米糠中有效成分的提取及残渣利用研究

摘要

作为世界上第一的水稻种植大国,我国的水稻年产量约1.85亿吨,加工后可以得到约1000吨米糠,米糠的资源相当丰富,但却没有得到充分的利用。目前,我国的米糠多应用于动物饲料,然而,这样的利用大大降低了米糠应有的经济效益。随着我国经济和粮食工业的飞速发展,人们已经不仅仅局限于米糠在动物饲料行业的简单利用。一些规模较大的稻谷加工企业和集团开始尝试对米糠进行深一步的利用研究。人们开始认识到从米糠中将一些有效成分提取出来所得到的附加值,不仅可以为社会提供优质的米糠蛋白和多糖、米糠油、脱脂米糠及谷维素、维生素、植酸钙、糠蜡等产品,还可推动饲料工业、油脂工业及食品工业的发展,对缓和我国饲料资源、油脂资源及食品资源紧缺的局面具有良好的社会意义。
　　 米糠蛋白作为优质的植物性蛋白,不仅弥补了膳食中蛋白质摄取量不足的缺陷,其本身含有的生理活性物质,也具有一定的防治心血管疾病功能,并且鉴于其对人体较低的过敏性,可以直接作为蛋白添加剂,是开发保健食品良好的基料。米糠多糖作为一种结构复杂的杂多糖,在抗肿瘤、增强免疫力、抗细菌感染及降血糖血脂等方面具有明显的生物活性。鉴于上述因为,米糠蛋白和多糖的提取越来越多的受到了科研工作者的关注。致力于开发一种高效实用的提取技术成为工艺上一个重要的突破点。
　　 然而,在对米糠中有效成分的提取技术上,提取率较低、提取成本较高等原因阻碍着人们对其中有效成分的有效利用。目前,米糠中的有效成分多糖和米糠蛋白多数是被单独提取的,且提取技术传统单一。因米糠中的蛋白和多糖的总量均不超过5％,分别单独提取不仅会增加最终产品开发的成本,主要是存在提取得率不高、不容易提取的困难。基于上述分析,本文在提取过程中采用脉冲超声辅助提取技术对脱脂米糠中的多糖和蛋白进行同时提取的研究方案。以蛋白和多糖提取得率为指标,优化提取条件。在后续产品的开发中,分别通过酸沉和醇沉的方法得到米糠蛋白和米糠多糖。改善了米糠中由于蛋白和多糖含量较低、提取困难和提取得率较低的局面。
　　 本文研究了液料比、提取时间、提取温度、超声发出时间和超声间歇时间等因素对蛋白和多糖得率的影响。通过单因素试验对脉冲超声辅助提取条件进行优化。试验结果表明:液料比、提取温度和提取时间三个因素对目标提取物的提取效果影响较为显著,并优化出脱脂米糠蛋白和多糖的脉冲超声辅助提取最佳条件为:液料比10mL／g、提取时间50min、提取温度50℃、超声发出时间4.0s、超声间歇时间2.0s。在此最佳条件下,脱脂米糠蛋白和多糖的总得率为4.93％。
　　 在明确了影响超声辅助同时提取米糠中蛋白和多糖的各因素的显著性后,又通过试验,测定了提取液中蛋白和多糖浓度随液料比和超声提取温度的变化情况。结果分析发现,提取温度是影响米糠中蛋白和多糖的溶出的重要因素,当提取温度提高到45℃和50℃时提取液中蛋白和多糖的浓度分别出现显著上升；随着提取温度的增加,米糠提取液中蛋白的平衡浓度线性上升,多糖的平衡浓度45℃之后才显著上升,蛋白和多糖的起始提取速率均表现为先下降后上升的变化趋势。根据试验数据,分别建立了脱脂米糠中蛋白和多糖脉冲超声辅助提取的二级动力学模型。提取模型的建立可以很好的指导米糠蛋白和多糖的产品提取。试验的过程中采用酸沉蛋白和醇沉多糖的工艺,为最后蛋白和多糖的后续产品的开发提供的良好的条件。试验结果也进一步证明,采用超声辅助的技术可以有效的提高米糠中蛋白和多糖提取得率,使得米糠蛋白和米糠多糖的容易提取成为了可能。
　　 脱脂米糠经超声辅助提取多糖和蛋白之后,其主要成分剩下纤维素、灰分和维生素等,其中米糠纤维素的含量相当的高。一般的提取技术已经很难对其奏效,并且在植物组织中纤维素、半纤维素和木质素容易通过共价键或非共价键紧密结合形成木质纤维,大量的木质纤维将纤维素和半纤维素紧紧包裹使其很难被降解,这也形成了米糠纤维难以利用的障碍。为了达到对米糠提取后残渣的有效利用,我们通过厌氧发酵技术利用米糠渣制备生物气燃料,以活性污泥为产氢菌源,以米糠残渣为底物进行产氢试验。研究了温度、初始pH和米糠渣与活性污泥VS比对米糠渣厌氧发酵产氢的影响。确定了最佳厌氧制氢的条件为:初始pH值7.0、米糠渣与污泥的VS比值14.0、发酵温度50℃。此条件下,其最大累积产氢量达到9.18mL／gTS。该方法为探索米糠的综合利用提供了一种高效的途径。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 米糠资源及其利用现状

