南极磷虾酶解液脱氟技术的研究

论文摘要

南极磷虾整虾中的氟含量为1103mg/kg,酶解后得到南极磷虾酶解液中的氟含量高达70mg/kg,对摄入人群的安全构成潜在威胁,是酶解液进一步开发利用的瓶颈问题。本文以脱除南极磷虾酶解液中过量的氟为目的,研究了纳滤法、电渗析法、化学-生物法三种不同方法对南极磷虾酶解液的脱氟效果,为南极磷虾酶解液的进一步开发利用提供技术支持。研究得到的主要结论如下:1)研究了利用纳滤技术进行南极磷虾酶解液脱盐同时脱氟的工艺。研究了物料浓度（稀释倍数）、操作压力、运行时间对酶解液脱氟效果的影响,最终确定纳滤脱氟操作的最佳工艺条件为:操作时间10min,操作电压1.6Mpa,料液稀释1.5倍进样。在最佳工艺条件下进行间歇恒容纳滤脱氟,最终可以将酶解液氟含量由49.97mg/kg降低至2.45mg/kg。采用纳滤法对酶解液进行脱氟,能在脱氟的同时脱除酶解液中大部分的盐,但是考虑到前处理过程中的总氮和氨基氮损失,脱氟过程中酶解液的总氮损失22.5%,氨基氮损失15.7%,纳滤法脱氟的营养成分损失比较严重,综合效果不甚理想。2)研究电渗析法脱除南极磷虾酶解液中的氟。分别探讨了不同电压、流速和温度对南极磷虾酶解液脱氟效果的影响,并对膜的清洗作了初步研究。研究结果表明,提高操作电压有利于脱氟的进行,但是操作电压过高容易导致电渗析器发生浓差极化,并且电压高时的氨基氮损失率也大;提高淡水流速有利于缩短脱氟时间,提高电流效率;提高温度有利于加快电渗析脱氟的进程。最终得到电渗析的最佳运行条件为:电渗析温度30±2℃,淡水流速控制为60L/h,恒压操作电压控制为20V。在最佳工艺下进行电渗析,可以将酶解液中的氟含量由58.97mg/kg降低至1.25mg/kg。采用电渗析法对酶解液进行脱氟,得到酶解液的氟含量低,脱氟效果好,但是在电渗析后,酶解液的氨基氮损失为14.9%,总氮损失19.0%,营养成分损失略微偏高;而电渗析法的优越性在于,脱氟的同时可以将酶解液中大部分的盐同时脱除,有利于产品的进一步调味。3)对氯化钙沉降法脱除南极磷虾酶解液中的氟进行研究,在单因素实验的基础上进行响应面优化,建立了氯化钙法脱氟的数学模型,模型拟合程度良好,能较好的预测南极磷虾酶酶解液脱氟率与氯化钙添加量、初始pH值和反应温度之间各个影响因素的关系。通过响应面法优化得到对南极磷虾酶解液氯化钙法脱氟的最佳工艺为:氯化钙添加量1.38%,初始pH值9.0,反应温度20℃。此条件下脱氟后酶解液氟含量为8.3mg/L,实际脱氟率达到理论预测值的97.89%,与预测值有较好的一致性。在氯化钙法脱氟的基础上,寻找到一种生物脱氟剂,能够高效的脱除磷虾酶解液中残余的氟,打破了氯化钙法脱氟极限为2030mg/kg的限制,将酶解液中的氟含量成功降低至2mg/kg,并且此过程中对酶解液的营养成分影响较小（总氮损失9.6%,氨基氮损失6.8%）。采用化学-生物法对酶解液进行脱氟,得到酶解液的氟含量低,对营养成分破坏小,且耗时短,简单高效,是一种较为理想的酶解液脱氟方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 0.1 南极磷虾
• 0.2 南极磷虾的加工利用
• 0.3 南极磷虾酶解液中氟脱除的必要性
• 0.3.1 氟的性质
• 0.3.2 南极磷虾酶解液中的氟含量
• 0.3.3 南极磷虾酶解液氟脱除的必要性
• 0.4 氟的脱除方法
• 0.4.1 南极磷下中氟的脱除方法
• 0.4.2 水溶液中氟的脱除方法
• 0.5 电渗析技术
• 0.5.1 电渗析的原理及应用
• 0.5.2 电渗析技术的特点
• 0.5.3 电渗析中的物质迁移
• 0.6 纳滤技术
• 0.6.1 纳滤分离的特点和传质机制
• 0.6.2 操作条件对纳滤膜性能的影响
• 0.6.3 纳滤技术的应用
• 0.7 课题的目的意义、研究内容和创新点
• 0.7.1 本课题的研究目的意义
• 0.7.2 本课题的研究内容
• 0.7.3 本课题的创新点
• 参考文献
• 1 纳滤法脱除南极磷虾酶解液中的氟
• 1.1 引言
• 1.2 实验材料与仪器
• 1.2.1 材料与试剂
• 1.2.2 主要仪器
• 1.3 实验内容与方法
• 1.3.1 不同贮藏时间的南极磷虾酶解后酶解液中氟含量的变化
• 1.3.2 南极磷虾酶解液的预处理
• 1.3.3 工艺条件对酶解液纳滤脱氟效果的影响
