（农产品加工及贮藏工程专业论文）超声波辅助乳酸提取米糠植酸及精制工艺研究.pdf

主 答辩委员会签名：( 工作单位、职称) 膨寺毫陟卜 委员： l 安徽中医学院教授 安徽大学教授 合肥工业大学教授 教授 副教授 笊桦 q、r 舍 两 本学位论文作者完全了解金壁王些太堂有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被 查阅或借阅。本人授权金理王些太堂可以将学位论文的全部或部分论文内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇 编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名： 王排 签字日期：2 d i 年多月z 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 名莎献 签字日期： 。年f 月3 日 电话： 邮编： 利用 乳酸 行l 9 ( 3 4 ) 正交试验，优化超声辅助条件为：超声波温度4 5 、超声波功率4 0 0w 和超声 波作用时间5m i n 。超声预处理后只需提取3 0r a i n 就能达到最大得率约7 8 0 。 ( 3 ) 以t i c k 第二扩散定律为基础进行提取动力学研究，表明乳酸提取米糠植 酸的过程符合扩散传质规律，提取动力学方程c ( t ) = c 。【1 e x p ( 七f ) 】可以很好的 模拟乳酸提取植酸的过程。 ( 4 ) 通过静态和动态试验研究了阴离子交换树脂对植酸的吸附与解吸性 能。结果表明，d 2 0 1 树脂对植酸的吸附交换作用较好，且在p h 值为2 2 0 时吸 附能力最强，静态吸附量达到9 4 5 4m g g ，1 5m o l l 的n a o h 溶液利于植酸解 析；f r e u n d l i c h 吸附等温方程可以较好地描述d 2 0 1 树脂对植酸的等温吸附； d 2 0 1 树脂对植酸的吸附过程符合l a g e r g r e n 一级速率方程，表观吸附速率常数 k 与植酸起始植酸浓度呈负相关关系，与温度呈正相关关系。在d 2 0 1 树脂对植 酸的动态吸附与解析过程中，层析柱管径、上样液浓度、上样液流速和洗脱剂 流速对吸附与解析效果影响较大。 关键词：米糠植酸；乳酸；超声波；提取动力学；离子交换树脂 a n dd e s o r p t i o np r o p e r t i e so fp h y t i ca c i do na n i o ne x c h a n g er e s i nw e r ei n v e s t i g a t e d t h r o u g hs t a t i ca n dd y n a m i ce x p e r i m e n t s e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) b a s e do nt h es i n g l ef a c t o re x p e r i m e n to fe x t r a c t i n gp h y t i ea c i df r o mr i c e b r a nu s i n gl a c t i ca c i dw i t he x t r a c t i o ny i e l do fp h y t i ca c i da st h ei n d i c a t i o n ， e x t r a c t i o np r o c e s s i n gw a so p t i m i z e dw i t hr e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g y ( r s m ) a n dt h eo p t i m u mc o n d i t i o n sa r e ：t e m p e r a t u r e 7 0 c ，r a t i oo fs o l v e n tt om a t e r i a l - 10 ，l a c t i ca c i dc o n c e n t r a t i o n 一4 0 ，t i m e 一2h o u r s u n d e rs u c hc o n d i t i o n ，t h e y i e l do fp h y t i ca c i d i s5 9 0 ( 2 ) s e ea b o v e ，l 9 ( 3 珥) o r t h o g o n a le x p e r i m e n ti sp e r f o r m e dt