高静水压辅助果胶酶改性甘薯果胶及其对铅离子吸附能力的影响机制

作者
Melani Purnika Mudugamuwa Arachchige;
摘要
甘薯(Ipomoea batatas.L)是世界第六大主要粮食作物,中国是世界上最大的甘薯生产国。甘薯淀粉生产过程中会产生大量薯渣,大部分薯渣作为废弃物直接丢弃,资源浪费和环境污染严重。薯渣中富含果胶,果胶除用作胶凝剂和增稠剂外,近年来作为新型高效生物吸附剂已吸引了人们的广泛关注。然而,作为具有高分子量和复杂结构的天然大分子聚合物,果胶的应用范围受到极大限制,需要对其进行改性,以改善其理化性质,扩大应用范围。因此,本研究采用高静水压和/或果胶酶处理对天然甘薯果胶进行改性,并研究改性处理对果胶结构、理化功能特性及Pb~(2+)吸附能力的影响,并揭示其作用机制。该成果可为扩大甘薯果胶的利用提供理论支持。首先,研究了高静水压及果胶酶改性处理对甘薯果胶结构、理化特性及乳化活性的影响。结果显示,200MPa、15min、酶与底物浓度比为72 U/g时,甘薯果胶的分子量与酯化度最低。与单独高静压和果胶酶改性相比,高静压/果胶酶协同改性后果胶的分子量和酯化度最低,分别为0.05×10~5 g/mol和18.16%;鼠李糖(16.73%)、半乳糖醛酸含量(757.38 mg/g)及乳化活性、乳化稳定性(52.24%,71.28%)最高。此外,扫描电子显微镜结果显示高静压/果胶酶协同改性后果胶的表观结构更为粗糙;原子力显微镜结果显示果胶分子链变短,更多的蛋白质分子暴露出来。其次,研究了高静水压及果胶酶改性处理对甘薯果胶吸附Pb~(2+)的影响。改性甘薯果胶在pH7、60℃,60min、果胶浓度为0.5g/L时,对Pb~(2+)有最大吸附量(Qmax),为263.15 mg/g。此外,改性甘薯果胶对Pb~(2+)的吸附能力优于商业柑橘果胶和天然甘薯果胶。吸附Pb~(2+)后,天然果胶及改性果胶样品均显示出不规则、起皱、更易碎和多孔的表面结构,多糖链倾向于形成缠结的网络结构。X-射线光电子能谱仪的结果显示涉及含O官能团(O-H,COO~-)和阳离子交换的化学吸收过程通过果胶在静电作用下控制整个Pb~(2+)吸附过程。最后,通过体外模拟消化试验研究了改性甘薯果胶在胃肠道中对Pb~(2+)的吸附。结果显示,所有果胶样品在小肠中均表现出最高的Pb~(2+)吸附能力,并且吸附量均随果胶添加量的增加而增加。与商业柑橘果胶和天然甘薯果胶相比,高静压/果胶酶协同改性的甘薯果胶、表现出最高的总Pb~(2+)吸附能力(81.32%)和净Pb~(2+)吸附能力(53.21%)。通过XPS,FTIR和H~1 NMR进行的表征分析表明,Pb~(2+)吸附过程涉及含O的官能团(O-H,COO~-),而吸附过程中的结构变化则通过SEM和AFM图像揭示。该研究结果说明高静压/果胶酶改性是一种新型的果胶改性技术,在食品工业中具有很大的应用潜力。此外,改性甘薯果胶可以用作新型、环保的吸附剂来吸附污染废水中的重金属。
关键词/主题词
甘薯果胶;高静水压;果胶酶;理化特性;Pb~(2+)吸附能力
页数
122
出版日期
2020-12-18
学位
博士
院系
农产品加工利用
导师
木泰华
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