动态高压微射流技术对豆渣膳食纤维吸附重金属能力的影响

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随着工业的发展,重金属污染问题已经广受关注,人们通过饮用被重金属污染的水资源、食用被重金属污水浇灌的粮食作物及污水中成长的鱼虾,吸入含铅等重金属的汽车尾气,使用含重金属的化妆品,偶尔食用被不良商家用超标的重金属加工的农产品(如,松花蛋事件)等种种渠道,已经直接或间接的在体内积累大量的重金属,重金属在体内的长期积累,会损坏人体的神经和血液系统,引起人体的心脏、肺、肾脏和骨骼等器官病变甚至癌变。因此,亟需开发一种高重金属吸附能力的食品,而膳食纤维因其结构中含有大量的羟基、羧基、酚羟基等基团,而具有较强的重金属吸附能力,成为目前研究的热点。本文通过体外模拟人体的胃肠道环境,研究豆渣膳食纤维对重金属的吸附能力和清除效果,采用动态高压微射流技术(DHPM)对豆渣膳食纤维进行改性,研究其对豆渣膳食纤维吸附能力的影响,并通过测定DHPM对其它理化性质(粒度、密度、比表面积、SDF含量、SDF:TDF、糖醛酸含量、持水力、总负电荷、阳离子交换能力等)的影响,采用SPSS软件分析二者的线性相关性,进而找出对重金属吸附能力影响最大的因素,同时通过研究吸附重金属前后膳食纤维颗粒形貌和分子结构的变化来初步探讨吸附机理。具体得出如下结论:1)豆渣膳食纤维对重金属阳离子Pb2+、Cu2+、 Cd2+和Hg2+的吸附主要发生在肠道环境,在胃中的吸附能力较弱;豆渣膳食纤维对重金属离子Pb2+、Cu2+、 Cd2+和Hg2+的吸附能力大小依次为Cu2+> Cd2+> Hg2+> Pb2+。2)采用DHPM技术处理豆渣膳食纤维(DF)可以改善豆渣DF对重金属Pb、Cu、 Cd和Hg的吸附能力,但是随压力的变化趋势不同,对Pb和Hg的吸附随压力的升高而增强,均在160MPa达到最大,其肠道中的最大吸附力分别为429.7±4.2μmol/g、444.4±8.8μmol/g,较未改性的豆渣DF分别提高了15%和16%倍;对Cu的吸附随压力的升高先增大后降低,在120MPa下达到最大值765.3±5.8μmol/g,较未处理前的样品提高了12%;对Cd的吸附随压力的升高后降低,在80MPa下达到最大,较未处理的样品提高了16%。3)采用DHPM技术处理豆渣DF样品,其理化性质(粒度、密度、比表面积、SDF含量、SDF:TDF、糖醛酸含量、持水力、阳离子交换能力及总负电荷)随处理压力的变化也表现为不同的变化趋势:粒径呈先降低后升高的趋势,在120MPa时达到最小值250.4nm;比表面积则先增大后降低,在120MPa时达到最大;密度在40MPa时达到最大值;SDF含量、SDF:TDF及糖醛酸的含量随处理压力的升高而升高;持水力随处理压力的升高而升高;阳离子交换能力随处理压力的升高先降低再升高,160MPa下达到最大;总负电荷随处理压力的增加先升高后降低,在80MPa下达到最大。4)豆渣DF对重金属离子Pb2+、Cu2+、Cd2+和Hg2+的吸附机理不同:对Cu2+的吸附为表面的物理吸附,对Pb2+、Cd2+和Hg2+的吸附是物理吸附外与化学吸附的双重作用。豆渣膳食纤维持水力的高低可以直接反映其对重金属离子Pb2+和Hg2+的吸附能力的大小;比表面积大的豆渣膳食纤维对Cu2+的吸附能力强;总负电荷越多的豆渣膳食纤维对Cd2+的吸附能力越强。5)豆渣DF吸附Pb2+和Hg2+后其颗粒表面如覆盖了一层层丝絮物;吸附Cu2+后,其表面变成了密密麻麻的蜂窝状;吸附Cd2+后,颗粒变薄且内部多孔,孔隙中如被一团团丝絮填充,这说明Cd2+主要攻击纤维的表面结构,破坏表面结构的连接建后进而再被吸附(物理或化学吸附)在其表面,使其网络结构重组,形成多孔且孔内交联的片状结构。6)红外图谱分析可知:豆渣DF对Pb2+和Hg2+的吸附主要通过氧负电荷结合,对Cu2+的吸附无化学键的参与,对Cd2+的吸附主要C=C和C—O,且Cd2+破坏了膳食纤维分子结构中的部分C=O和C=C,使分子内部更容易形成O—H。
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