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活性炭去除玉米油中的玉米赤霉烯酮
玉米赤霉烯酮是一種由鐮刀菌產(chǎn)生的霉菌毒素。它經(jīng)常污染用于食品或動(dòng)物飼料的谷物,特別是沉積在粗玉米油中。為了降低玉米及其油中玉米赤霉烯酮的含量,研究了很多辦法包括化學(xué)降解和物理吸附;瘜W(xué)降解一般是指破壞玉米赤霉烯酮的分子結(jié)構(gòu),從而降低或失去其原有的毒性,主要包括堿處理和氧化處理。在本研究中主要是物理吸附,因?yàn)檫@種方法綠色可持續(xù),我們研究了活性炭和六種工業(yè)吸附劑對(duì)玉米油漂白過(guò)程中玉米赤霉烯酮消除的影響,并探討了活性炭的吸附機(jī)理。
實(shí)驗(yàn)級(jí)玉米油脫色工藝
在真空氣氛下,將中和的玉米油(30g)添加到配備冷凝器的100mL雙口燒瓶中。在250r/分鐘的磁力攪拌下,將基材在油浴中加熱至不同的設(shè)定溫度,然后加入活性炭等吸附劑?紤]到玉米油漂白工藝中常用的工藝參數(shù),操作參數(shù)設(shè)定為吸附劑用量(0.5%~3.0%,W/W)、吸附時(shí)間(3-90分鐘)和吸附溫度(70、90和110℃)。之后,立即將燒瓶放入冷水中以終止反應(yīng)。使用布氏漏斗裝置通過(guò)吸濾分離漂白油和吸附劑。采用HPLC分析法測(cè)定中和油和脫色油中玉米赤霉烯酮的濃度,計(jì)算玉米赤霉烯酮的吸附量和去除率。
活性炭吸附劑的選擇
為了去除自然界中不需要的化合物,如不需要的游離脂肪酸、香料、色素和毒素,需要經(jīng)過(guò)脫膠、中和、漂白和脫臭四個(gè)精煉過(guò)程才能獲得食用油。本研究中玉米粗油和中和玉米油的玉米赤霉烯酮含量分別為1930.50±47.32μg/kg和796.98±7.15μg/kg。精煉過(guò)程已被證明對(duì)消除玉米赤霉烯酮有積極作用。為考察工業(yè)吸附劑對(duì)玉米赤霉烯酮嚴(yán)重污染玉米油的影響,在中和玉米油中加入一定量純玉米赤霉烯酮,最終玉米赤霉烯酮含量為4481.06±13.37μg/kg。
在嚴(yán)重玉米赤霉烯酮污染的玉米油的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模漂白過(guò)程中,使用不同的工業(yè)吸附劑和活性炭去除玉米赤霉烯酮(圖1)。如圖1a所示,在相同條件下,與其他六種吸附劑相比,活性炭具有顯著的吸附效率和高的玉米赤霉烯酮去除率(>83%)。比較了活性白土、凹凸棒石、活性炭1、活性炭2、普通活性炭和活性炭3去除玉米油中玉米赤霉烯酮的性能,發(fā)現(xiàn)活性炭的去除率高于其他吸附劑,這與我們的結(jié)果一致。此外,已經(jīng)證明活性炭的類型影響玉米赤霉烯酮的去除率;钚蕴?jī)?yōu)異的質(zhì)地特性表明其顯著的吸附潛力。因此,選擇活性炭作為后續(xù)工藝的吸附劑。
圖1:不同工業(yè)吸附劑(a)、吸附時(shí)間(b)、活性炭用量和吸附溫度(c)以及活性炭再生穩(wěn)定性(d)對(duì)玉米赤霉烯酮嚴(yán)重污染的玉米油中玉米赤霉烯酮去除的影響。
不同因素對(duì)玉米赤霉烯酮消除的影響
研究了使用活性炭吸附時(shí)間對(duì)玉米油中玉米赤霉烯酮濃度的影響。如圖1b所示,玉米赤霉烯酮的含量在3分鐘內(nèi)下降到2157.06±1.91μg/kg。在50分鐘時(shí),玉米赤霉烯酮的濃度接近1347.01±1.55μg/kg。當(dāng)吸附時(shí)間超過(guò)50分鐘時(shí),玉米赤霉烯酮的含量沒(méi)有明顯變化,表明吸附和解吸之間存在動(dòng)態(tài)平衡。
