岩藻聚糖规模化提取技术与脱除重金属的研究

论文摘要

岩藻聚糖是一种存在于褐藻细胞间的水溶性多糖，主要成分为α-L-岩藻糖-4-硫酸酯，还含有一定比例的糖醛酸、半乳糖、木糖及蛋白质等。大量研究表明岩藻聚糖具有抗肿瘤、抗凝血、抗氧化、抗病毒、治疗炎症等多种生物活性，且与硫酸根含量、糖醛酸比例以及分子量大小密切相关。海带作为岩藻聚糖的提取材料，是我国经济海藻中的支柱产业，年产量高。因此，对海带进行深加工有利于提高我国经济海藻在国内外市场的竞争。当前食品安全问题备受人们的关注。以往岩藻聚糖的提纯以氢氧化物、乙醇或季铵盐沉淀法为主；另外作为岩藻聚糖的提取原料——海带，随着近海工业的快速发展也受到一定程度的重金属污染，从而降低了岩藻聚糖的生物学活性。为了实现规模化生产安全、低污染和低重金属含量的岩藻聚糖，本文作了以下几方面的研究工作。低温提取岩藻聚糖工艺的研究。研究了4℃下料液比、提取次数和提取时间对岩藻聚糖提取率的影响，设计正交实验，通过极差和方差分析得出理想的提取工艺。结果表明，在4℃下，料液比1:30，时间5h，提取2次可以得到较为理想的试验结果。粗品岩藻聚糖的得率为4.27%，其中总糖和硫酸根的含量分别为36.35%和23.89%。超滤膜规模化分离工艺的研究。研究了不同操作条件对膜通量的影响，采用截留分子量为50kDa、30kDa和10kDa的平板式超滤膜，在4℃、25℃下对岩藻聚糖提取液进行梯度超滤。结果发现，在25℃、0.1MPa的工作条件下能获得较高的膜通量，分子量大于50kDa的岩藻聚糖占主要部分。在25℃下，膜通量大，但是容易造成岩藻聚糖腐败变质，微生物是造成这一现象的主要原因；在4℃下，膜分离出分子量大于50kDa的岩藻聚糖含量最高。分子量大于50kDa、5030kDa、1030kDa及10kDa以下的岩藻聚糖含量分别为（84.29±2.772）%，（5.364±0.406）%，（2.203±0.144）%，（4.187±0.856）%。岩藻聚糖中重金属脱除的研究。分子量大于50kDa的粗岩藻聚糖溶解到EDTA水溶液中，使其与EDTA-Na2充分反应后，采用截留分子量为5kDa超滤膜在4℃下超滤。结果发现，超滤对岩藻聚糖脱盐效果明显，竞争性螯合剂EDTA-Na2在酸性条件下能够与岩藻聚糖发生离子交换，通过螯合作用结合其中的重金属，除Ba脱除效果不理想外，后续超滤技术能有效的脱除岩藻聚糖中重金属Hg、As、Cr、Cu、Cd和Pb。低重金属含量岩藻聚糖的制备。在岩藻聚糖提取过程中，加入EDTA-Na2，调节pH，采用截留分子量为50kDa的平板超滤膜对其进行超滤分离提纯，从而获得低重金属含量的岩藻聚糖。结果表明，pH=3，EDTA-Na2质量浓度为0.4g/L的情况下脱除重金属后岩藻聚糖提取率3.07%，总糖含量为30.62%、糖醛酸含量为7.84%、硫酸根含量为26.47%，而且对Hg、As、Pb、Cr、Cu和Cd脱除效果明显，重金属的残留量降到更低的水平。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号表
• 第1章 引言
• 1.1 褐藻资源与海带
• 1.1.1 褐藻资源
• 1.1.2 海带
• 1.2 岩藻聚糖的提取方法概述
• 1.2.1 岩藻聚糖水提法
• 1.2.2 岩藻聚糖酸提法
• 1.2.3 岩藻聚糖碱提法
• 1.2.4 岩藻聚糖酶提法
• 1.3 岩藻聚糖的药用价值
• 1.3.1 岩藻聚糖的生学物活性
• 1.3.2 岩藻聚糖的生物活性与分子量相关性
• 1.4 超滤膜分离技术
• 1.4.1 超滤膜分离技术的发展
• 1.4.2 超滤膜分离技术在多糖提取中的应用
• 1.5 岩藻聚糖结合重金属
• 1.6 立题依据及意义
• 1.7 研究内容、技术路线
• 第2章 岩藻聚糖提取工艺的研究
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验试剂
• 2.1.3 实验仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 冷水提取岩藻聚糖
• 2.2.2 冷水提取岩藻聚糖的单因素试验
• 2.2.3 冷水提取岩藻聚糖正交试验
• 2.2.4 总糖含量的测定
• 2.2.5 硫酸根含量的测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 料液比对岩藻聚糖提取率的影响
• 2.3.2 提取时间对岩藻聚糖提取率的影响
• 2.3.3 提取次数对岩藻聚糖提取率的影响
• 2.3.4 正交试验
• 2.3.5 正交试验结果验证
• 2.4 本章小结
• 第3章 岩藻聚糖膜分离工艺的研究
• 3.1 实验材料
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 实验试剂
• 3.1.3 实验仪器
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 膜分离试验流程
• 3.2.2 膜通量计算公式
• 3.2.3 温度对膜通量的影响试验
• 3.2.4 压力对膜通量的影响试验
• 3.2.5 岩藻聚糖膜分离试验
• 3.2.6 总糖和硫酸根含量的测定
• 3.2.7 糖醛酸含量的测定
• 3.2.8 灰分含量的测定
• 3.2.9 蛋白质含量的测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 温度对超滤膜膜通量的影响
• 3.3.2 压力对超滤膜膜通量的影响
• 3.3.3 超滤膜分级分离岩藻聚糖的效果
• 3.3.4 超滤膜分离各岩藻聚糖组分理化指标
• 3.4 本章小结
• 第4章 岩藻聚糖中重金属脱除的研究
• 4.1 实验材料
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 实验试剂
• 4.1.3 实验仪器
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 岩藻聚糖透析脱盐处理
• 4.2.2 岩藻聚糖超滤脱盐处理
• 4.2.3 岩藻聚糖脱除重金属
• 4.2.4 汞的标准曲线绘制
• 4.2.5 其他重金属标准曲线
• 4.2.6 岩藻聚糖中重金属含量的检测
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 透析对岩藻聚糖脱盐的效果
• 4.3.2 超滤对岩藻聚糖脱盐的效果
• 4.3.3 超滤脱重金属对岩藻聚糖回收率的影响
• 4.3.4 岩藻聚糖脱除重金属的效果
• 4.4 本章小结
• 第5章 低重金属含量岩藻聚糖的制备
• 5.1 实验材料
• 5.1.1 实验原料
• 5.1.2 实验试剂
• 5.1.3 实验仪器
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 低重金属含量岩藻聚糖的提取工艺流程
• 5.2.2 低重金属含量岩藻聚糖的成分测定
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 低重金属含量岩藻聚糖的成分
• 5.3.2 脱除重金属前后岩藻聚糖的成分变化
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 已完成的实验内容
• 6.2 创新点
• 6.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的学术论文