食纤维碱性过氧化氢漂白的较佳工艺条件为:温度=60℃,时间=3 h,pH=8.5,通过回归分析,得到漂白剂H2O2浓度与膳食纤维白度的函数关系为:Y=30.85+8.96*X-1.2*X2（X∈（0,4））,R2=0.9951。2、江蓠残渣膳食纤维的活化试验。漂白后的江蓠残渣膳食纤维经过纤维素酶和木聚糖酶处理后,可以改善其膨胀力、持水力,持油力、表面结构等物理性能。研究结果表明:45 u/g纤维素酶和60 u/g木聚糖酶复合酶处理漂白膳食纤维可以使膳食纤维的可溶性膳食纤维含量（SDF）、持油能力（OBC）、膨胀力（SW）和持水力（WHC）分别增加:29%,26%,15%和14%,活化后的江蓠残渣膳食纤维的膨胀力达到4.71 mL/g,持水力648%,白度48.9%,功能性指标超过西方国家麸皮膳食纤维的标准（膨胀力4 mL/g、持水力400%）;通过扫描电镜观察发现,复合酶改性后的膳食纤维的表面结构变得蓬松,有孔隙结构出现,可能是其物理性能改善的原因。3、重金属清除试验。研究了江蓠残渣和其漂白后经纤维素酶和木聚糖酶复合处理样品对Pb²⁺、Cd²⁺的吸附条件,探讨了pH、温度、吸附时间、金属离子初始浓度等因素对其吸附性能的影响。研究结果表明:残渣粉末和经过酶法活化的膳食纤维在pH7对Pb²⁺、Cd²⁺的吸附能力最强,吸附率随着Pb²⁺、Cd²⁺初始金属离子浓度的增大而的降低。残渣粉末和经过酶法活化的膳食纤维对Pb²⁺、Cd²⁺的吸附动力学和热力学分别符合Lagergren方程二级吸附模型和Langmuir吸附方程;单一金属溶液中残渣粉末和经过酶法活化的膳食纤维对Pb²⁺的吸附能力强于Cd²⁺。4、研究了残渣粉末和经过酶法活化的膳食纤维对亚硝酸盐的吸附量分别为:91.4 umol/g和107.7 umol /g;体外模拟胃肠环境下,膳食纤维对有益金属离子Ca²⁺、Mg²⁺具有束缚作用;红外光谱研究表明,膳食纤维吸附作用的主要基团是羟基、羧基、硫酯结构等。5、羧甲基纤维素钠的制备与表征。以取代度为指标得出最优制备条件为:经NaOH（W/W=3:1）25℃碱化处理45 min后,加入氯乙酸（W/W=2.5:1）于65℃进行羧甲基化反应2 h,产品取代度为0.7。

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摘要 6-8Abstract 8-121 文献综述 12-19 1.1 膳食纤维的定义 12 1.2 膳食纤维的组成 12-13 1.3 膳食纤维的理化特性与生理保健功能 13 1.3.1 持水性和膨胀性 13 1.3.2 吸附作用 13 1.3.3 发酵性 13 1.3.4 粘性 13 1.4 膳食纤维的来源 13-14 1.5 膳食纤维的提取 14 1.6 膳食纤维的漂白 14-15 1.7 膳食纤维的功能活化 15 1.8 羧甲基纤维素钠概述 15-16 1.8.1 羧甲基纤维素钠的现状 15 1.8.2 羧甲基纤维素钠的应用 15-16 1.9 研究课题的产生、立题依据及研究内容 16-19 1.9.1 研究的必要性 16-17 1.9.2 市场预测和发展趋势 17-18 1.9.3 研究内容和要求 18-192 江蓠渣组分测定、提取工艺和漂白处理 19-26 2.1 前言 19 2.2 材料与方法 19-22 2.2.1 实验材料及试剂 19 2.2.2 试验设备 19 2.2.3 试验方法 19-22 2.3 结果与讨论 22-25 2.3.1 江蓠残渣成分测定 22 2.3.2 漂白工艺选择 22-24 2.3.3 DF 漂白可控选择 24 2.3.4 原料与漂白样品表面形态比较分析 24-25 2.4 结论 25-263 江蓠残渣膳食纤维的酶法功能活化 26-34 3.1 前言 26 3.2 材料与方法 26-28 3.2.1 试剂 26 3.2.2 主要仪器设备 26-28 3.3 结果与讨论 28-33 3.3.1 纤维素酶活化对DF1 特性的影响 28-30 3.3.2 木聚糖酶对DF1 特性的影响 30-32 3.3.3 复合酶处理对DF1 特性的影响 32 3.3.4 膳食纤维电镜扫描试验结果及分析 32-33 3.4 结论 33-344 江蓠残渣和酶法活化DF 对Pb~(2+)和Cd~(2+)溶液吸附研究 34-43 4.1 前言 34 4.2 材料与方法 34-35 4.2.1 试剂 34 4.2.2 仪器设备 34 4.2.3 试验方法 34-35 4.3 结果与讨论 35-42 4.3.1 pH 值的影响 35-36 4.3.2 温度的影响 36-37 4.3.3 时间的影响 37 4.3.4 初始金属离子浓度的影响 37-38 4.3.5 吸附动力学 38-40 4.3.6 吸附热力学 40-42 4.4 结论 42-435 江蓠残渣和酶法活化DF 对亚硝酸盐和Ca~(2+)、Mg~(2+)的吸附研究 43-51 5.1 前言 43 5.2 材料与方法 43-45 5.2.1 试剂 43 5.2.2 仪器设备 43-44 5.2.3 试验方法 44-45 5.3 结果与讨论 45-50 5.3.1 亚硝酸盐标准曲线 45 5.3.2 时间对江蓠残渣及其酶法改性膳食纤维亚硝酸盐吸附量的影响 45-46 5.3.3 pH 对DF0 及DF2 亚硝酸盐吸附量的影响 46 5.3.4 DF0、DF2 及其吸附亚硝酸盐后的DF0、DF2 傅立叶红外变换图谱及分析 46-48 5.3.5 不同pH 时DF0 及DF2 对营养元素：Ca~(2+)、Mg~(2+)的束缚量 48 5.3.6 DF0、DF2 与其吸附Ca~(2+)、Mg~(2+)后样品红外图谱对照 48-50 5.4 结论 50-516 江蓠残渣羧甲基纤维素钠的制备和表征 51-57 6.1 前言 51 6.2 材料与方法 51-52 6.2.1 试剂 51 6.2.2 仪器设备 51 6.2.3 试验方法 51-52 6.3 结果与讨论 52-56 6.3.1 粗制纤维素的提取正交试验 52 6.3.2 粗纤维漂白试验 52-53 6.3.3 CMC 制备单因素试验结果及讨论 53-54 6.3.4 CMC 制备正交试验结果及分析 54-55 6.3.5 CMC 红外光谱分析和热重分析 55-56 6.4 结论 56-577 结论与建议 57-59 7.1 结论 57 7.2 建议 57-59参考文献 59-63致谢 63-64作者简介 64-65导师简介 65

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