oo p t i m i z et h e u l t r a s o n i c a s s i s t e dc o n d i t i o n s t h e o p t i m u m c o n d i t i o n sa r e ：u l t r a s o n i c t e m p e r a t u r e 一- 4 5 * ( 2 ，u l t r a s o n i cp o w e r 一- 4 0 0 w , u l t r a s o n i ct i m e 一一5 m i n u t e s a f t e r u l t r a s o n i c a s s i s t e dt r e a t m e n t ，am a x i m u my i e l do f7 8 0 c a nb ea c h i e v e dw i t h e x t r a c t i o nt i m eo f 3 0m i n u t e s ( 3 ) b a s e do nt h eo p t i m i z a t i o no ft h ee x t r a c t i o np r o c e s sw i t hr e s p o n s e s u r - f a c em e t h o d o l o g y ( r s m ) ，e x t r a c t i o nk i n e t i c si ss t u d i e dw i t hr e f e r e n c et of i e k s s e c o n dl a wo fd i f f u s i o n t h er e s u l ts h o w st h a te x t r a c t i o no fr i c eb r a np h y t i ca c i d c o n f o r m st ot h el a wo fd i f f u s i o nm a s st r a n s f e r e x t r a c t i o nk i n e t i c se q u a t i o nc ( f ) = c 【1 - e x p ( - k t ) 】c a nw e l ls i m u l a t et h ee x t r a c t i o no fp h y t i ca c i dw i t h l a c t i ca c i d ( 4 ) t h ea b s o r p t i o na n dd e s o r p t i o np r o p e r t i e so fp h y t i ea c i do na n i o ne x c h a n g e r e s i nw e r ei n v e s t i g a t e dt h r o u g hs t a t i ca n dd y n a m i ce x p e r i m e n t s r e s u l t ss h o w e d t h a td 2 01r e s i nh a st h eb e s te x c h a n g ea d s o r p t i o np e r f o r m a n c ea m o n ga l lt e s t e d r e s i n s t h es t o i ca b s o r p t i o nc a p a c i t yo fd 2 01r e s i nr e a c h e d9 5 5 4m g gw h e nt h e p hv a l u eo fp h y t i ca c i d s o l u t i o nw a sa d j u s t e dt o2 2 0 ，a n ds o d i u mh y d r o x i d e s 叭u t i o no f1 5m o l lw a s b e n e f i c i a lt od e s o r p t i o n t h ea b s o r p t i o nb e h a v i o r o fd 2 0 1 r e s i nf o r p h y t i ca c i d o b e y e d t h ef r e u n d l i c h a d s o r p t i o ni s o t h e r me q u a t i o n 。 