1.1.1 米糠资源

1.1.2 米糠国内外的利用现状

1.2 米糠蛋白的提取技术

1.2.1 碱法提取米糠蛋白

1.2.2 酶法提取米糠蛋白

1.2.3 物理法提取米糠蛋白

1.3 米糠多糖的提取技术

1.4 超声技术在食品工业中的应用

1.4.1 蛋白质的提取

1.4.2 多糖的提取

1.5 超声辅助同时提取米糠中蛋白和多糖

1.6 生物质能源

1.7 厌氧发酵研究

1.7.1 厌氧发酵产氢的方法

1.7.2 厌氧发酵产氢的机理

1.7.3 脱脂米糠残渣的厌氧发酵研究

1.8 本课题的立题依据、意义及主要研究内容

1.8.1 立题依据及意义

1.8.2 主要研究内容

参考文献

第二章 米糠中主要营养成分的分析与检测

2.1 引言

2.2 试验材料及试验设备

2.2.1 试验材料和试剂

2.2.2 主要仪器设备

2.3 试验方法

2.3.1 水分含量的测定方法

2.3.2 蛋白质含量的测定方法

2.3.3 脂肪含量的测定方法

2.3.4 总糖含量的测定方法

2.3.5 灰分含量的测定方法

2.3.6 提取液中蛋白含量的测定

2.3.7 提取液中多糖含量的测定

2.4 结果与讨论

2.4.1.米糠中各主要成分的含量

2.4.2 福林.酚法测定蛋白浓度标准曲线

2.4.3 苯酚硫酸法测定多糖标准曲线

2.5 本章小结

参考文献

第三章 脉冲超声辅助提取脱脂米糠中蛋白和多糖的技术研究

3.1. 引言

3.2 试验材料与仪器

3.2.1 原料与试剂

3.2.2 主要仪器设备

3.3 试验方法

3.3.1 米糠蛋白和多糖分离提取的工艺

3.3.2 测定方法

3.3.3 脱脂米糠等电点的测定

3.3.4 米糠多糖最佳乙醇沉淀浓度的测定

3.3.5 单因素试验

3.4 结果与分析

3.4.1 脱脂米糠的等电点

3.4.2 米糠多糖的最佳乙醇沉淀浓度

3.4.3 超声辅助提取米糠蛋白和多糖工艺条件优化

3.4.4 热水浸提米糠蛋白和多糖的工艺研究

3.5 本章小结

参考文献

第四章 脉冲超声辅助提取脱脂米糠中蛋白和多糖的动力学研究

4.1 引言

4.2 试验材料与仪器

4.2.1 原料与试剂

4.2.2 主要仪器设备

4.3 试验方法

4.3.1 米糠蛋白和多糖的脉冲超声提取工艺

4.3.2 超声辅助提取蛋白和多糖的动力学建模

4.4 试验结果与分析

4.4.1 超声提取温度对米糠蛋白和多糖超声辅助提取的影响

4.4.2 液料比对米糠蛋白和多糖超声辅助提取的影响

4.4.3 提取温度对米糠蛋白和多糖超声辅助提取动力学的影响

4.4.4 液料比对米糠蛋白和多糖超声辅助提取动力学的影响

4.5 本章小结

参考文献

第五章 米糠残渣厌氧发酵制备高氢生物气的研究

5.1 引言

5.2 试验材料与仪器

5.2.1 试验材料

5.2.2 试验试剂

5.2.3 试验主要仪器

5.3 试验方法

5.3.1 活性污泥预处理方法

5.3.2 试验操作方法

5.3.3 气相组分分析方法

5.4 试验结果与分析

5.4.1 发酵温度对米糠渣产氢效果的影响

5 ~4.2米糠渣和活性污泥的VS比对米糠渣产氢效果的影响

5.4.3 初始pH对米糠渣产氢效果的影响

5.5 本章小结

参考文献

第六章 工作总结及展望

6.1 研究主要结论

6.2 工作展望

致谢

攻读硕士学位阶段发表的论文