绿色溶剂碳酸二甲酯浸取油茶籽油及其热力学和动力学研究

摘要

油茶是山茶属的常绿小灌木，是一种十分重要的油料作物，在中国已有2300多年的栽培和利用历史。由油茶种子压榨获得的油茶籽油含有丰富的不饱和脂肪酸，其营养价值可与橄榄油媲美。本文对油茶籽的主要化学成分和油茶籽油的理化性质进行了分析与测定;以绿色溶剂碳酸二甲酯(DMC)为溶剂，对油茶籽油的浸取工艺进行优化，并对油茶籽油浸取过程的热力学和动力学进行研究，为油茶籽的进一步开发利用提供理论依据。主要研究内容如下:
　　采用气-质联用仪、紫外分光光度计和化学分析方法对油茶籽的主要组成成分和油茶籽油的理化性质进行测定。结果表明，油茶籽仁含油率为51.27％，适合用来浸取油茶籽油;油茶籽仁中含有粗蛋白7.12％、总糖6.29％、茶皂素12.37％、灰分2.11％、粗纤维1.06％、水分12.4％;油茶籽壳除含有68.75％的粗纤维，还含有10％的茶皂素、5.31％的水分、0.46％的灰分、2.57％的蛋白质、0.89％的粗脂肪和1.26％的糖分;在超声波特有的声空化效应和热效应等作用下，超声波辅助DMC浸取的油茶籽油折光率、皂化值、碘值、酸值、过氧化值、不皂化物和不溶性杂质含量比DMC浸取法的略高;常规DMC浸取法和超声波辅助DMC浸取法浸取的油茶籽油均符合国家标准，两种方法浸取的油茶籽油脂肪酸组成和含量相似，总不饱和脂肪酸含量约为85％，饱和脂肪酸含量约为14％。
　　以油茶籽油浸取率为指标，采用单因素实验分别考察了浸取时间、浸取温度、液料比等因素对常规DMC浸取和超声波辅助DMC浸取油茶籽油的影响;采用响应面Box-Behnken中心组合实验设计对上述两种方法进行浸取工艺优化。结果表明，常规DMC浸取法的最优工艺条件为:浸取时间169 min、浸取温度78℃、液料比9∶1 mL·g-1，在此浸取条件下，油茶籽油实际浸取率为90.5％，与预测值90％较吻合;超声波辅助DMC浸取法的最优工艺条件为:浸取时间84 min、浸取温度75℃、液料比5∶1mL·g-1，超声波功率300 W，得到实际油茶籽油浸取率为91.69％，与预测的91.23％相差不大。
　　采用超声波辅助浸取的方法，在线跟踪分析油茶籽油浸取率与时间的变化关系，对绿色溶剂DMC浸取油茶籽油过程进行动力学的研究，以分离变量法建立了由洗涤和扩散过程组成的动力学模型，拟合获得浸取活化能Ea、焓变△H0、熵变△S0和自由能变△G0。结果表明，油茶籽油浸取率随温度、料剂比的增加及粒径的减小而提高，随超声波功率的加强先增加后减少;洗涤阶段速率常数k1为0.619～1.112 min-1，扩散阶段速率常数k2为0.022～0.065 min-1，两个阶段的活化能分别为4.41 kJ·mol-1和5.85kJ·mol-1，实验数据与动力学模型拟合良好;浸取过程的焓变△H0和熵变△S0分别为18.02 kJ·mol-1和72.20 J·mol-1，自由能变△G0为-4.94～-7.10kJ·mol-1，表明浸取过程是吸热、不可逆且是自发进行的过程。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 油茶籽油的开发利用

1．2．1 油茶籽简介

1．2．2 油茶籽油的组成和理化性质

1．2．3 油茶籽油的营养保健功效

1．2．4 油茶籽油的应用

1．3 油茶籽油提取方法研究进展

1．3．1 压榨法

1．3．2 有机溶剂浸取法

1．3．3 新型提取方法

1．4 植物油脂浸取动力学研究

1．4．1 基于菲克定律的动力学模型

1．4．2 基于速率定律的动力学模型

1．4．3 基于经验的动力学模型

1．5 研究的目的与意义

1．6 主要研究内容

第二章 油茶籽主要成分及油茶籽油理化性质分析

2．1 材料与方法

2．1．1 材料与试剂

2．1．2 设备与仪器

2．1．3 实验方法

2．2 结果与讨论

2．2．1 油茶籽组成分析

2．2．2 油茶籽油理化性质分析

2．2．3 油茶籽油脂肪酸组成分析

2．3 小结

第三章 DMC浸取油茶籽油工艺优化

3．1 材料与方法

3．1．1 材料与试剂

3．1．2 设备与仪器

3．1．3 实验方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 单因素实验结果与分析

3．2．2 响应面实验设计及结果

3．2．3 响应面分析

3．3 小结

第四章 超声波辅助法浸取油茶籽油

4．1 材料与方法

4．1．1 材料与试剂

4．1．2 设备与仪器

4．1．3 实验方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 单因素实验结果与分析

4．2．2 响应面实验设计及结果

4．2．3 响应面分析

4．3 小结

第五章 超声波辅助DMC浸取油茶籽油热力学和动力学研究

5．1 超声波辅助DMC浸取油茶籽油过程分析

5．2 超声波辅助DMC浸取油茶籽油动力学模型的建立

5．3 超声波辅助DMC浸取油茶籽油动力学

5．3．1 材料与方法

5．3．2 结果与讨论

5．4 超声波辅助DMC浸取油茶籽油热力学分析

5．5 小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

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