l n d l c m i n gt h a tt h ea b s o r p t i o nc a nb ep e r f o r m e du n d e rn o r m a lt e r n p e r a t u r e t h e a b s o r p t i o nk i n e t i cd a t ac o m p l i e dw i t hl a g e r g r e np s e u d o f i r s to r d e rr a t ee q u a t i o n 1 h e a p p a r e n ta d s o r p t i o nr a t e ( 妨h a san e g a t i v ec o r r e l a t i o n w i t ht h ei n i t i a l c o n c e t a t r a t i o no f p h y t i ea c i da n dh a sap o s i t i v ec o r r e l a t i o nw i t ht e m p e r a t u r e a sf a r a st h ed y n a m i ca b s o r p t i o na n d d e s o r p t i o no fp h y t i ea c i do nd 2 01r e s i nw a s c o n c e m e d t h ee f f e c t so fc h r o m a t o g r a p h yc o lu m nd i a m e t e r ，s a m p l ec o n c e n t r a t i o n s a m p j ef l o w i n gv e l o c i t ya n de l u a n tf l o w i n gv e l o c i t yw e r en o t a b l yo b s e r v e d k e y w o r d s ：r i c eb r a pp h y t i ca c i d ，l a c t i ca c i d ，u l t r a s o n i c w a v e ，e x t r a c t i o nk i n e t i c s ， i o n e x c h a n gr e s i n 致谢 本论文是在导师罗建平教授和查学强副教授的细心指导下完成的，从论文 题到方案制定，从实验操作到论文撰写，都得到了两位老师无微不至的关怀 帮助，在此，向他们表示衷心的感谢和崇高的敬意! 本论文的完成是对我研究生学习阶段的一次总结，在此特别感谢潘利华老 、杨雪飞老师、王军辉老师在实验过程中的指导帮助，以及陈晓燕等老师在 器使用中提供的便利。 在研究过程中还得到了实验室洪胜、钱鑫萍等同学及师弟、师妹们的友情 助，借此机会向他们表示感谢。 最后衷心感谢一直关心与支持我的家人，他们的关怀与鼓励永远是我奋斗 动力! 作者：王琳 2 0 11 年3 月 目录 1 1 1 1 1 1 ：! ：! 3 ：； ：； 1 5 2 模型建立4 1 6 课题研究的意义5 1 7 主要研究内容6 1 8 主要技术路线6 第二章材料与方法7 2 1 实验材料7 2 2 主要试剂7 2 3 主要仪器一8 2 4 植酸检测方法8 2 4 1 植酸的定性方法8 2 4 2 植酸的定量方法8 2 5 植酸提取工艺的优化1 0 2 5 1 植酸提取工艺路线l o 2 5 2 液料比对植酸得率影响1 0 2 5 3 温度对植酸得率影响1 0 2 5 4 乳酸浓度对植酸得率影响1 0 2 5 5 时间对檀酸得率影响1 0 2 5 6 响应面分析方法优化植酸提取工艺条件1 0 2 6 超声波辅助植酸提取1 0 2 6 1 超声时间对植酸得率影响l o 2 6 2 超声温度对植酸得率影响1 0 2 6 3 超声功率对植酸得率影响1 1 2 6 4 正交实验1 1 植酸提取动力学研究1 1 米糠提取物中植酸的阴离子交换树脂吸附解吸性能1 1 2 8 1 静态吸附与解吸1 1 2 8 2 吸附动力学实验1 2 2 8 3 动态吸附与解吸1 2 2 8 4 试验过程中的相关计算1 3 植酸产品1 3 结果与分析1 4 植酸提取工艺的优化1 4 3 1 1 液料比的影响1 4 3 1 2 温度的影响1 4 3 1 3 乳酸浓度的影响1 5 3 1 4 提取时间的影响1 5 插图清单 图1植酸的结构式1 图2磷标准曲线9 图3液料比对植酸提取的影响1 4 图4温度对植酸提取的影响1 4 图5乳酸浓度对植酸提取的影响1 5 图6提取时间对植酸提取的影响1 5 图7温度和液料比对植酸得率影响的响应面1 7 图8温度和乳酸浓度对植酸得率影响的响应面一1 7 图9温度和时间对植酸得率影响的响应面1 8 图1 0液料比和乳酸浓度对植酸得率影响的响应面1 8 图1 1液料比和时间对植酸得率影响的响应面一1 8 图1 2时间和乳酸浓度对植酸得率影响的响应面1 9 图1 3温度、液料比、乳酸浓度和时间对植酸得率的预测剖析图2 0 图1 4超声波作用时间对乳酸提取植酸的影响2 1 图1 5超声波温度对乳酸提取植酸的影响2 1 图1 6 超声波功率对乳酸提取植酸的影响2 l 图1 7不同乳酸浓度下植酸的提取过程与数据模拟2 3 图1 8不同提取温度下植酸的提取过程与数据模拟2 4 图1 9不同液料比下植酸的提取过程与数据模拟2 5 图2 0不同阴离子交换树脂对植酸的吸附量2 6 。