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柚子皮膳食纤维改性发酵菌种筛选、改性纤维功能活性评价及其在面包中的应用

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柚子皮膳食纤维改性发酵菌种筛选、改性纤维功能活性评价及其在面...

作者：马文杰南昌大学

学位级别：硕士

柚子皮是柚子加工后产生的工业废弃物,因其苦涩难以直接食用,常被人们丢弃,造成了不必要的浪费和污染。作为植物性农业副产物的柚子皮,其中膳食纤维(Dietary fiber,DF)占比超50%,具备制成优质DF的潜力。然而,优质DF要求可溶性膳食纤维(S... 详细信息

柚子皮是柚子加工后产生的工业废弃物,因其苦涩难以直接食用,常被人们丢弃,造成了不必要的浪费和污染。作为植物性农业副产物的柚子皮,其中膳食纤维(Dietary fiber,DF)占比超50%,具备制成优质DF的潜力。然而,优质DF要求可溶性膳食纤维(Soluble dietary fiber,SDF)占比在10%以上,但天然柚子皮中SDF含量远低于这个数值,因此需采取一定改性措施来提升SDF的占比,进而充分发挥其作为天然纤维的潜力。三种改性:物理法、化学法、微生物法均已被广泛用于DF改性。相较于物理方法占用大量空间、成本高,化学方法易导致生态污染等缺点,微生物法改性已被证实具有诸多优点,如处理条件绿色且相对经济环保等。纤维素降解菌,是改性发酵的一类常用微生物,其能通过以酶解为主的多种作用机制,破坏木质纤维素的结构,进而促进细胞壁中SDF的释放。但是,目前用于改性发酵的菌种资源相对较少,同时关于改性DF在食品产业中的应用证据也较为缺乏。因此,筛选具有纤维素降解能力的菌株,并拓宽改性所获优质SDF在食品中的应用显得十分重要。基于此,本课题以自然霉变的柚子皮为菌种筛选源,筛选具有纤维素降解能力的菌株作为发酵菌种对柚子皮进行改性发酵处理,以期提升柚子皮SDF的得率及功能活性,同时结合理化结构和功能活性测量结果对菌种改性的潜在作用机制进行解析。最后,采用改性SDF制作面包,明确SDF添加对面包烘焙品质的影响,以期能为柚子皮的高质化应用提供新的思路以及相关试验证据。本课题的主要内容和结果如下:(1)以自然霉变的柚子皮为菌种筛选源,通过刚果红初筛、纤维素酶活复筛、菌种鉴定三个步骤,定向选育了一株对原料具有高度特异性的纤维素降解菌,结合形态学观察和分子生物学检测(18S r RNA),将该菌株鉴定为penicillium ***-1,并使用该菌株作为后续改性发酵的工作菌。(2)基于单因素试验结果,根据Box-Behnken试验设计原理,选取发酵时间、料液比及接种量三个因素对菌种的改性发酵条件进行优化,以此获得最佳的柚子皮SDF发酵工艺:发酵时间40 h、料液比1:30、接种量为12%,根据此工艺提取的SDF产率高达16.04%,显著高于未处理组的6.71%。(3)通过FTIR、TGA等结构表征手段对改性前后柚子皮SDF的理化结构进行了表征。结果表明,高压蒸煮处理(灭菌)显著促进了柚子皮中纤维素、半纤维素、木质素以及果胶的释放,而经菌种发酵后上述组分均呈现出下降趋势,这表明菌种在发酵过程中能有效利用这些物质进行生长繁殖。此外,与未处理组相比,菌种发酵破坏了SDF紧密有序的微观表面结构,提升了SDF的结晶度(提升约7.24%)和热稳定性,赋予了SDF亲水胶体的假塑性,降低了SDF的分子量,同时显著提升了SDF中阿拉伯糖、甘露糖等单糖的含量。(4)测定了SDF的水合特性、体外血脂调控能力等指标,同时分析了改性发酵对柚子皮SDF功能活性的影响。结果表明,使用penicillium ***-1发酵柚子皮既能优化SDF的水合特性,又能增强SDF对胰脂肪酶的抑制能力、胆酸盐及胆固醇的吸附能力,且在p H=7时(模拟小肠环境)显示出最佳的胆固醇吸附效果。根据胆汁酸束缚动力学模型,菌株发酵可溶性膳食纤维(FG-SDF)显示出了最高的混合胆汁酸束缚能力,且这种束缚效果呈现出明显的剂量依赖性。(5)通过FTIR、XRD、质构、GC-IMS、体外模拟消化等指标综合评估了添加SDF对面包烘焙属性的影响,同时分析了添加SDF对面包中淀粉、蛋白质以及挥发性风味化合物的影响。结果表明,添加改性前后的SDF均明显改变了面包的基本化学组成,优化了面包的水合特性,改善了面包的硬度和咀嚼性,同时还促进了面包烘焙过程中水的移动。其中,添加FG-SDF显著提升了面包中结合水的含量,稳定了面筋的蛋白质结构,促进了样品中淀粉的聚集,同时显著提升了样品的相对结晶度、直链淀粉以及抗性淀粉(RS)的含量,并显著降低了快消化淀粉(RDS)含量。GC-IMS结果显示,添加FG-SDF赋予了面包新挥发性成分的同时,还能有效保留了面包本身的有益风味物质。

