论文部分内容阅读
茶叶籽油是一种营养价值较高的可食性植物油。目前,对茶叶籽油的研究主要集中于理化特性、提取工艺、脂肪酸组成及制备生物柴油等,暂无对其水解进行研究的相关报道。本文以茶叶籽油为原料,在对其理化特性和甘油酯组成进行分析基础上,优化了两种不同方式超声作用下脂肪酶(TLIM、LVK)催化茶叶籽油水解的工艺条件;并进一步比较了其反应表观、界面动力学及热力学特性。1茶叶籽油理化特性及甘油酯组成分析研究发现茶叶籽油(机械热榨)的比重为0.88、酸值2.5 mg KOH/g、折光指数为1.468、皂化值为193.35 mg KOH/g、碘值85 Meq/g;甘油单、二、三酯相对含量分别为:1.85%、8.05%、90.10%。茶叶籽油中甘油三酯主要包括8种三不饱和甘油三酯(41.39%)、8种三饱和甘油三酯(0.92%)、24种二不饱和一饱和甘油三酯(39.70%)、24种二饱和一不饱和甘油酯(11.70%)。2机械搅拌耦合超声震浴协同辅助脂肪酶TLIM水解茶叶籽油工艺研究在无溶剂非均相体系中,采用机械搅拌耦合超声震浴协同辅助脂肪酶TLIM催化茶叶籽油水解。以水解率为评价指标,进行单因素、正交优化试验,得优化工艺条件为:油水比为2:3,TLIM酶浓度4.5%,超声震浴温度50℃,缓冲液pH 8.5,搅拌转速300 r/min,反应时间19.5 h。此时,水解率达72.25%。并测得机械搅拌耦合超声震浴协同辅助和机械搅拌辅助酶解的Km分别为0.053 mL/g和4.56m L/g;Ea分别为14.05 kJ/mol和30.73 kJ/mol。3探头式超声乳化耦合磁力搅拌协同辅助脂肪酶水解茶叶籽油工艺研究采用探头式超声持续乳化耦合磁力搅拌协同辅助脂肪酶(TLIM、LVK)催化茶叶籽油水解。在单因素试验基础上,采用Box-Benhnken响应面优化得TLIM酶水解茶叶籽油的优化工艺为:TLIM酶浓度3.5%,缓冲液pH 8.5,超声功率320 W,水浴温度50.5℃,酶解时间8 h,搅拌转速840 r/min。此时,水解率实测值73%,模型预测值73.38%。采用中心组合响应面优化得LVK酶水解茶叶籽油的优化工艺为:油水比1:1.75,搅拌转速800 r/min,超声功率320 W,氯化钙浓度0.25%,酶解温度49.5℃,LVK酶浓度5.5%,缓冲液pH 9.4,时间4 h。此时,水解率实测值83.15%,模型预测值82.06%。4超声作用下脂肪酶催化茶叶籽油水解表观动力学及热力学研究以反应初速度为评价指标,研究超声作用下脂肪酶催化茶叶籽油水解反应表观动力学和热力学特性。(1)将水看作酶解底物,测得机械搅拌耦合超声震浴协同辅助茶叶籽油酶解Vmax为168.42μmol/mL*min(M-M)、232.55μmol/mL*min(L-B)、222.22μmol/mL*min(H-W),此时底物水浓度为0.1124g/L(M-M)、Km为0.0465g/L(L-B)、0.0444 g/L(H-W);探头式超声耦合磁力搅拌协同辅助茶叶籽油酶解Vmax为154.18μmol/mL*min(M-M)、169.49μmol/mL*min(L-B)、166.67μmol/mL*min(H-W),此时底物水浓度为0.1043 g/L(M-M)、Km为0.01186 g/L(L-B)、0.01 g/L(H-W)。(2)将油看作酶解底物,测得机械搅拌耦合超声震浴协同辅助茶叶籽油酶解Vmax为308.68μmol/mL*min(M-M)、370.37μmol/mL*min(L-B、H-W),此时底物油浓度为0.0387 g/L(M-M)、Km为0.0074 g/L(L-B、H-W);探头式超声耦合磁力搅拌协同辅助茶叶籽油酶解Vmax为457.33μmol/mL*min(M-M)、526.31μmol/mL*min(L-B)、555.55μmol/mL*min(H-W),此时底物油浓度为0.0328 g/L(M-M)、Km为0.00526 g/L(L-B)、0.00556 g/L(H-W)。(3)以水解率为评价指标,测得机械搅拌辅助茶叶籽油酶解的Ea为30.73 kJ/mol、?≠G为69.98 kJ/mol、?≠H为28.04 kJ/mol、?≠S为-0.13 kJ/mol/K;机械搅拌耦合超声震浴协同辅助茶叶籽油酶解Ea为14.05 kJ/mol、?≠G为68.06kJ/mol、?≠H为11.36 kJ/mol、?≠S为-0.175 kJ/mol/K。以初速率为评价指标,测得机械搅拌耦合超声震浴协同辅助茶叶籽油酶解Ea为18.99 kJ/mol、?≠G为65.46kJ/mol、?≠H为16.30 kJ/mol、?≠S为-0.152 kJ/mol/K;探头式超声耦合磁力搅拌协同辅助茶叶籽油酶解Ea为6.74 kJ/mol、?≠G为63.80 kJ/mol、?≠H为4.05 kJ/mol、?≠S为-0.185 kJ/mol/K。表明两种超声对酶解反应均具有一定促进作用,而探头式超声作用效果更优。5超声作用下脂肪酶酶解茶叶籽油反应油水界面动力学研究研究了两种不同超声作用下脂肪酶催化茶叶籽油水解反应界面动力学模型。得探头式超声耦合磁力搅拌和机械搅拌耦合超声震浴协同辅助脂肪酶催化茶叶籽油水解反应中各试验因子(P、ω、T、E、Ф)对反应体系界面面积(At)影响的模型公式分别为:At=0.06894×P25986,At=0.4036×T2.8611,At=843206.79Ф/(1+15.02695Ф),At=192.03×ω0.9234;At=0.1113×ω1.7923,At=6323.87×T0.5278,At=1.3885e11Ф/(1+7.8646Ф),At=6995.18×Ф-0.8733,At=1.8512×E1.9587。结果表明,Calderbank等所建立考虑交互作用的经典界面动力学模型(油相分数)公式在超声作用下运用受限;本文新建立关于超声功率与油水接触界面面积及脂肪酶浓度与油水接触界面面积关系的模型公式拟合程度较好。