图2 1p h 值对吸附与解吸的影响2 6 图2 2洗脱剂种类和浓度对植酸洗脱的影响2 7 图2 3植酸在d 2 0 1 树脂上的吸附等温线2 7 图2 4d 2 0 1 树脂对植酸的吸附动力学曲线及拟合曲线2 8 图2 5层析柱管径对d 2 0 1 吸附植酸效果的影响一2 9 图2 6 上样液流速与浓度对d 2 0 1 吸附植酸效果的影响3 0 图2 7洗脱液流速对d 2 0 1 吸附植酸效果的影响3 0 表1 2 不同条件下d 2 0 1 对植酸的吸附动力学方程2 9 溶于水、9 5 乙醇、丙酮、丙二醇和甘油等，微溶于甲醇和无水乙醇，难溶于乙 醚、氯仿、己烷、苯等有机溶剂【3 1 。植酸的磷酸基解离分为三个阶段，其解离 常数分别为1 8 、6 3 和9 7 【4 1 。由于具有很强的螯合能力，植酸能与镁、钙、锌、 铁、钾等多种金属离子形成不溶性鳌合物5 1 。植酸毒性极低，小鼠i ：1f l 艮l d 5 0 为 4 9g k g ，毒性小于食盐的l d 5 04 g k g 【6 1 。 1 2 植酸的用途 1 2 1 在食品领域的应用 植酸是一种常用的抗氧化剂【_ 7 ，8 】，在食品加工的过程中，添加适量的植酸， 具有保鲜、防腐、护色等作用。在饮料中添加微量植酸，能够除去饮料中的金 属离子，改善口感，保护人体健康。将植酸、稀盐酸和微量柠檬酸混合配成溶 液，喷洒于果蔬表面，可缓解维生素等营养物质的降解、延长其保鲜期 9 , 1 0 1 。 。加入微量植酸到水果、肉类等罐头食品中，可以有效防止析出鸟粪石结晶和黑 变现象。食用油中添加植酸，可以抑制油脂氧化。谷物制品【1 1 】、肉制品1 1 2 - 1 4 1 等中添加适量植酸可起到改善食物品质、延长保质期的作用。 1 2 2 在医药领域的应用 植酸具有抗龋作用，可制成口腔洗净剂和特种牙膏；植酸可以螯合尿中的 钙离子，治疗龟裂肾结石；植酸还可用作医用射线的扫描剂。植酸的铋盐和钠 盐能够治疗胃炎、腹泻、十二指肠溃疡等，钙盐可以缓解铅中毒，以钙盐为基 础，制得多种成药，可治疗神经衰弱、神经炎、幼儿佝偻病等疾病【1 5 , 1 6 】。 1 2 3 在冶金领域的应用 植酸及其盐类在金属表面处理中得到广泛的应用【1 7 】。表面经植酸处理过的 锡板和镁合金，其硬度、韧性、抗氧化性、抗腐蚀性和焊接性能都有明显提高， 而且还抗硫黑变【1 8 捌】。植酸可代替氰化钠作为金属无氰电镀药剂，还可代替铬 酸作为金属电镀后的处理液。 1 2 4 植酸的其它用途 水中添加植酸，可除去冷却塔、锅炉、蒸发器中的结垢；利用植酸处理半 渗透膜，能够防止浓差极化作用；植酸可用于膨润土的改性【2 2 1 ；植酸还可作为 光和热的阻燃剂、抗静电剂和稳定剂等。动物饲料中添加适量植酸，能够保持 正常动物的生长性能 2 3 , 2 4 】。 此外，植酸可降低小鼠患结肠癌的风险【2 5 】；对于高胆固醇喂食的老鼠，植 酸能够改善其血清和肝脏中的脂质水平【2 6 1 。 1 3 植酸的生产 植酸于18 7 2 年由p f e f f e r 首先发现，主要以混合态的钙、镁、钾等复盐( 即 菲丁) 的形式广泛存在于谷物和油料作物中，也存在于动物核红细胞内。目前 制取植酸的方法有三种：化学合成法、萃取法和微生物发酵法。化学合成法是 以磷酸和环己六醇为原料合成植酸，由于成本较高，不用于工业生产。微生物 发酵法，以基因克隆技术为基础，筛选合适的生产菌，这种方法是未来生产植 酸的趋势。目前应用于工业生产植酸的是以农副产物为原料的萃取法，一般从 种子的外壳中提取，如米糠、麸皮、玉米、菜籽饼粕等【2 7 1 ，其中以米糠中植酸含 量最多，在6 1 0 之间l 邛j 。 目前，植酸的工业生产普遍以无机酸提取、碱中和沉淀为基本工艺【2 9 0 3 1 ， 分为四个阶段：一、原料中植酸盐复合物的盐酸( 硫酸和草酸也有使用) 酸解 提取；二、提取液中植酸的石灰水、烧碱等碱性溶液中和沉淀；三、植酸盐的 再盐酸化溶解；四、植酸的精制与浓缩。该工艺的核心是酸、碱的交错使用， 其结果是植酸的溶解一沉淀一溶解，但存在以下缺点：两次使用无机酸，引 入了大量的c 1 等阴离子，c l 离子含量严重超标，加上碱中和造成大量杂质共沉 淀到植酸中，使植酸精制困难，植酸产率低、质量差；大量使用无机酸和碱， 废水量大，对环境污染严重p 4 1 。