关键词：柚子皮膳食纤维菌种选育纤维素降解菌改性发酵纤维面包

石墨烯改性柚子皮活性炭复合材料的制备及其电化学性能研究

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化工新型材料 2024年第5期52卷 109-114页

作者：张景迅魏雨张少朋黄淮学院化学与制药工程学院驻马店463000

以柚子皮为原料、采用水热浸渍法在氢氧化钾活化作用下制备得到柚子皮基生物质活性多孔炭材料。然后以乙醇和水作为溶剂,采用水热法将柚子皮基活性炭与氧化石墨烯进行复合,通过红外、扫描电镜、热重分析等方法表征了复合活性炭的化学结... 详细信息

以柚子皮为原料、采用水热浸渍法在氢氧化钾活化作用下制备得到柚子皮基生物质活性多孔炭材料。然后以乙醇和水作为溶剂,采用水热法将柚子皮基活性炭与氧化石墨烯进行复合,通过红外、扫描电镜、热重分析等方法表征了复合活性炭的化学结构和微观形貌,最后采用恒电流充放电、循环伏安和交流阻抗测试等方法对柚子皮基复合活性炭电极的电化学性能进行了比较。结果表明:800℃活化1h和1.0A/g的条件下得到活性炭电极材料比电容可达218.6F/g,说明该活性炭材料具有优异的电化学性能,有望应用于超级电容器领域。

关键词：柚子皮活性炭氧化石墨烯超级电容器

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柚子皮材料的综合利用及其应用研究进展

江苏丝绸 2024年第1期53卷 4-8,18页

作者：柴文波徐文齐黄紫娟赵兵姚平曹天天李沛赢苏州经贸职业技术学院江苏苏州215000

柚子皮中存在多种维生素、天然果胶、矿物质、黄铜等活性成分,并具有蜂窝状的孔径结构,这些结构可以让它在食品、吸附染料等领域有着广泛的应用。本文根据柚子皮的吸附性能、抗氧化性和抑菌性质,阐述了柚子皮所含的活性成分、提取方法... 详细信息

柚子皮中存在多种维生素、天然果胶、矿物质、黄铜等活性成分,并具有蜂窝状的孔径结构,这些结构可以让它在食品、吸附染料等领域有着广泛的应用。本文根据柚子皮的吸附性能、抗氧化性和抑菌性质,阐述了柚子皮所含的活性成分、提取方法以及在纺织印染行业中的应用。本文对柚子皮综合利用生产附加值产品的研究进展进行综述,结果表明柚子皮是一种环境友好型的吸附材料。

