超声波协同化学法制备稻秸秆微晶纤维素及其在面包中的应用

【摘要】：微晶纤维素（Microcrystalline Cellulose）是天然纤维素经稀酸水解至聚合度为15~375的纯净纤维素粉末，颜色洁白、无臭无味，具有良好的流动性。作为一种广受青睐的新兴食品添加剂，微晶纤维素可以作为悬浮稳定剂、乳化剂、增稠剂、膳食纤维补充剂和脂肪替代剂等而应用于多种食品中。在普遍使用价格昂贵的棉纤维或精制木浆为微晶纤维素生产原料的今天，稻秸秆这一廉价丰富且富含纤维素的可循环生物质材料正受到人们的极大关注，以其为原料制备微晶纤维素也成为人们研究稻秸秆开发利用的新途径。 本文以氢氧化钠蒸煮和双段漂白的方式获取了精制稻秸秆α-纤维素。通过单因素和正交实验确定最佳蒸煮条件为氢氧化钠1.0mol/L、固液比1:10、蒸煮时间60min和温度105℃。再经过双段漂白，稻秸秆中的纤维素含量由39.32%增加到90.51%，半纤维素含量由25.94%降低为9.49%。红外光谱证实，稻秸秆中的木素在处理之后完全消失。以上述精制稻秸秆-α纤维素为材料，采用超声波协同盐酸水解的方法进一步制备了稻秸秆微晶纤维素。结果表明超声波促进的纤维素酸水解反应，需要超声波能量为6KJ/g，盐酸的浓度为0.5mol/L，煮沸30min的过程中施加10min频率为20KHz的超声波，可以获得聚合度为168，得率为90.18%，纯度为99.92%的微晶纤维素。根据X-衍射的数据计算出超声波稻秸秆微晶纤维素的结晶指数为48.68%，相比于稻秸秆的40.45%有所升高；结晶类型没有改变，仍然为结晶Ⅰ型纤维素。红外分析表明，超声波没有导致稻秸秆微晶纤维素出现任何化学键的改变，只是促进了大分子的断裂，也没有过多地将纤维素水解为单糖。扫描电镜的结果显示，超声波稻秸秆微晶纤维素的颗粒表面光滑，粒度细小均匀，仅为20μm左右。 以稻秸秆微晶纤维素为膳食纤维来源，制作了高膳食纤维面包。和空白对照组相比，高膳食纤维的面包心水分含量由38.43%增加为42.93%，烘焙损失由11.82%减小到9.16%。虽然面包的比容从5.45下降到4.90，但是这样的改变没有影响感官评价的结果，感官评价的整体可接受度高于8.5分（满分9分），高膳食纤维面包的口感良好，无粗糙纤维感。 【关键词】：微晶纤维素 稻秸秆 超声波 高膳食纤维面包
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TS202.3;TS213.21
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-15
• 1.1 微晶纤维素概述7-11
• 1.1.1 微晶纤维素的理化性质7-8
• 1.1.2 微晶纤维素的制造工艺8-9
• 1.1.3 微晶纤维素的研究进展9-10
• 1.1.4 微晶纤维素的应用10-11
• 1.2 稻秸秆的组成特性与开发利用现状11
• 1.2.1 稻秸秆的基本成分11
• 1.2.2 稻秸秆的开发利用现状11
• 1.3 超声波及其对纤维素的影响11-12
• 1.4 立题背景与意义12-13
• 1.5 研究内容13-15
• 第二章 实验材料与方法15-23
• 2.1 实验材料与试剂15
• 2.2 主要仪器和设备15
• 2.3 试验方法15-23
• 2.3.1 稻秸秆基本成分的分析15-16
• 2.3.2 稻秸秆α-纤维素的制备16-17
• 2.3.3 超声波稻秸秆微晶纤维素的制备17-20
• 2.3.4 稻秸秆微晶纤维素的特性表征20-21
• 2.3.5 稻秸秆微晶纤维素在面包中的应用21-23
• 第三章 实验结果与讨论23-43
• 3.1 稻秸秆α-纤维素的制备23-26
• 3.1.1 碱处理稻秸秆的单因素实验分析23-24
• 3.1.2 碱煮稻秸秆的正交实验分析24-25
• 3.1.3 稻秸秆和漂白稻秸秆纤维素的化学成分对比25-26
• 3.1.4 稻秸秆和漂白稻秸秆纤维素的红外谱图分析26
• 3.2 稻秸秆微晶纤维素的制备26-37
• 3.2.1 超声波发生器对于漂白稻秸秆纤维素水解的影响26-27
• 3.2.2 盐酸浓度对于漂白稻秸秆纤维素酸水解的影响27-28
• 3.2.3 温度对于漂白稻秸秆纤维素酸水解的影响28-29
• 3.2.4 酸水解时间对于漂白稻秸秆纤维素酸水解的影响29-30
• 3.2.5 固液比对于漂白稻秸秆纤维素酸水解的影响30
• 3.2.6 超声能量变化对于漂白稻秸秆纤维素酸水解的影响30-31
• 3.2.7 不同质量的漂白稻秸秆纤维素的超声波酸水解效果31
• 3.2.8 超声波时间对于漂白稻秸秆纤维素酸水解的影响31
• 3.2.9 相同超声时间的不同脉冲方式对漂白稻秸秆纤维素酸水解体系的影响31-32
• 3.2.10 漂白稻秸秆纤维素酸水解的正交分析32-34
• 3.2.11 超声波处理对于纤维素聚合度的影响34
• 3.2.12 微晶纤维素的性质表征34-37
• 3.3 稻秸秆微晶纤维素在面包中的应用37-43
• 3.3.1 原料的粒度和持水力分析37
• 3.3.2 微晶纤维素对面包品质的影响37-39
• 3.3.3 微晶纤维素对面包全质构的影响39-40
• 3.3.4 微晶纤维素面包的感官评价40-43
• 主要结论与展望43-44
• 主要结论43
• 展望43-44
• 致谢44-45
• 参考文献45-54
• 附录: 作者在攻读硕士学位期间发表的论文54

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