这些缺点不仅严重限制了植酸在食品、医疗等 领域中的应用，也严重阻碍了植酸产业的发展。如何提高植酸产品的质量已成 为当前植酸产业发展中急待解决的关键问题，其技术韵发展方向是高纯度、高 效益、高环保生产植酸。 为克服植酸生产中使用无机酸造成c l 。等阴离子含量超标的问题，有研究使 用乳酸醋酸解离、石灰水沉淀和乳酸复溶的方法提取植酸【35 1 ，但提取工艺的思 想依然是溶解一沉淀一溶解，碱中和沉淀问题没有解决。另外，自萃取法【3 6 1 、 2 量法、高效液相色谱法、气相色谱质谱联用法、酶法光度法等【4 8 。5 1 】。以下是几 种在工业生产中常用的检测方法。 硝酸钍滴定法【5 2 1 ，在硝酸溶液的酸性介质中( p h 值1 6 - - - - 3 5 ) ，植酸与硝酸 钍可形成一定摩尔比的络合物。由滴定法得出所消耗的硝酸钍量，计算得植酸 含量。分为返滴定法和直接滴定法。 测铁分光光度法【5 3 1 ，植酸有很强的络合三价铁离子的能力，即使在p h 值较 低时，植酸与三价铁离子形成的络合物也很稳定。利用磺基水杨酸与体系中剩 余的三价铁离子的发生显色反应，测其吸光值计算植酸含量。 磷钼黄比色法，植酸中的有机磷经强酸消化后，在5 8 硝酸溶液中， 正磷酸盐与钒酸铵和钼酸铵形成可溶性的磷钒钼黄络合物。黄色的磷矾钼黄络 合物最大吸收峰通常选用在4 2 0n m 处测量。测量换算得样品中总磷含量和无机 磷含量，即可换算出样品中植酸的含量。 钼蓝比色法【5 4 1 ，植酸中的有机磷经强酸消化后，与钼酸铵作用，生成淡黄 色的磷钼酸铵沉淀，遇抗坏血酸或氯化亚锡等还原剂，产生蓝色络合物一钼蓝。 利用此种蓝色作比色测定，可以测出样品中磷的含量，由此经换算，即可得出 样品中植酸的含量。 重量法，植酸经过高氯酸和硝酸消化后生成磷酸，磷酸在酸性介质中与喹 钼柠酮试剂反应生成磷钼喹啉黄色沉淀，通过过滤、洗涤、干燥后称重，即可 计算出样品中植酸含量。 上述六种方法中，硝酸钍滴定法准确度较差，但操作简单，使用设备、仪 器少，检测速度快，适用于高含量分析及工业生产的快速粗略检测【55 i 。分光光 度法的测量结果要相对准确一些【5 6 】：测铁分光光度法测定结果准确度一般，但 不用消化处理，操作简单。测磷分光光度法，采用高纯磷酸二氢钾为标准，精密 度好，但消化较繁琐，故适用无标准植酸的测定及微量分析，其中磷铝黄比色 法比钼蓝比色法测定准确度稍高。喹钼柠酮重量法为国标检测法，操作较为繁 琐。 1 5 乳酸提取米糠植酸动力学 1 5 1 提取机理分析5 7 】 用乳酸对米糠中植酸的提取实质就是使植酸从固相向液相中转移传质的过 程，相间的浓度差作为溶质扩散的动力，提取的过程大致可以分为以下几步： 外扩散：溶剂( 乳酸) 从流体主体穿过固体( 米糠) 颗粒外层的流体膜 向固液界面扩散； 乳酸从米糠颗粒表面穿过固体的孔隙和微孔，或者向米糠内部扩散( 内 扩散) 及植酸的溶解； 溶解了植酸的乳酸穿过米糠颗粒孔隙和微孔向外扩散； 乳酸从米糠表面穿过流体膜向流体主体中扩散。 以上四个步骤中，最慢的一步构成了浸提速率的主要控制步骤，且控制步 骤根据浸提条件而定。待米糠润湿后，米糠颗粒疏松多孔，则第三、四步的传 质阻力可能就成为提取过程中的主要阻力。所以，通过对均匀传质模型的建立， 便可对植酸浸提过程进行较为简单的描述，从而达到对植酸提取及其理论深入 研究的目的。 建立动力学模型作如下假设： 浸提阶段任意时刻取样，米糠颗粒都分布均匀。 浸提阶段米糠颗粒孔隙率及颗粒尺寸保持不变。 温度分布均匀，即米糠颗粒与乳酸温度相同。 植酸的扩散方向延颗粒半径进行。 植酸溶于乳酸的速率很快，可以忽略阻力。 1 5 2 模型建立 在以上浸提原理、机制及假设的基础上，取颗粒内部微元d r ，利用t i c k 第 二扩散定律建立动力学方程：米糠颗粒的半径为，在提取过程r 时刻，米糠颗 粒内距球心为，处的植酸浓度为c ( m g m l ) ，乳酸中的植酸浓度为c ( m g m l ) ， 内扩散系数为d 。，米糠颗粒与乳酸的接触面积为s ，则根据f i c k 扩散第二定律 - j - 伺： 砉= 职第+ 7 2 歹a c ) 。俨旷则詈= 皿等 边界条件为：r t = o ，u = o ，r t - = r ； 丝y=一皿s(尹acat 计 。、8 阳r 4 ( 2 ) ( 3 ) 若t = 0 时，米糠颗粒内植酸的平均浓度为c 0 ，则初始条件为：t = 0 ，u - - c o l 。 达到平衡时，固相内外的植酸浓度可以认为相等，即：t - = o o ，c 。= c 。式中 c 。和c 。分别为提取平衡时固相内、外的植酸浓度。