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盐肤木是一种野生药用油脂植物,其果肉与壳一体、粒径较小,不适合套用现有的农作物油脂提取加工工艺,因此尽管果实产量每年达数百万吨,但是至今尚未得到合理有效的开发利用。论文采用汽爆技术对盐肤木果实进行预处理,对比分析油脂和黄酮的提取过程,并进行提取动力学研究,以建立最佳提取工艺,然后将提取剩余物热解转化,分步收集制备生物油,最后对盐肤木产业化开发路线进行探索和技术经济分析。通过上述研究得到以下结果:
(1)研究了汽爆处理对于盐肤木果实宏观和微观结构的影响。经过优化,在饱和蒸汽压1.5MPa处理5min条件下,盐肤木果实平均粒径从原料的2.67mm减小为0.67mm;电镜观察表明物料表面微孔增加,其堆积密度减小至250kg/m3,约为原料的53%;汽爆处理后湿磨至0.2mm比直接湿磨节约时间11min,能耗减少25%。
(2)对盐肤木果实油脂进行了提取动力学研究和理化性质分析。动力学研究表明,1.5MPa处理5min的汽爆料提油率最高,在提取100 min时达到92%,比未处理原料提高了约4倍。在采用的3个模型中,Patricelli模型与实验数据的拟合度较高,整个提取过程可以分为快速扩散和慢速扩散2个阶段,汽爆使得提取过程从慢速扩散为主转变为快速扩散为主,有效扩散率比未处理料提高了3倍以上,达到19.88×10-13 m2s-1。油脂理化性质的分析结果表明,汽爆(1.5MPa/5min)盐肤木果实油脂具有比对照组更低的酸值(5.1 vs.6.7 mg KOH/goil)和更高的亚油酸含量(51.30%vs.47.78%)。
(3)研究了盐肤木果实黄酮的提取条件以及汽爆对黄酮苷的脱糖苷作用。结果表明,当汽爆条件为200℃维持5min时,提取平衡时间为20min,黄酮提取率达到19.65mg/g,比未处理料提高了8倍。在汽爆过程中,盐肤木果实黄酮主要类型槲皮苷(槲皮素-3-O-鼠李糖苷)的糖苷键水解断裂,转化为槲皮素,在200℃处理5min条件下转化率可达84.51%。
(4)设计了盐肤木果渣热解分步收集制备生物油的方法。采用定时分步收集和梯度升温分步收集方法,分别制备得到了含水量为44.79%和15.93%的生物油,以及其它不同组成的热解产物,为高效利用生物油中多种有机成分提供了有利条件。
(5)综合上述相关研究,从技术经济角度,比较分析了几种盐肤木资源生态产业化开发的工艺路线,建立了盐肤木果实汽爆-提取-热解组合的生态产业链技术体系。以年处理3万吨盐肤木果实计算,分别生产盐肤木果油4500吨、黄酮420吨、生物油8400吨和活性炭6000吨,年利润可达4200万元以上,1年半即可收回投资成本,具有良好的应用前景。