等离子体对果胶降解工艺、应用特性及结构表征影响研究

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果胶是一类结构复杂的天然多糖,但因其分子质量大,生物利用率低下,也影响了其生物活性的发挥,因此减少果胶分子质量已成必然。但是,传统降解方法(如酸法、酶法等)存在污染环境、成本高等问题,因此,需要一种高效环保的果胶降解技术。等离子体技术被认为是一种有前途的高级氧化工艺,因其能耗低、成本适中、无污染等优点而备受关注。根据上述,本文将选择脉冲放电等离子体的降解方式,开展对果胶降解工艺研究与动力学的分析,以确定最适降解工艺条件;并分析降解处理对果胶应用特性和结构表征的影响。(1)以降解时间为动态变量,放电电压、极板间距、果胶浓度作为影响条件,进行脉冲放电等离子体对果胶降解工艺研究及动力学分析,确定最适降解工艺条件。试验结果表明,特性黏度与降解时间、放电电压呈正相关性,与极板间距和果胶浓度呈负相关性。最适降解工艺条件为:果胶浓度0.3%、放电电压4.8kV、极板间距2mm;在最适降解工艺条件下,降解时间为60、90、120min时的特性黏度分别为9.17、7.28、5.52dL/g;脉冲放电等离子体对果胶降解反应遵循一级降解动力学模型。(2)在不同降解时间、放电电压、极板间距条件下,制备果胶降解产物,研究其流变学特性和抗氧化活性,进行降解处理对果胶应用特性影响分析。试验结果表明,与果胶原料相比,降解产物的表观黏度显著降低,但仍为经典的假塑性非牛顿流体。而且降解产物的储能模量和损耗模量也显著降低,这表明破坏了线性果胶分子,降低了其分子量,从而导致较弱的网络形成,有效降低果胶的粘弹性。并且降解产物的表观黏度和粘弹性与降解时间、放电电压呈负相关关系,与极板间距呈正相关关系;在最适工艺条件下,样品浓度为3.2mg/mL时,降解产物的DPPH自由基清除率为77.5%,比果胶原料清除率提高了 70.5%;样品浓度为3mg/mL时,果胶降解产物的ABTS自由基清除率为72.51%,比果胶原料清除率提高了 62.31%。降解时间、放电电压对降解产物抗氧化活性的提升作用呈正相关关系,极板间距与其呈负相关关系。(3)在不同降解时间、放电电压、极板间距条件下,制备果胶降解产物,对其进行FTIR、NMR、粒径分析、XRD、SEM研究,进行降解处理对果胶结构表征影响分析。试验结果表明,脉冲放电等离子体降解处理没有改变果胶的主要特征结构,只引起果胶分子量的降低。降解处理破坏了果胶的晶体结构,使其结晶度减低;降解产物的平均粒径和分散指数显著减低,降解时间和放电电压与其降低幅度呈正相关性,极板间距呈负相关性;随着降解时间的延长,放电电压的增大、以及极板间距的减小,果胶表观形貌由相对整齐的片状结构变为细小的碎片,并伴有空洞产生。
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