由于是内扩散控制，可认为 植酸一经扩散到颗粒表面就立即进入乳酸主体，则c = c 。 如果溶液中植酸的初始质量浓度为c o ，用傅里叶分析法【5 8 】可以解得： ( q c ) ( q c o ) = ( 6 7 2 虚 e x p 【- ( 刀石尸) 2 d s t 】) 器= - 2exp(、一了：rc2dstcoc 葡一、 r 1 ) 由于提取一定时间后，出现了下降的点， 使植酸的含量减少，固将式( 5 ) 整理得： c ( f ) = q 1 - e x p ( 一_ x 2 d s t ) 】 ( 5 ) 即发生了分解或者其他的反应， 。 1 7 - - 冗j d s 。 尼 一：_ 三 k 为提取速率常数， 厂 ，所以，式( 6 ) 可以表示为： c ( f ) = g 【1 一e x p ( - k t ) 】 ( 6 ) ( 7 ) 1 6 课题研究的意义 研究超声波辅助乳酸提取米糠植酸的技术工艺将有力地促进植酸生产企业 的技术进步，为植酸产业的发展提供先进技术保障。 植酸提取的原料可以由米糠扩展到麸皮、菜籽饼粕等其它谷物加工副产物， 以解决此类物质的的综合加工利用问题。我国是产粮大国，稻米、小麦产量居 世界首位，安徽是产粮大省，水稻、小麦是主要粮食作物，常年粮食产量居全 国第6 位。目前，全国加工稻米、小麦年产米糠在1 0 0 0 1 5 0 0 万吨之间、麸皮 在4 0 0 6 0 0 万吨之间，加工利用率不足1 0 。因此，课题研究转化为应用将大 幅度提升谷物加工副产物资源的深加工水平，对充分利用我国我省丰富的谷物 加工副产物米糠、麸皮资源，实现转化增值，延伸谷物加工产业链，加速传统 农业向现代农业转变，推动社会主义新农村建设，都具有十分重要的意义。 5 1 7 主要研究内容 ( 1 ) 以脱脂米糠为原料，考察各因素对乳酸提取植酸效果的影响，在单因 素实验的基础上以植酸得率为指标进行响应面实验优化植酸提取工艺。 ( 2 ) 利用超声波处理辅助提取植酸，考察超声条件对植酸提取效果的影响， 在单因素实验的基础上进行正交实验，优化超声辅助提取工艺。 ( 3 ) 对乳酸提取米糠植酸的机理进行分析研究，建立提取动力学模型。 ( 4 ) 通过静态和动态试验研究阴离子交换树脂对米糠植酸的吸附与解吸性 能。 1 8 主要技术路线 f 习 i _ j 超声波辅助 6 第二章材料与方法 2 1 实验材料 脱脂米糠，金润米业提供；实验所用各种阴离子交换树脂与7 3 2 阳离子交 换树脂均由安徽三星树脂厂提供。阴离子交换树脂的类型及特点见表1 。 表1 各种阴离子交换树脂的类型及特点 t a b l e1 聃锄dc b 越茁同s l i c s0 f 锄妇h 嬲出砸1 寥廊 树脂预处理： 阴离子交换树脂：1 0 0g l n a c i 浸泡1 8 2 0h lm o l lh c l 浸泡8h lm o l l n a o h 浸泡8h ，浸泡液均为树脂体积的3 5 倍，每次浸泡完毕均用蒸馏水清洗 树脂1 5 9 】。 阳离子交换树脂的酸碱处理顺序与阴离子交换树脂相反。 树脂再生时同预处理方法。 2 2 主要试剂 植酸( 5 0 ) ， 乳酸( 分析纯) ， 硝酸( 分析纯) ， 高氯酸( 分析纯) ， 磷酸二氢钠( 分析纯) ， 偏钒酸铵( 分析纯) ， 四水和钼酸铵( 分析纯) ， 氢氧化钠( 分析纯) ， s i g m a 公司； 天津市博迪化工有限公司； 上海振企化学试剂有限公司； 鑫科股份合肥工业大学化学试剂厂； 鑫科股份合肥工业大学化学试剂厂； 国药集团化工试剂有限公司： 广东汕头市西陇化工厂： 上海振企化学试剂有限公司。 7 2 3 主要仪器 t p 3 2 0 电子天平， a r l l 4 0 c 型电子天平， r c t 基本型磁力搅拌器， c t l 5 r t 冷冻离心机， t g l 6 w s 台式高速离心机， 日立c p 9 0 w x 型超速离心机， d g f 3 0 7 i 型电热鼓风干燥箱， b c r 5 0 1 旋转蒸发器， s h z d ( i i i ) 循环水式真空泵， s y - 1 0 0 0 e 多用途恒温超声提取机， 7 2 1 e 型可见光分光光度计， h q 4 5 z 型恒温摇床， o h a u s 公司； o h a u s 公司； 艾德豪克仪器技术有限公司； 上海天美生化仪器设备公司； 上海安亭科学仪器厂： 深圳市绿山科技有限公司； 南京实验仪器厂； 上海贝凯生物化工设备公司； 巩义市英峪予华有限公司； 北京弘祥隆生物技术开发有限公司； 上海精密科学仪器有限公司； 中国科学院武汉科学仪器厂。 2 4 植酸检测方法 2 4 1 植酸的定性方法 植酸与三氯化铁一磺基水杨酸混合液反应，发生褪色现象，可证明存在植 酸的。 