吸附法脱除玉米油中玉米赤霉烯酮及其机制研究

作     者：黄伟锋 

作者单位：河南工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马传国;张富强

授予年度：2021年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 083202[工学-粮食、油脂及植物蛋白工程] 

主      题：玉米赤霉烯酮 玉米油 脱色 吸附剂 吸附机理 

摘      要：玉米赤霉烯酮（Zearalenone,ZEN）,主要由禾谷镰刀菌、黄色镰刀菌等多种镰刀菌产生的非甾体真菌毒素,广泛存在于谷物及其制品中。玉米在种植、生长、收获和贮存过程中,易受到ZEN的污染。在玉米油的生产过程中,ZEN极易迁移并富集至毛油中,给产品的安全食用带来风险。本研究在油脂脱色工序下探究了不同吸附剂对ZEN的影响;研究了生产中常用的吸附剂（活性白土及活性炭）对ZEN的影响;随后对活性炭吸附ZEN的机理进行了探究,同时考察了其吸附过程对部分功能性成分的影响。首先,在对吸附剂（活性炭、活性白土、蒙脱土、珍珠岩、凹凸棒土、硅藻土、沸石）进行筛选的基础之上考察了活性白土对ZEN的脱除效果。结果表明活性炭及活性白土对ZEN的吸附效果较好;实验所用活性白土中,AB1对ZEN的脱除效果最好,同时单因素实验表明,AB1添加量对玉米油中ZEN含量影响较大,温度和时间次之,结合单因素和正交实验选取的最佳吸附条件为AB1添加量4.5%,吸附时间20 min,吸附温度90°C,此时玉米油中ZEN的脱除率为45.66%,玉米油中ZEN含量降低至2155.99±28.05μg/kg。以活性炭为考察对象,对不同活性炭进行筛选后,考察了H-1活性炭添加量、吸附温度及吸附时间对玉米油中ZEN含量的影响,并在加标玉米油及工厂碱炼玉米油中进行响应面试验,寻求最佳工艺条件。结果表明,众多活性炭中H-1对ZEN的吸附效果最好。单因素实验表明,H-1添加量对ZEN的脱除影响较大,时间和温度次之。在加标玉米油中结合单因素及响应面试验选取的最佳吸附条件为:H-1添加量2.5%、吸附温度80°C、吸附时间20 min,ZEN的脱除率为87.11%,玉米油中ZEN含量降低至608.46±30.19μg/kg。而在工厂碱炼玉米油中经响应面优化得到的最佳吸附条件为:H-1添加量2.39%、吸附温度83°C、吸附时间30.50 min,ZEN脱除率为86.35%,与预测结果基本吻合,玉米油中ZEN含量由796.98±17.15μg/kg降低至108.78±6.75μg/kg,完全符合欧盟规定的400μg/kg安全限量。以AB1白土及H-1活性炭为吸附材料,对其进行复配处理考察复配比例、吸附剂添加量、脱色时间、脱色温度条件对玉米油中ZEN含量的影响,寻求最佳工艺条件。结果表明复配比例及吸附剂添加量对ZEN的脱除最为显著。在单因素实验基础之上以玉米油中吸附剂对ZEN的脱除率为主要考察指标、色泽脱除率为次要考察指标进行正交优化实验,结果表明,AB1与H-1比例4:1,添加量4.5%,脱色温度90°C,脱色时间35 min,在此条件下,对ZEN的脱除率为72.28%,此时玉米油中ZEN含量为1175.46μg/kg,对色泽的脱除达到了82.01%,玉米油的色泽为Y 30、R 2.0（罗维朋133.4 mm）。在模拟体系中,对H-1活性炭吸附ZEN的机理进行了研究。结果表明,准二级动力学能更好的对实验数据进行拟合,Freundlich等温吸附模型能够更好的描述其吸附行为,该吸附过程为不均匀的多分子层吸附,物理吸附的同时伴随着化学吸附的进行。通过对热力学参数的计算得出ΔH0、ΔG0,表明H-1对ZEN的吸附为自发的放热过程,体系温度的降低将有利于吸附的进行。吸附前后傅里叶变换红外光谱及拉曼光谱的变化表明吸附涉及π-π相互作用。在玉米油脱色工序下,对H-1活性炭吸附ZEN的吸附机理进行验证,同时考察对部分功能性成分（β-胡萝卜素、VE、甾醇）的影响。结果表明,玉米油体系中H-1活性炭吸附ZEN的实验结果与模拟体系相同,即吸附符合准二级动力学方程,等温吸附过程符合Freundlich方程;热力学分析表明,玉米油中H-1对ZEN的吸附过程为放热过程。吸附ZEN的同时对β-胡萝卜素的吸附结果同样可用准二级动力学及Freundlich等温方程描述;热力学分析表明,β-胡萝卜素的吸附为吸热过程,温度的升高不利于其在玉米油中的保留。同时吸附过程中H-1活性炭对VE及甾醇的影响较小,玉米油中VE及甾醇含量变化不大。