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从螺纹雷松藻提取褐藻胶的消化工艺研究
安传锋
学位类型博士
导师丛威 ; 王智慧
2017-07
学位授予单位中国科学院研究生院
学位授予地点北京
学位专业生物工程
关键词螺纹雷松藻 褐藻胶 分析方法 焖-搅消化工艺改进 双螺杆消化工艺
摘要

螺纹雷松藻(Lessonia trabeculata)作为提取褐藻胶优良的原料之一,沿用传统的海带消化工艺时,消化不完全、时间长。为改善生产过程的可控性、提高螺纹雷松藻茎消化效率,本文研究建立原料分析和消化过程的监测方法,对传统焖-搅式消化工艺进行改进,并探索了强化表面更新的以双螺杆挤出机作为反应器的新消化工艺。针对传统方法分析原料中褐藻胶含量及糖醛酸组成操作复杂的问题,建立了同时确定螺纹雷松藻原料内褐藻胶含量以及表征原料中褐藻酸盐分子链中糖醛酸组成的金属元素分析法。该法先将原料浸洗去除不与褐藻胶结合的金属元素,然后测定与褐藻酸结合的金属元素含量,由化学计量关系计算得出褐藻胶含量。结果表明,该方法和聚六亚甲基双胍盐酸盐法(PHMB法)获得的褐藻胶含量基本一致,略高于重量法。由金属元素分析法还能得到原料中各种褐藻胶的盐类形式,方便消化剂用量的确定。此外,原料中多价金属元素主要与古罗糖醛酸二聚嵌段(GG嵌段)结合,由金属元素分析法得到的多价金属离子含量可计算获得GG嵌段的含量,比核磁法确定原料中褐藻胶的GG嵌段含量的方法简单易行。金属元素分析法无需进行褐藻胶的提取即可获得原料中褐藻胶含量,操作简单。建立了监测消化进程的方法,用于判断消化终点以及优化消化条件。在消化过程中,褐藻胶的消化得率与产品得率随时间的变化趋势一致,而且消化得率与产品得率具有良好的线性对应关系,可通过消化得率的变化判断消化进程、确定消化终点。在消化过程中,将消化液的上清液稀释到特定浓度测定黏度(即消化黏度),该消化黏度与产品黏度存在良好的对应关系,可通过消化黏度来表征消化过程中产品褐藻胶的黏度变化。针对简单套用传统工艺消化螺纹雷松藻茎时藻茎浸泡48 h仍未完全浸润、消化10 h的消化得率只有15 g/100g原料的问题,从原料预处理方面对传统消化工艺进行改进。首先引入粉碎步骤,将藻茎粉碎至d50=5 mm浸泡6 h后被浸润软化,再粉碎至d50=2 mm,消化6 h的消化得率可达43 g/100g原料,生产周期可缩短46 h。进一步提出先挤压再浸泡的思路,采用挤压-浸泡-湿藻粉碎-消化的工艺路线,在优化条件下,将藻茎在压强P=149 MPa下挤压,藻茎可在6 h内被浸润软化,粉碎至d50=2 mm,消化4 h时的消化得率可达44.6 g/100g原料,生产周期可缩短48 h。研究发现消化过程中褐藻胶在固液界面的传质是消化速度的限制因素,提出用双螺杆挤出机为消化反应器的新消化工艺,将粉碎、挤压及表面更新作用集合于一体,进一步强化消化过程。发现正向输送元件的螺杆在末端替换上一个反螺纹元件的螺杆构型具有较好的粉碎能力和消化效果。利用此构型在高温高碱(温度80℃, 23.3 g/L Na2CO3)下消化25 min时,消化得率可达46 g/100g原料以上,大大缩短消化时间,提高生产效率,但是褐藻胶黏度提前降解,产品黏度较低;低温高碱(50℃, 30.0 g/L Na2CO3)或高温低碱(温度80℃, 13.8 g/L Na2CO3)能缓解褐藻胶的提前降解,产品黏度得到保证。

语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/24339
专题研究所(批量导入)
推荐引用方式
GB/T 7714
安传锋. 从螺纹雷松藻提取褐藻胶的消化工艺研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2017.
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