2 4 2 植酸的定量方法 磷钼黄比色法【6 1 】 ( 1 ) 原理 在5 8 硝酸溶液中，植酸中的有机磷经强酸消化后，正磷酸盐与钒酸 铵和钼酸铵形成可溶性的磷钒钼黄络合物，通常选用在4 2 0n m 处测吸光值，。 ( 2 ) 试剂 磷标准溶液：称取于1 0 5 - 1 1 0 下烘干的优质纯磷酸二氢钠0 8 7 7 5g ，溶于 少量蒸馏水中，移入5 0 0m l 容量瓶中，加入5m l5m o l l 硫酸溶液及氯仿数滴，以 蒸馏水稀释至刻度，摇匀。此溶液1m l 含磷0 4m g 。 钒钼酸铵显色剂：称取1 0g 钼酸铵溶于1 0 0m l 水中，在5 0 - - 6 0 加热溶解；再 称取偏钒酸铵溶于的水中，冷却后加入浓硝酸5 0m l ，摇匀。在冷却的条件下，将两 种溶液混合，避光保存。若生成沉淀，则不能继续使用。 ( 3 ) 操作 标准工作曲线的绘制 取干燥试管7 支编号，按表2 所示加入试剂。 8 表2 标准曲线绘制表 t a b l e2c h a r t i n gf o rs t a n d a r dc u r v e 各加入钒钼酸铵指示剂1m l ，加入无色硝酸2 5m l ，摇匀。静置2 0m i n ，在 波长为4 2 0n m 处测其吸光值。以吸光度为横坐标，植酸含量为纵坐标作线性回归 分析，得回归方程y = 0 0 3 2 5 1 x - - 0 0 0 1 2 ，r 2 为0 9 9 9 5 。 ： 皇 皇 一 魁 爱 图2 磷标准曲线 f i g 2s t a n d a r dc u r v eo fp h o s p h o r 样品测定 总磷含量测定：取1m l 待测植酸溶液置于2 5 0m l 锥形瓶中，加硝酸1 0m l ， 高氯酸5m l ：在通风橱内置于电炉上加热，逐渐升温使白烟逸出直至溶液透明 近干，冷却。将样品消解液全部移出并稀释到xm l ，取1 5m l 溶液置于试管中， 加入钒铝酸铵指示剂1m l ，无水硝酸2 5m l ，摇匀，静置2 0m i n ，以试样空白做参 比，在波长为4 2 0n m 处测其吸光值。并在工作曲线上查得或从回归方程计算出 待测液中总磷的含量。 无机磷含量测定：取ym l 待测液置于试管中，加入( 1 5 - y ) m l 蒸馏水， 加入钒钼酸铵指示剂1m l ，无水硝酸2 5m l ，摇匀，静置2 0m i n ，以试样空白做 参比，在波长为4 2 0r i m 处测其吸光值。并在工作曲线上查得或从回归方程计算 出试液中无机磷的含量。 x 、y 根据待测液植酸浓度调整使吸光值在较好的范围。 ( 4 ) 结果计算 根据如下公式计算出样品的植酸含量： c - - 3 5 5 2 ( c l c 2 ) c 溶液中植酸含量，m g m l ； 9 设定提取温度为室温( 9 5 左右) ，提取时间为4h ，提取1 次，提取液为3 0 乳酸5 0m l ，取相应量米糠，考察不同液料比对植酸得率的影响。 2 5 3 温度对植酸得率影响 取5 0 0g 米糠，设定液料比为1 0 ，提取液为3 0 乳酸，提取时间为4h ，提 取1 次，考察不同温度对植酸得率的影响。 2 5 4 乳酸浓度对植酸得率影响 取5 0 0g 米糠，设定液料比为1 0 ，提取温度为6 0 ，提取时间为4h ，提取 1 次，考察不同乳酸浓度对植酸得率的影响。 2 5 5 时间对植酸得率影响 取5 0 0g 米糠，设定液料比为l o ，提取液为5 0 乳酸，提取温度为6 0 ，提 取1 次，考察不同提取时间对植酸得率的影响。 2 5 6 响应面分析方法优化植酸提取工艺条件 根据b o x b e h n k e n 的中心组合设计原理1 6 2 - 6 4 1 ，以相关性密切的液料比、温 度、乳酸浓度和时间为变量，以植酸得率为响应值，设计了4 因素3 水平共2 7 个实验点( 3 个中心点) 的响应分析实验。 2 6 超声波辅助植酸提取 2 6 1 超声时间对植酸得率影响 超声温度为5 0 ，超声功率为4 0 0w ， 响。 2 6 2 超声温度对植酸得率影响 超声时间为5m i n ，超声功率为4 0 0w ， 响。 1 0 考察不同超声时间对植酸提取的影 考察不同超声温度对植酸提取的影 酸提取的影 2 6 4 正交实验 在单因素实验基础上，以4 0 乳酸为提取溶剂，料液比为1 ：1 0 ，选取3 个因 素( 超声波作用时间、超声波温度和超声波功率) 对超声提取植酸得率的影响 进行正交实验。 