菠萝皮渣羧甲基纤维素/海藻酸钠复合水凝胶珠固定化菠萝蛋白酶的制备及稳定性研究

本实验以菠萝皮渣羧甲基纤维素、海藻酸钠为原料,制备了菠萝皮渣羧甲基纤维素/海藻酸钠复合水凝胶珠,用于固定化菠萝蛋白酶。采用单因素法分析菠萝皮渣羧甲基纤维素与海藻酸钠的质量比、氯化钙的浓度、菠萝蛋白酶浓度、戊二醛体积分数和交联时间对固定化酶活性的影响。结果表明,固定化酶的优化制备工艺为:菠萝皮渣羧甲基纤维素与海藻酸钠的质量比为2∶3,氯化钙的浓度为1.0%,菠萝蛋白酶浓度为2.0 mg/m L,戊二醛体积分数为1.0%,交联时间为60 min。制备的固定化酶比游离酶具有更好的热稳定性,在80℃环境下放置2.0 h后,固定化酶的相对酶活性为35.1%,而游离菠萝蛋白酶在此条件下几乎失活;在pH为11条件下放置24 h后,游离酶的相对酶活性为43.2%,而固定化酶相对酶活性为85.1%,说明固定化酶比游离酶更耐受碱性环境。另外,固定化酶重复使用7次后,相对酶活性为60.5%,说明制备的固定化酶具有较好的重复使用性能。

稀碱-球磨协同制备菠萝皮渣纤维素纳米纤丝及其结构表征

以菠萝皮渣为原料,不同质量分数(0%~5%)NaOH溶液为湿磨介质,通过机械球磨法制备菠萝皮渣纤维素纳米纤丝(pineapple peel cellulose nanofibrils,PCNF),利用傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)、原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)、热重分析仪和流变仪等对PCNF进行结构表征。结果表明,随着NaOH溶液浓度的增加,菠萝皮渣中的非纤维组分(木质素和半纤维素)和纤维素中的无定形区域逐渐被除去,PCNF得率降低,但结晶度和纤维素纯度逐渐增加。相比于单一球磨处理样品(PCNF-0%),稀碱-球磨处理未改变纤维素的晶体结构,但促进了原料解纤和纳米化,改善了PCNF形貌和网络结构,导致PCNF的黏度和模量均有所增加,表现出剪切变稀和弹性凝胶行为。当前研究通过不同NaOH溶液质量分数有效调控球磨制备的PCNF结构,为果蔬加工余渣的直接纳米化提供简易途径。

改性菠萝皮渣纤维素染料吸附剂的性质研究

对菠萝皮渣中纤维素进行醚化和胺化改性得到的染料吸附剂,对其进行染料吸附、结构表征和性质等方面研究。结果表明:改性菠萝皮渣纤维素对染料具有显著的吸附作用;红外图谱的相关吸收峰的变化说明菠萝皮渣纤维素发生了醚化和胺化的改性反应,X射线衍射分析表明在改性前后纤维素的晶型和结晶度上未发生显著变化;差示热量扫描分析显示改性后的菠萝皮渣纤维素在耐热性上有所提高,且在熔融行为上发生显著的变化;扫描电镜分析表明皮渣纤维素表面发生了显著的变化,说明发生了剧烈的改性化学反应。

纤维素酶法提取菠萝皮渣多糖生产工艺研究

利用纤维素酶的酶解作用对菠萝皮渣多糖的提取工艺进行了研究。研究了料液比、加酶量、酶解温度和酶解时间对菠萝皮渣多糖的提取率的影响,并通过正交试验确定纤维素酶法提取菠萝皮多糖的最佳工艺。正交试验结果表明提取菠萝皮渣多糖的工艺最佳条件为酶解温度48℃、酶解时间100min、加酶量0.8%。在该条件下菠萝皮渣多糖的实际提取率为26.3%。该方法与其他类似提取方法相比较具有成本低,速度快,提取率高的优点。