关键词：柚子皮吸附剂多孔结构综合利用

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柚子皮活性碳制备及吸附性能探究

广州城市职业学院学报 2024年第3期18卷 90-95页

作者：张卫丽张越华广州城市职业学院食品健康学院广东广州510000

利用柚子皮制备出IR-750、IR-850和IR-950三种吸附碳,并对吸附碳进行红外吸收光谱表征,探究了样品在不同的pH、吸附时间、吸附剂量单因素条件下对Cu^(2+)、Cr^(6+)、Ag^(+)和Zn^(2+)四种离子的吸附性能。通过单因素实验探究后选取了对C... 详细信息

利用柚子皮制备出IR-750、IR-850和IR-950三种吸附碳,并对吸附碳进行红外吸收光谱表征,探究了样品在不同的pH、吸附时间、吸附剂量单因素条件下对Cu^(2+)、Cr^(6+)、Ag^(+)和Zn^(2+)四种离子的吸附性能。通过单因素实验探究后选取了对Cu2+离子综合吸附性能正交试验进行研究。结果表明三种吸附碳中都有-C=O、-OH、-C-O特征官能团,在吸附性试验中,得出了不同因素对吸附性能的影响效果。根据单因素结果选择了样品IR-850进行正交试验探究,结果表明吸附时间对IR-850样品吸附性能影响最大,其最优化吸附条件为吸附反应时间240分钟,pH为5,加入吸附剂100mg,此时测得对400mg/L的Cu^(2+)溶液吸附率最高,达88.73%。本研究发现柚子皮碳化制备生物碳样品对环境中金属离子有一定的吸附效果,是一种可开发的吸附碳材料。

关键词：柚子皮生物碳吸附性

柚子皮生物活性炭的改性及对异戊二烯的吸附性能研究

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浙江林业科技 2024年第3期44卷 81-87页

作者：刘璇郭明郑泽涛王杰董敦义荆彦伟浙江农林大学化学与材料工程学院浙江杭州311300 安吉县竹产业发展中心浙江安吉313300

柚子Citrus maxima在我国广受欢迎,柚子皮所具有的海绵状多孔结构,使其具有很强的吸附作用。本文拟采用柚子皮制备生物活性炭-VOCs固气型复合体,并进行苯系污染物降解性能研究。对柚子皮进行炭化后,经过碱溶液活化,分别以NaNO_(2)、KMnO... 详细信息

柚子Citrus maxima在我国广受欢迎,柚子皮所具有的海绵状多孔结构,使其具有很强的吸附作用。本文拟采用柚子皮制备生物活性炭-VOCs固气型复合体,并进行苯系污染物降解性能研究。对柚子皮进行炭化后,经过碱溶液活化,分别以NaNO_(2)、KMnO_(4)、(NH_(4))_(2)S_(2)O_(8)氧化改性处理得到改性柚皮活性炭。选用不同氧化改性柚皮活性炭吸附回收VOCs中的异戊二烯以促进苯系污染物降解。实验得出,NaNO_(2)、KMnO_(4)、(NH_(4))_(2)S_(2)O_(8)改性的柚皮活性炭对异戊二烯的吸收过程均遵循准二级动力学,说明反应速率与反应物浓度的二次方成正比;吸附热力学实验发现其显著符合Langmuir模型,与Freundlich拟合较差,1/n不具备参考价值。符合Langmuir说明其吸附为单分子层吸附,且吸附位点能量均统一。其中(NH_(4))_(2)S_(2)O_(8)改性的柚皮生物活性炭对异戊二烯的吸附量在25℃时为3.93mg∙g^(-1),吸附性能最好。