• 1.3.3.1 操作时间对酶解液纳滤脱氟效果的影响
• 1.3.3.2 操作压力对酶解液纳滤脱氟效果的影响
• 1.3.3.3 稀释倍数对酶解液纳滤脱氟效果的影响
• 1.3.3.4 间歇恒容纳滤脱氟过程
• 1.3.4 纳滤膜的清洗
• 1.3.5 纳滤脱氟后酶解液营养成分的变化
• 1.3.6 检测方法
• 1.4 结果与讨论
• 1.4.1 氟离子检测标准曲线制作
• 1.4.2 不同贮藏时间的南极磷虾酶解后所得酶解液的氟含量变化
• 1.4.3 预处理过程对酶解液的影响
• 1.4.4 操作时间对酶解液纳滤脱氟效果的影响
• 1.4.5 操作压力对酶解液纳滤脱氟效果的影响
• 1.4.6 稀释倍数对酶解液纳滤脱氟效果的影响
• 1.4.7 间歇恒容纳滤脱氟过程
• 1.4.8 纳滤脱氟后酶解液营养成分的变化
• 1.5 本章小结
• 参考文献
• 2 电渗析法脱除南极磷虾酶解液中的氟
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料与仪器
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.2.1 电渗析器设备
• 2.2.2.2 辅助设备及分析仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 电渗析器的测试运行
• 2.3.1.1 电渗析器脱盐性能稳定性测定
• 2.3.1.2 极限电流测定
• 2.3.2 电渗析运行参数对脱氟效果的影响
• 2.3.2.1 操作电压的变化对电渗析效果的影响
• 2.3.2.2 流速对电渗析效果的影响
• 2.3.2.3 温度对电渗析效果的影响
• 2.3.2.4 膜的污染与清洗
• 2.3.2.5 电渗析脱氟后酶解液营养成分变化
• 2.3.3 检测方法
• 2.4 实验结果与讨论
• 2.4.1 电渗析器脱盐性能稳定性
• 2.4.2 极限电流测定
• 2.4.3 电渗析运行参数对脱氟效果的影响
• 2.4.3.1 电渗析单次运行结果分析
• 2.4.3.2 操作电压的变化对电渗析效果的影响
• 2.4.3.3 流速的变化对电渗析效果的影响
• 2.4.3.4 温度对电渗析效果的影响
• 2.4.3.5 膜的污染与清洗
• 2.4.3.6 电渗析前后酶解液营养成分变化
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 3 化学-生物法脱除南极磷虾酶解液中的氟
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料与仪器
• 3.2.1 材料与试剂
• 3.2.2 主要仪器
• 3.3 实验内容与方法
• 3.3.1 南极磷虾酶解液氯化钙法脱氟工艺优化
• 3.3.1.1 脱氟条件的研究
• 3.3.1.2 响应面法优化脱氟条件
• 3.3.2 生物脱氟剂深度脱氟
• 3.3.2.1 生物脱氟剂的选择
• 3.3.2.2 生物脱氟剂添加量的优化
• 3.3.2.3 深度脱氟后营养成分的检测
• 3.3.3 分析测定方法
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 氯化钙脱氟单因素实验结果
• 3.4.1.1 氯化钙添加量对脱氟的影响
• 3.4.1.2 初始pH 对脱氟率的影响
• 3.4.1.3 沉降时间对脱氟率的影响
• 3.4.1.4 沉降温度对脱氟率的影响
• 3.4.2 氯化钙脱氟的响应面结果分析
• 3.4.2.1 方差分析
• 3.4.2.2 响应曲面图分析
• 3.4.2.3 验证试验
• 3.4.3 脱氟过程中酶解液中氨基氮成分的变化
• 3.4.4 生物脱氟剂深度脱氟结果
• 3.4.4.1 生物脱氟剂的选择
• 3.4.4.2 生物脱氟剂添加量的优化
• 3.4.4.3 深度脱氟后营养成分的检测
• 3.4.5 三种脱氟方法脱氟效果的比较
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 4 总结
• 本论文的特色和创新之处
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
• 个人简历
• 发表学术论文