菠萝皮渣纤维素纳米晶的制备及其在Pickering乳液中的环境稳定性

近年来,随着菠萝销量的逐渐增加,菠萝皮渣的资源浪费问题亟待解决。菠萝皮渣中富含不溶性纤维素,这为菠萝皮渣中提取的纤维素的衍生化发展提供了可能性。为了探究菠萝皮渣在纤维素纳米晶制备和应用方面的潜力,文中利用硫酸水解法和2,2,6,6-四甲基哌啶(TEMPO)氧化法分别制备了菠萝皮渣纤维素纳米晶PPeNc和PTNc,并将其应用于Pickering乳液(制得PPeNc-P和PTNc-P)进行环境稳定性研究。傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射和热重分析发现,PPeNc和PTNc均保留了纤维素的结构特征,但PTNc的结晶度和热稳定性更低;原子力显微观察显示,PTNc的纵横比高达54.11,对比PPeNc而言,PTNc具有纵横比更高、直径更长的特点。研究发现,在pH=2~12范围内,离子强度小于70mmol/L或油水比低于5∶5时,PTNc-P稳定性均高于PPeNcP。贮存实验发现,PPeNc-P的贮存期在70d以内,而PTNc-P能够稳定贮存5个月以上。文中研究结果表明,通过TEMPO氧化法制备的纤维素纳米晶在稳定Pickering乳液方面具有更大潜力,这为PTNc在Pickering乳液中的贮存和进一步应用提供了理论依据,有利于实现菠萝皮渣的高值化利用。

不同制备方法对菠萝皮渣纳米纤维素的结构影响

以农产品加工废弃物菠萝皮渣为原料,提取纤维素后,通过硫酸水解法、过硫酸铵氧化法和酶解法制备菠萝皮渣纳米纤维素(NCC),通过傅里叶红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、热失重分析(TGA)、电子透射显微镜(TEM)和马尔文粒径仪对纳米纤维素的结构及微观形貌进行表征和比较。结果表明:三种制备方法得到的纳米纤维素均保持了纤维素的主体结构,纤维素晶体类型为I型,其中过硫酸铵氧化法和酸解法制备的纳米纤维素结晶度分别达到66.9%和57.5%,但酶解纳米纤维素的结晶度较低(31.3%);纳米纤维素的热稳定性相对于原纤维素均有降低。过硫酸铵氧化法和酸解法制备的纳米纤维素呈短棒状,平均粒径分别为150.93nm和134.1nm,酶解纳米纤维素呈长条状,平均粒径为553.5nm;Zeta电位绝对值均大于30mW,此外酸水解纳米纤维素得率最高。

改性菠萝皮渣纤维素固定化菠萝蛋白酶研究

为了探究改性纤维素作为固定化酶载体的可行性,在离子液体中用L-丝氨酸对提取的菠萝皮渣纤维素进行均相改性,并将改性菠萝皮渣纤维素用于固定化菠萝蛋白酶。采用傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪以及X射线衍射光谱仪对菠萝皮渣纤维素、改性菠萝皮渣纤维素以及固定化酶进行了表征。结果表明,菠萝皮渣纤维素被成功改性,晶体结构从纤维素Ⅰ型转变为纤维素Ⅱ型;菠萝蛋白酶成功地固定在改性菠萝皮渣纤维素上,且固定化酶较改性菠萝皮渣纤维素的热稳定性得到提升。对酶的固定化工艺和酶学特性进行研究,结果表明,固定化酶的优化制备工艺为菠萝皮渣纤维素与离子液体的质量比为3∶100,L-丝氨酸与菠萝皮渣纤维素的质量比为1∶1,戊二醛溶液体积分数为1%,交联时间为1.0 h。与游离菠萝蛋白酶相比,固定化菠萝蛋白酶具有更好的温度稳定性和酸环境稳定性。

改性菠萝蜜皮渣纤维素吸附剂的制备、表征及染料吸附性能研究

通过对菠萝蜜皮渣纤维素进行碱化、醚化和胺化改性,得到改性菠萝蜜皮渣纤维素吸附剂.以刚果红、甲基蓝为处理对象,通过静态吸附实验,考察了吸附剂用量、反应时间、反应温度、反应p H和染料初始质量浓度对吸附剂吸附性能的影响,并采用傅立叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和综合热分析仪对吸附剂进行了表征.结果显示,该吸附剂对2种染料均具有较好的吸附效果.吸附剂用量、反应时间和反应温度对2种染料吸附率的影响均呈现先上升后达到稳定的趋势;反应pH值的增加会减小吸附剂对刚果红的吸附率,增加对甲基蓝的吸附率;染料初始质量浓度越大,吸附剂对染料的吸附率越低.表征结果显示,改性过程中菠萝蜜皮渣纤维素发生了醚化和胺化反应,纤维素的晶型和结晶度都发生了改变.改性后的纤维素表面由粗糙变得光滑,褶皱和裸露的多孔结构增加,热稳定性提高.