此外,還評(píng)估了吸附劑劑量和溫度對(duì)玉米赤霉烯酮含量的影響。如圖1c所示,在吸附劑用量一定的情況下,溫度升高不利于玉米赤霉烯酮的去除。例如,當(dāng)活性炭用量為0.5%時(shí),70℃和90℃時(shí)玉米赤霉烯酮的含量分別為2234.72±17.17μg/kg和2259.24±15.67μg/kg,而玉米赤霉烯酮的含量增加到2512.36±15.13μg/千克在110℃。已經(jīng)證明,適當(dāng)提高操作溫度可以降低油相的粘度,加快反應(yīng)速率并觸發(fā)吸附劑的活性位點(diǎn)。然而,過(guò)高的操作溫度可能會(huì)導(dǎo)致吸附的玉米赤霉烯酮從活性炭中解吸。當(dāng)吸附劑用量為0.5%~3%時(shí),隨著溫度從70℃升高到90℃,玉米赤霉烯酮的濃度略有增加,但不顯著,表明70℃是最適溫度。此外,觀察到吸附劑劑量的增加導(dǎo)致玉米油中玉米赤霉烯酮濃度的顯著降低。更多的吸附劑意味著更多的可用活性位點(diǎn),從而產(chǎn)生更好的吸附能力。當(dāng)吸附溫度為70℃時(shí),隨著活性炭用量從0.5%增加到2.0%,玉米赤霉烯酮的含量逐漸降低,在后者的用量達(dá)到703.22±6.48μg/kg。活性炭用量的進(jìn)一步增加不會(huì)導(dǎo)致玉米赤霉烯酮含量的顯著降低。總之,活性炭被證明是玉米油漂白過(guò)程中玉米赤霉烯酮的有效吸附劑。
平衡吸附等溫線
液體系統(tǒng)中的吸附等溫線已被廣泛用于描述吸附劑的表面性質(zhì)和吸附能力。為了進(jìn)一步探索活性炭的吸附特性并確定活性炭的最大吸附容量,使用兩種經(jīng)典的等溫線模型,Langmuir和Freundlich等溫線模型來(lái)描述吸附過(guò)程。活性炭對(duì)玉米赤霉烯酮的吸附等溫線分別在343、368、383K下進(jìn)行。整個(gè)吸附時(shí)間控制在30分鐘以內(nèi)。最佳擬合吸附等溫線由R2評(píng)估;钚蕴康腖angmuir和Freundlich吸附等溫線如圖2所示。隨著吸附溫度的降低,活性炭對(duì)玉米赤霉烯酮的吸附量增加。結(jié)果表明,溫度升高不利于吸附行為。使用兩個(gè)模型來(lái)擬合實(shí)驗(yàn)吸附平衡數(shù)據(jù)?梢钥闯,F(xiàn)reundlich模型(圖2b)的擬合效果優(yōu)于Langmuir模型(圖2c)。詳細(xì)的擬合參數(shù)如表2所示。這兩個(gè)模型的模型常數(shù)和R2值表明Freundlich等溫模型適用于描述吸附過(guò)程,表明活性炭表面吸附位點(diǎn)之間的能量不均勻性。吸附首先發(fā)生在能量最強(qiáng)的位置,然后發(fā)生在能量較低的位置。n和Freundlich常數(shù)(KF)的值隨著溫度的升高而降低,這再次表明活性炭對(duì)玉米赤霉烯酮的吸附過(guò)程是放熱的。此外,在實(shí)驗(yàn)條件下,1/n的所有值均低于1,表明玉米赤霉烯酮與活性炭之間存在強(qiáng)相互作用。
圖2:活性炭對(duì)玉米赤霉烯酮的吸附能力(a)和Langmuir(b)和Freundlich(c)等溫線的擬合圖。
玉米赤霉烯酮的吸附機(jī)制
經(jīng)過(guò)試驗(yàn)分析,提出的π-π相互作用是活性炭對(duì)玉米赤霉烯酮的主要吸附機(jī)理。如圖3所示分為三個(gè)階段:(1)玉米赤霉烯酮分子向活性炭外表面擴(kuò)散,(2)玉米赤霉烯酮分子通過(guò)活性炭的孔隙向內(nèi)部移動(dòng),(3)玉米赤霉烯酮分子與活性炭?jī)?nèi)表面的活性位點(diǎn)結(jié)合。
圖3:玉米油中玉米赤霉烯酮在活性炭上的吸附機(jī)理。
活性炭去除玉米油中的玉米赤霉烯酮,我們比較了多種工業(yè)吸附劑在玉米油漂白過(guò)程中去除玉米赤霉烯酮的吸附效率;钚蕴渴且环N可重復(fù)使用且極好的去除玉米赤霉烯酮的吸附劑,與其他選定的吸附劑相比,從嚴(yán)重玉米赤霉烯酮污染的玉米油中去除率高達(dá)83%。此外,還評(píng)估了活性炭對(duì)玉米赤霉烯酮的吸附行為。結(jié)果表明吸附等溫線符合Freundlich模型,表明吸附過(guò)程為多層吸附。吸附動(dòng)力學(xué)遵循偽二級(jí)模型,表明吸附過(guò)程主要由化學(xué)吸附驅(qū)動(dòng)。熱力學(xué)參數(shù)表明吸附過(guò)程是自發(fā)的放熱反應(yīng)。此外,光譜技術(shù)的應(yīng)用證明了活性炭與玉米赤霉烯酮之間的π-π相互作用。
文章標(biāo)簽:椰殼活性炭,果殼活性炭,煤質(zhì)活性炭,木質(zhì)活性炭,蜂窩活性炭,凈水活性炭.本文鏈接:http://www.lqzzx.com/hangye/hy1153.html
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