竹笋壳棕色素的提取及残渣利用技术研究

来源 :贵州民族大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lele3383
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我国的竹林面积和竹笋食品需求量日益增加,在竹子的自然生长过程和竹笋食品的加工过程中产生的大量竹笋壳作为废弃物被丢弃,不仅造成资源的浪费,而且会带来环境污染问题。本研究以竹笋食品加工过程中产生的竹笋壳为原材料,采用了逐级资源化利用方式,研究了竹笋壳棕色素提取工艺和产品稳定性、竹笋壳膳食纤维制备工艺和功能特性以及竹笋壳残渣对Cr(Ⅵ)和Ni(Ⅱ)吸附性能和吸附机理,主要研究结果如下:(1)竹笋壳棕色素提取工艺优化及稳定性研究研究了竹笋壳棕色素超声辅助水提法提取工艺,以棕色素提取液的吸光度为标准,分析了提取时间、超声功率、料液比、提取次数和竹笋壳颗粒大小等因素对竹笋壳棕色素提取效果的影响并进行了工艺优化,进一步分析了棕色素提取液在不同条件下的稳定性。研究表明,优化后的竹笋壳棕色素提取工艺条件:提取时间为26.5 min、超声功率为205.5 W、料液比为1:23.0(g/m L)、提取次数为1次、颗粒大小为60目。在此工艺条件下,竹笋壳棕色素的提取效果最好(吸光度值为1.302)。棕色素稳定性研究结果表明,所提取的竹笋壳棕色素对蔗糖和氯化钠具有较好的耐受性;H2O2会逐渐氧化棕色素,破坏色素结构,而Na2SO3能对棕色素能起到一定的增色作用;棕色素在酸性和中性环境中的稳定性较好;延长升温时间对笋壳棕色素有一定的增色作用,但不能长时置于温度较高(>100℃)的环境中;强烈的太阳光和紫外光直射会使笋壳棕色素分解;K+、Ca2+、Mg2+和Al3+在一定时间内对笋壳棕色素稳定性基本不会产生影响,此外,用水提取的竹笋壳棕色素无毒无污染,可以应用于食品领域。(2)竹笋壳膳食纤维制备工艺优化及功能特性研究以提取棕色素后的竹笋壳残渣为原料,研究了竹笋壳膳食纤维碱法制备工艺,通过单因素实验,以膳食纤维的得率为标准,探究了Na OH浓度、制备时间、制备温度、料液比等因素对竹笋壳膳食纤维得率的影响,并对制备工艺进行优化,分析了膳食纤维的功能结构特性。研究表明,优化后的竹笋壳膳食纤维碱法制备工艺条件:Na OH浓度为1.97%、制备时间为113 min、制备温度为49℃、料液比为1:40(g/m L),此条件下,竹笋壳膳食纤维的得率为87.05%。通过研究竹笋壳膳食纤维(SDF和IDF)的功能性质表明,SDF的溶胀性、持油性、持水性和阳离子交换能力均优于IDF,且所制备的SDF和IDF具有相似的表面官能团结构;SDF对胆酸钠的吸附能力、DPPH自由基和ABTS+自由基的清除能力均强于IDF,而IDF对NO2-的吸附能力强于SDF,并呈现一定的浓度依赖性,说明碱法制备的竹笋壳膳食纤维具有良好的吸附性能和抗氧化活性,能作为一种功能性食品的生产原料。(3)竹笋壳残渣对Cr(Ⅵ)和Ni(Ⅱ)吸附性能研究研究了以提取棕色素后的竹笋壳废渣为原料,通过处理得到吸附材料(Bamboo shoot shell fibers,BFs),分析了其表观形貌及表面官能团等理化性质,探究了其对Cr(Ⅵ)和Ni(Ⅱ)的吸附性能,并进一步研究了BFs对水中Cr(Ⅵ)和Ni(Ⅱ)的吸附机理。研究表明,经过提取棕色素后所产生的竹笋壳残渣(BFs),其表面产生了孔隙结构和丰富的表面活性官能团(C=O、-SO-、C-O等)。在吸附Cr(Ⅵ)和Ni(Ⅱ)的过程中,A-BF和N-BF的最佳投加量分别为4.0和2.0 g/L,吸附平衡时间为180 min;溶液初始p H在2.0~12.0范围内时,A-BF对Cr(Ⅵ)表现出很好的去除效果,而N-BF对Ni(Ⅱ)吸附过程的最佳初始p H为4.0~7.0,在此条件下,Cr(Ⅵ)和Ni(Ⅱ)的去除率分别为98.8%和96.8%。BFs吸附Cr(Ⅵ)和Ni(Ⅱ)的过程更符合Sips等温吸附模型和准二级动力学模型,表明该过程是以化学反应控制为主的多层吸附过程;BFs对Cr(Ⅵ)和Ni(Ⅱ)的最大理论吸附量分别为10.58和29.70 mg/g。A-BF对Cr(Ⅵ)的吸附作用主要包括静电吸附和氧化还原作用过程;N-BF对Ni(Ⅱ)的吸附作用主要是N-BF的表面官能团(-SO-、C=O、-OH、C-O等)与Ni(Ⅱ)发生静电吸附、化学沉淀和络合作用,说明BFs能够作为一种新型的水体中重金属吸附材料。本研究采用逐级资源化利用方式,系统地研究了一套竹笋壳综合利用工艺,极大程度上提高了竹笋壳附加值的利用率,有效增加了竹笋食品加工企业的经济效益,同时,解决了竹笋壳资源浪费和环境污染等问题,实际应用前景广阔。
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