近临界水中鱼类废弃物水解制备氨基酸的工艺优化及反应动力学研究

摘要

本课题在CO2分压下，利用近临界水独特的性质研究了鱼类废弃物蛋白质的水解工艺，讨论了反应温度、反应时间、CO2分压和反应压力对氨基酸总收率的影响，并通过正交试验，筛选出最佳水解工艺条件，同时进一步研究鱼类废弃物在CO2分压下近临界水中水解制备氨基酸的动力学方程。为解决鱼类废弃物对环境的污染问题，实现鱼类废弃物的资源化利用提供科学的方法和依据。 实验首先研究了5.0MPa(±0.5M)压力时，不同反应温度对氨基酸总收率的影响。在低温时，氨基酸的总收率还不是很大。随着温度的升高，氨基酸总收率也逐渐升高。当温度升高到一定值时，氨基酸总收率达到最大。温度继续升高，氨基酸总收率有所下降。 在5.0MPa(±0.5M)压力条件下，研究了反应时间对氨基酸总收率的影响。在一定温度下，随着反应时间的增加，氨基酸的总收率逐渐增加，当反应时间超过一定值后，氨基酸总收率逐渐降低，但不同的温度达到总收率的最大值所需时间不同。 在温度为513K时，以有无CO2做一组对比反应。可得CO2使近临界水水解氨基酸的总收率明显增加。并且在达到最高收率时的时间点也略有提前。然后以反应时间为30min时，随着CO2分压的增加，观察不同反应温度下，氨基酸总收率的变化。随着CO2分压的增加，氨基酸总收率逐渐增大。 随后以反应时间为30min，CO2分压为2.9MPa(±0.5M)时，通入N2，以此观察不同温度下，压力对其影响。结果可得，压力对氨基酸的总收率影响不大。 接着，通过正交实验确定了CO2分压下近临界水中鱼类废弃物水解的最优化工艺：CO2分压为4.9MPa，反应温度为513K，反应时间为18min，反应压力(N2通入量)为3.0MPa。按此反应条件进行实验，氨基酸的总收率为31.53％。 本文随后进行了水解动力学的研究。由于现有仪器很难直接对鱼类废弃物中的蛋白质进行定性定量测定，通过文献查阅，可知传统实验中，酸水解蛋白的方法产率最高，通过实验证明，盐酸水解鱼类废弃物蛋白所得最高产率大于本实验最优化工艺条件下的产率，所以我们先用盐酸水解鱼类废弃物蛋白，以其最高产率46.16％，视为鱼类废弃物完全水解时的氨基酸总收率。 最后建立动力学方程，在温度为493K，513K，533K，553K，CO2分压为4.9MPa，反应压力(N2通入量)为3.0MPa，反应时间为30min的条件下，水解反应得到不同时间点的氨基酸，将其收率与鱼类废弃物完全水解时氨基酸总收率的比值来表征鱼类废弃物的水解率。结果表明鱼类废弃物蛋白水解反应级数为1.28，493K，513K，533K，553K下的反应速率常数分别为0.036、0.071、0.140、0.330，反应活化能为82.75kJ/mol，指前因子为1.97×107。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题来源

1.2课题研究的目的和意义

1.3课题的研究方法和内容

1.4创新点

第二章文献综述

2.1鱼类废弃物

2.1.1我国鱼类废弃物资源现状

2.1.2我国鱼类废弃物利用现状

2.2超(近)临界水

2.2.1超(近)临界水概述

2.2.2超(近)临界水的性质

2.2.3超临界水和近临界水的物性比较

2.2.4近临界水的研究现状

2.2.5CO2对近临界水反应的影响

2.3氨基酸

2.3.1氨基酸的制备

2.3.2氨基酸的检测

2.4目前存在的主要问题

2.4.1基础数据不足

2.4.2设备腐蚀问题

2.4.3工业化过程中存在的问题

第三章近临界水中鱼类废弃物水解工艺优化

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1实验仪器

3.2.2原料和试剂

3.2.3实验方法

3.2.4氨基酸的分析方法

3.3鱼废弃物水解液的分析结果与标准图谱的对比

3.4最优化工艺参数的确定

3.4.1反应温度对氨基酸总收率的影响

3.4.2反应时间对氨基酸总收率的影响

3.4.3CO2分压对水解反应的影响

3.4.4压力对水解反应的影响

3.4.5水解工艺优化-正交实验

3.5本章结论

第四章近临界水中鱼类废弃物水解动力学

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1实验仪器和试剂

4.2.2实验方法

4.2.3酸水解结果

4.3动力学研究

4.3.1反应动力学方程的建立

4.3.2动力学参数的确定

4.4本章结论

第五章总结论

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

作者在攻读硕士学位期间所作的项目

致谢