2 7 植酸提取动力学研究 由于要求严格控制提取时间，植酸提取工艺路线如下： 米糠一一定温度下磁力搅拌提取一加2 5m o l ln a o h 中和一1 2 0 0 0r r a i n 离 心( 1 0m i n ) 一收集上清液一超高速离心一得到样品一检测植酸的含量 在响应面分析方法优化植酸提取工艺基础上，以最佳提取条件为基准，设 计实验方案，如表3 所示： 表3 动力学实验方案设计表 t a b l e3d e s i g no fk i n e t i ce x p e r i m e n t 分别在反应5 、1 0 、1 5 、2 0 、2 5 、3 0 、4 5 、6 0 、9 0 、1 2 0 、1 8 0 、2 4 0m i n 时 取样测定其中的植酸含量。 2 8 米糠提取物中植酸的阴离子交换树脂吸附，解吸性能 2 8 1 静态吸附与解吸 2 8 1 1 树脂筛选实验 分别称取3 0g ( 湿重) 已预处理的各型号阴离子交换树脂于5 0m l 烧杯中， 各加入浓度为8 0 0r a g m l 的植酸溶液2 0m l ，室温下浸泡过夜，取上清液测 植酸含量。计算树脂吸附量q 。 2 8 1 2p h 值对吸附与解吸的影响 取4 份植酸稀溶液( p h = 2 2 0 ) ，各1 0m l ，分别调节p h 值至3 1 5 、4 4 0 、 5 3 8 、6 2 3 ，再将不同p h 值的植酸溶液定容于2 5m l 容量瓶中，以确保各种植 酸溶液中植酸含量相等。取不同p h 的植酸溶液1 5m l 分别浸泡d 2 0 1 离子交 换树脂( 2 0g ) 过夜，取上清液测定植酸含量。弃液，分别用2 0m l 的n a o h 溶液( 1 0m o l l ) 静态洗脱，测洗脱液中植酸含量。 2 8 1 3 洗脱剂的选择 向1 og 饱和吸附植酸的d 2 0 1 树脂中分别加入5 0m l 不同浓度的h c l ， n a o h 和n a c l 溶液，静态洗脱2 4h ，测定洗脱液中植酸的含量。 2 8 1 4 吸附等温线 分别考察1 0 、3 0 和5 0 下d 2 0 1 树脂对植酸的平衡吸附效果：向5 个 1 0 0m l 的锥形瓶中各加入1 0g 预处理好的树脂和5 0m l 不同初始质量浓度c o 的植酸溶液( 2 、4 、6 、8 、1 0r a g m l ) ，保鲜膜封口，置恒温摇床上，在转速 为7 0r r a i n 下震荡2 4h ，测平衡质量浓度c 。，计算平衡吸附量q 。以c c 为横 坐标，q c 为纵坐标作吸附等温线。 2 8 2 吸附动力学实验 2 8 2 1 植酸浓度对吸附动力学的影响 在3 0 c 下，分别向3 个2 5 0m l 锥形瓶中加入2 0g 预处理好的d 2 0 1 树脂 和1 5 0m l 不同初始质量浓度c o ( 2 ，6 ，1 0m g m l ) 的植酸溶液，保鲜膜封口， 置恒温摇床上，在转速为7 0r r a i n 下震荡，分别于2 、5 、1 0 、1 5 、2 0 、2 5 、3 0 、 4 0 、6 0 、9 0 、1 2 0 、1 5 0 、1 8 0 、2 4 0 、3 0 0 、3 6 0 、4 2 0m i n 取1 0m l 样品分析， 测各样品液中植酸的质量浓度c t ，计算，时刻吸附量q 。以f 为横坐标、q t 为纵 坐标，绘制吸附动力学曲线。 2 8 2 2 温度对吸附动力学的影响 分别考察1 0 、3 0 和5 0 c 下的树脂对植酸的吸附动力学。植酸溶液的初 始浓度为6 0m g m l ，其它操作同2 8 2 1 。 2 8 3 动态吸附与解吸 2 8 3 1 层析柱直径对树脂吸附的影响 取等量的d 2 0 1 树脂( 6 0m l ) 分别装入直径为1 6m m 和直径为1 0m m 的 层析柱。将初始浓度为6 0m g m l 的植酸溶液( p h = 2 至3 ) ，以1 0m l m i n 流 速分别通过上述两种层析柱，观察树脂的渗漏情况。自动分布收集器收集流出 液( 1 0m l 管) ，测流出液中植酸的含量。 2 8 3 2 上样液流速对树脂吸附的影响 向直径为1 6m m 的层析柱中装入3 0m l 的d 2 0 1 树脂，将初始浓度为6 0 r a g m l 的植酸溶液( p h = 2 至3 ) ，分别以1 0m l m i n 和2 0m l m i n 的流速通 过树脂柱，观察树脂的渗漏情况。自动分布收集器收集流出液( 1 0m l 管) ，测 流出液中植酸的含量。 1 2 2 8 4 试验过程中的相关计算 植酸含量测定如2 4 2 。 阴离子交换树脂的吸附量计算 q t2 v ( c o - c t ) ，g ( 1 - a ) c r 植酸溶液初始浓度，m g m l ； c t 一植酸溶液t 时刻的浓度，m g m l ； q t r 时刻时吸附量，m g g ； 卜溶液体积，m l ； g 一树脂湿重，g ； 口树脂含水量，。 d 2 0 1 树脂，将初始浓度为6 0