关键词：柚子皮活性炭异戊二烯氧化改性

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柚子皮果酒发酵工艺的研究

食品安全导刊 2024年第3期 137-140,145页

作者：戚启琼韦倩妮罗珺文梁芳北海职业学院广西北海536100

本文以柚子皮、糯米为主要原料,通过单因素和正交试验确定柚子皮果酒的发酵工艺。结果表明,柚子皮果酒发酵的最佳工艺条件为柚皮浆5%、甜酒曲1.5%、果胶酶0.4%、纯净水15%、发酵温度30℃和发酵时间4 d。在该条件下,柚子皮果酒的可溶性... 详细信息

本文以柚子皮、糯米为主要原料,通过单因素和正交试验确定柚子皮果酒的发酵工艺。结果表明,柚子皮果酒发酵的最佳工艺条件为柚皮浆5%、甜酒曲1.5%、果胶酶0.4%、纯净水15%、发酵温度30℃和发酵时间4 d。在该条件下,柚子皮果酒的可溶性固形物为20%,酒精度为12%,pH值为5。

关键词：柚子皮果胶酶果酒发酵

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柚子皮饼干制作工艺优化分析

现代食品 2024年第4期30卷 125-128页

作者：李天一尹凯静孙浩浩苏超芜湖职业技术学院食品与生物工程学院安徽芜湖241006

本研究运用响应面技术,采用单因素实验,分析了油脂中黄油的占比、小苏打添加量、柚子皮粉添加量对饼干品质的影响,旨在优化柚子皮饼干工艺参数。结果表明,本研究建立的实验模型稳定可靠,可以为柚子皮饼干的制作提供理论参考。

关键词：饼干柚子皮制作工艺响应面优化

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磷酸改性的柚子皮生物炭对铅污染土壤的修复研究

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嘉应学院学报 2024年第3期42卷 37-42页

作者：常彦平孔令花姚婉清刘献虎郭红卫嘉应学院化学与环境学院广东梅州514015

在较低温度下以废弃柚子皮为原料,通过一步法制备了一种磷酸改性的柚子皮生物炭(PFPPB),并对其进行表征,用于原位固定修复铅污染的土壤.结果表明,PFPPB的加入可以明显改善土壤理化性质.毒性特性浸出程序(TCLP)测试结果表明,经过PFPPB钝... 详细信息

在较低温度下以废弃柚子皮为原料,通过一步法制备了一种磷酸改性的柚子皮生物炭(PFPPB),并对其进行表征,用于原位固定修复铅污染的土壤.结果表明,PFPPB的加入可以明显改善土壤理化性质.毒性特性浸出程序(TCLP)测试结果表明,经过PFPPB钝化修复后的土壤中TCLP-提取铅的含量明显降低,加入8%的PFPPB时对铅的修复效率可以达到51.89%.植物毒性实验结果表明,加入PFPPB可以提高铅污染土壤中小麦种子发芽率,促进小麦苗的生长,降低小麦苗体内铅含量.

关键词：土壤修复铅污染生物炭柚子皮

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改性柚子皮渣吸附剂的制备及吸附性能研究

广州化工 2024年第9期52卷 44-46,61页

作者：吴林阳周美宁任俊鹏王毓王拓杨炼贵州师范学院化学与材料学院贵州贵阳550018

柚子皮是低成本、环境友好的农林类生物质废弃物之一。以废弃的柚子皮为原料,使用硅烷改性的方法对柚子皮表面进行改性。采用扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、接触角测量仪对改性前后的材料进行分析,并对改性前后的... 详细信息

柚子皮是低成本、环境友好的农林类生物质废弃物之一。以废弃的柚子皮为原料,使用硅烷改性的方法对柚子皮表面进行改性。采用扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、接触角测量仪对改性前后的材料进行分析,并对改性前后的柚子皮进行有机物宏观吸附和吸附量的测定。结果显示,改性后的柚子皮润湿角达到146.1°,显现出优良的疏水亲油效果。与原始的柚子皮相比,改性后的柚子皮表面粗糙度增加,且对有机水体污染物的吸附效果得到明显提高。

关键词：柚子皮表面改性吸附性能硅烷改性