菠萝皮渣纤维素/皂土复合水凝胶的制备及其染料吸附性能

以菠萝皮渣纤维素(PPC)为原料,通过碱/尿素体系溶解纤维素并掺入皂土,利用化学交联和原位嵌入磁性Fe_(3)O_(4)制备复合水凝胶,并对其结构和染料吸附性能进行研究。结果表明:皂土和Fe_(3)O_(4)在复合水凝胶中成功嵌入,皂土有效改善了水凝胶的交联多孔网络结构、热稳定性和溶胀性能。此外,添加皂土有利于提高水凝胶对亚甲基蓝的吸附性能,其饱和吸附量从28.09 mg/g提高到55.87 mg/g;吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir模型,属于化学吸附和单分子层吸附过程。

不同硫酸浓度水解制备纤维素纳米晶及其稳定Pickering乳液研究

以菠萝皮渣纤维素为原料,采用传统硫酸水解法提取纤维素纳米晶(cellulose nanocrystals,CNCs),考察不同硫酸质量分数(58%、61%和64%)对制备的CNCs(CNCs-58%、CNCs-61%和CNCs-64%)的形貌粒径、电位、热稳定性和稳定Pickering乳液性能的影响。研究表明,随着硫酸溶液质量分数的增加,CNCs的直径、长度逐渐减小且均一性增加,电位绝对值逐渐增加(-33.5、-43.6和-45.7 mV),但热稳定性降低。与CNCs-58%相比,CNCs-61%和CNCs-64%表现出更好的稳定Pickering乳液性能,具有更小的液滴尺寸和更好的贮藏稳定性,乳液电位绝对值也相对较大;但在低CNCs质量分数(0.2%),CNCs-64%稳定乳液的析水程度相对较高,这主要与CNCs的形貌结构有关;随着CNCs质量分数的增加,乳液析水程度明显降低。该研究为硫酸水解果蔬皮渣纤维素制备CNCs及其在Pickering乳液中的应用提供参考。

我国菠萝皮渣综合利用的研究进展

菠萝外皮多硬质果槽,果肉还有刺根,在生产上通常被剔除,这造成了皮渣的浪费及环境的污染。菠萝皮渣中含大量有益人体健康的可提取物质与发酵性能良好的乳酸菌菌株。本文总结了目前菠萝皮渣在提取果胶、黄酮、制备纳米纤维素水凝胶、发酵饲料、吸附重金属等方面的综合利用情况,旨在提高菠萝皮废渣的资源利用率,加快果蔬皮渣综合利用的产业化进程,实现绿色可循环发展。

菠萝皮渣中纤维素和半纤维素的分离提取及结构表征

本文利用碱性过氧化处理,分离提取菠萝皮渣中纤维素和半纤维素组分,得到4个不同纤维素组分(C0、C1、C2、C3)和4个半纤维素组分(H1、H2、H3、H4)。利用红外光谱、离子色谱、热重分析、差示扫描量热分析对这些组分的结构进行表征。结果表明:纤维素提取过程中,碱性过氧化处理能有效去除原料纤维中的半纤维素和木质素,离子色谱分析显示纤维素C3组分的葡萄糖含量达93%以上,较C0、C1、C2有大幅度提升,纯度显著提高;热稳性分析表明纤维素C3在335.8℃左右热解速率达到最大,在128.8℃处有一个的熔融放热峰。不同浓度碱液分步抽提半纤维样品总得率为15.61%,且4个半纤维素样品结构相似;离子色谱分析表明菠萝皮渣中的半纤维素由木糖、阿拉伯糖、半乳糖和葡萄糖组成;热稳定性分析表明半纤维H3在285.2℃时热解速率达到最大,在124.5℃处出现很强的熔融放热峰。

海藻酸钠/菠萝皮渣纳米纤维素水凝胶球固定化风味蛋白酶的研究

以海藻酸钠、菠萝皮渣制备的纳米纤维素晶体为原料,通过Ca Cl2溶液浴和戊二醛交联的方法制备水凝胶,同时采用溶液共混法固定化风味蛋白酶,并对酶的固定化工艺和酶学特性进行研究。通过傅里叶转换红外光谱仪和X射线衍射分析仪对水凝胶进行表征。结果表明:固定化酶的最佳制备条件为海藻酸钠浓度1.5%、Ca Cl2浓度1%、酶添加量3 mg/m L、戊二醛浓度1%、交联时间3 h。固定化酶在重复使用3次后,相对酶活仍保持85%以上,贮藏11 d后,相对酶活仍保持70%。同时固定化酶的最适反应温度有所提高,最适p H向酸性偏移,米氏常数Km也有所减小,酶促反应亲和力提高。