阳离子多孔淀粉的制备及其在卷烟减害中的应用

摘要

本研究以玉米淀粉为原料，采用双酶水解法制备多孔淀粉，再对多孔淀粉进行阳离子改性，利用扫描电镜和傅里叶红外光谱仪对多孔淀粉和阳离子多孔淀粉进行分析，并将两种改性淀粉添加到卷烟过滤嘴中，考察其对卷烟主流烟气中有害成分的减害效果。
　　以玉米淀粉水解率和吸油率为指标，考察糖化酶添加量、温度、糖化酶与α-淀粉酶质量之比、酶解时间和缓冲溶液pH对酶解制备多孔淀粉的影响，在单因素实验结果的基础上设计五因素四水平的正交试验，得出制备多孔淀粉的最佳条件为：糖化酶添加量1.2％、缓冲溶液pH值6.0、反应时间12h、糖化酶与α-淀粉酶质量之比2:1、反应温度55℃。
　　以上述步骤制得的多孔淀粉为原料，以取代度和反应效率为指标，以3-氯-2羟丙基三甲基氯化铵为醚化剂，采用碱催化干法制备阳离子多孔淀粉，考察了醚化剂与多孔淀粉的质量之比、NaOH与醚化剂质量之比、反应温度及反应时间对取代度和反应效率的影响，在此单因素实验结果的基础上设计四因素三水平正交试验，考察各因素之间的相互影响，最终得出阳离子多孔淀粉的最佳制备条件如下：醚化剂与多孔淀粉质量之比0.04，NaOH与醚化剂质量之比2.0，反应温度80℃，反应时间4 h。
　　通过扫描电子显微镜观察多孔淀粉和阳离子多孔淀粉的微观结构，结果表明，相比于原淀粉，多孔淀粉和阳离子多孔淀粉表面均具备多孔结构，阳离子化之后表面稍有腐蚀，但多孔结构依然存在。通过傅里叶红外光谱图分析得出阳离子多孔淀粉分别在1482 cm-1和2363 cm-1处有吸收峰，分别为季铵基团上碳氮键的伸缩震动吸收峰和季铵基团上甲基碳氢键的伸缩震动吸收峰，而多孔淀粉的红外光谱图中找不到这些吸收峰。从而证明产物中含有季铵基团，多孔淀粉已被阳离子化。
　　本实验确定了添加材料的使用量，吸阻测定结果显示：添加15mg/cig的烟支的吸阻符合国家标准。
　　将多孔淀粉和阳离子多孔淀粉分别添加到卷烟过滤嘴中，研究其对卷烟主流烟气中TPM、巴豆醛、氨、氢氰酸及苯并[a]芘的吸附效果，结果表明添加多孔淀粉和阳离子多孔淀粉的烟支对TPM、HCN、氨及苯并[a]芘均有清除效果，但添加阳离子多孔淀粉的烟支对巴豆醛的清除效果明显好于添加多孔淀粉的烟支。说明对多孔淀粉进行阳离子化之后不仅具有多孔的非吸附性质，还具有阳离子淀粉的选择性吸附性质。

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1.文献综述

1.1多孔淀粉概述

1.1.1多孔淀粉的定义

1.1.2多孔淀粉的制备

1.1.3多孔淀粉的性质

1.1.4多孔淀粉的应用

1.2阳离子淀粉概述

1.2.1阳离子淀粉定义

1.2.2阳离子淀粉反应机理

1.2.3阳离子淀粉的制备方法

1.2.4阳离子淀粉的性质及应用

1.3卷烟烟气概述

1.3.1卷烟烟气组成

1.3.2卷烟烟气有害物质

1.3.3卷烟降害研究进展

2引言

2.1 课题研究的目的和意义

2.1.1 研究目的

2.1.2 研究意义

2.2主要研究内容

3.材料与方法

3.1 实验材料

3.1.1 原料与试剂

3.1.2 实验仪器

3.2试验方法

3.2.1玉米多孔淀粉的制备

3.2.2玉米多孔淀粉制备工艺优化

3.2.3 阳离子多孔淀粉的制备

3.2.4阳离子多孔淀粉制备条件优化

3.2.5阳离子多孔淀粉的正交试验

3.2.6多孔淀粉及阳离子多孔淀粉对卷烟烟气吸附性能的研究

4试验结果与分析

4.1多孔淀粉制备工艺优化

4.1.1酶活的测定

4.1.2糖化酶添加量对多孔淀粉水解率和吸油率的影响

4.1.3温度对多孔淀粉水解率和吸油率的影响

4.1.4酶配比对多孔淀粉水解率和吸油率的影响

4.1.5时间对多孔淀粉水解率和吸油率的影响

4.1.6 pH对多孔淀粉水解率和吸油率的影响

4.1.7酶解正交实验结果

4.2阳离子多孔淀粉制备工艺优化

4.2.1醚化剂与多孔淀粉质量之比对取代度和反应效率的影响

4.2.2 NaOH与醚化剂用量之比对取代度和反应效率的影响

4.2.3 温度对取代度和反应效率的影响

4.2.4 时间对取代度和反应效率的影响

4.2.5正交试验结果分析

4.3多孔淀粉及阳离子多孔淀粉的微观形态及结构表征

4.4多孔淀粉及阳离子多孔淀粉对卷烟烟气吸附的效果

4.4.1滤材添加量对吸阻的影响

4.4.2卷烟烟气的吸附结果

5讨论

6 主要结论

参考文献

致谢

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