微波辅助萃取蓝莓中花青素过程模拟与分析

摘要

在植物性物料微波萃取过程中，目标成分的获取和降解同时出现，系统研究这两个同步过程，可以揭示微波萃取机理和提高目标成分获取量。以蓝莓为物料对象，以花青素为萃取目标成分，通过分析微波萃取蓝莓中花青素过程，建立微波萃取动力学模型，研究微波萃取时花青素的传递和降解规律;解析微波诱导压力对花青素萃取的促进作用，为获得高得率、低降解率的蓝莓花青素的微波萃取工艺，提供理论依据。
　　以花青素萃取率和降解率为目标因素，采用析因试验方法，研究微波辅助萃取工艺中萃取温度和萃取时间对目标因素的影响规律;采用四因素五水平的二次正交旋转中心组合试验，建立各响应值与试验因素之间的回归模型。通过方差分析可知，各试验因素对花青素萃取率的影响程度大小依次为乙醇浓度、萃取温度、料液比、萃取时间;各因素对花青素降解率的影响程度大小依次为乙醇浓度、料液比、萃取温度、萃取时间。对微波辅助萃取工艺进行优化和验证，得到微波辅助萃取蓝莓花青素最优工艺参数:乙醇浓度65％、萃取时间6 min、萃取温度51℃、料液比1∶29条件下，花青素萃取率高达82.09％、花青素降解率低至8.13％。利用微波萃取技术能够增大目标成分萃取率、提高效率。
　　为了解析微波辅助萃取技术动力学机理，本研究应用固液扩散传质理论和Fick定律，建立萃取动力学理论模型，推导出萃取出的溶质质量、萃取率以及萃取速率等参数，模型表明溶液中溶质浓度随着萃取温度的升高而增大，随固液比的增大而提高，随物料颗粒半径增大而增大。引入具体试验数据对模型进行修正，建立理论模型与回归模型相融合的动力学模型，表征微波对萃取过程的增强作用和降解作用。
　　利用多元非线性回归拟合，得到萃取动力学模型系数与各试验因素之间的关系式，最终建立得到微波辅助萃取过程半经验-半理论萃取动力学模型，模型有良好的适用性。
　　为了提出微波诱导压力萃取新方法，探究微波作用诱导压力场形成试验工艺条件。选取萃取功率、升温时间、萃取温度为试验因素，以花青素萃取率、降解率及萃取体系内部压力为目标因素，进行三因素五水平中心组合试验，建立各响应值与试验因素之间的二次回归模型。通过方差分析可知，各试验因素对花青素萃取率影响程度大小依次为萃取功率、萃取温度、升温时间;对花青素降解率的影响程度大小依次为萃取功率、萃取温度、升温时间;对萃取体系内部产生压力的影响程度大小依次为萃取功率、萃取温度、升温时间。对试验结果进行优化和验证，得到微波诱导压力场形成试验最优工艺参数为:萃取功率1056 W、升温时间76 s、萃取温度52℃条件下花青素萃取率最高为82.27％、花青素降解率最低为7.81％、压力最大为0.04 bar。获得萃取体系内部压力场的形成与分布规律，控制微波萃取新模式下目标物的传递和萃取过程。

目录

论文说明

声明

摘要

1 引言

1．1 蓝莓和花青素简介

1．1．1 蓝莓和花青素的营养价值

1．1．2 花青素萃取工艺的研究

1．2 微波辅助萃取技术

1．2．1 微波加热原理和特点

1．2．2 微波辅助萃取技术研究现状

1．3 模型与模型建立

1．3．1 经验模型

1．3．2 物料衡算模型

1．3．3 神经网络模型

1．3．4 收缩核模型

1．3．5 类比干燥模型

1．3．6 热球模型

1．4 微波诱导压力场形成的研究

1．4．1 植物性物料细胞内部结构

1．4．2 微波对物料细胞结构影响的研究现状

1．5 研究目的及意义

1．6 研究内容

2 微波辅助萃取蓝莓花青素动力学试验研究

2．1 前言

2．2 试验材料和设备

2．2．1 试验材料

2．2．2 试验设备

2．3 试验方法

2．3．1 花青素萃取液的制备

2．3．2 标准溶液的配制和标准曲线

2．3．3 微波辅助萃取蓝莓花青素

2．3．4 花青素萃取率和降解率的测定

2．4 试验设计和数据处理

2．4．1 因析试验设计

2．4．2 组合试验设计

2．5 结果与分析

2．5．1 因析试验结果

2．5．2 中心组合试验结果与分析

2．5．3 工艺参数的优化与验证

2．6 小结

3 微波辅助萃取过程动力学模型的建立

3．1 萃取过程中目标成分传递的过程分析

3．1．1 花青素萃取过程传质分析

3．1．2 萃取动力学模型建立假设

3．2 萃取动力学模型的建立

3．2．1 花青素在固液界面的传质通量

3．2．2 花青素的浓度梯度

3．2．3 液相传质系数

3．2．4 萃取液中花青素浓度微分方程

3．2．5 萃取动力学方程的导出

3．3 微波增强因子和降解因子的确定

3．3．1 动力学系数拟合方程

3．3．2 拟合结果

3．4 微波萃取同步模型

3．5 小结

4 微波辅助萃取过程模拟与分析

4．1 萃取过程模拟原理和方法

4．1．1 回归模型的选定

4．1．2 回归模型中系数的求解

4．1．3 萃取动力学模型评价指标

4．2 结果与分析

4．2．1 微波辅助萃取过程动力模型的求解

4．2．2 萃取动力学模型的模拟验证

4．2．3 微波强化萃取传质过程分析

4．3 小结

5 微波诱导压力场形成的试验研究

5．1 前言

5．2 材料和设备

5．2．1 试验材料

5．2．2 试验设备

5．3 试验设计和数据处理

5．4 试验方法

5．4．1 微波辅助萃取蓝莓花青素

5．4．2 花青素萃取率、残留率和降解率的测定

5．3．3 萃取体系内部压力的测定

5．5 结果与分析

5．5．1 花青素萃取率的方差分析和回归模型

5．5．2 各试验因素对蓝莓花青素萃取率的交互影响

5．5．3 花青素降解率的方差分析和回归模型

5．5．4 各试验因素对蓝莓花青素降解率的交互影响

5．5．5 萃取体系内压力的方差分析和回归模型

5．5．6 各试验因素对萃取体系内压力的交互影响

5．6 工艺参数的优化与验证

5．7 小结

6 结论

6．1 主要结论

6．2 特色与创新

6．3 研究不足与完善

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文