鹽酸改性西瓜皮不溶性膳食纖維對亞硝酸鹽的吸附作用

劉靜娜， 莊遠紅

(閩南師范大學 生物科學與技術學院， 福建 漳州 363000)

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

西瓜皮，市售西瓜取皮。

亞硝酸鈉，新鄉市中信化工助劑有限公司；對氨基苯磺酸，武漢頂輝化工有限公司；鹽酸萘乙二胺，上海譜振生物科技有限公司；鹽酸，重慶市華東化工有限公司；氫氧化鈉，上海蘇科化工有限公司。

1.2 儀器與設備

HQY- C型恒溫振蕩搖床，金壇市鴻科儀器廠；1510型全波長酶標儀，Thermo Fisher Scientific公司；AR124W型電子天平，奧豪斯儀器(上海)有限公司；EL20型pH計，梅特勒- 托利多儀器(上海)有限公司；LG- 0.2型真空冷凍干燥機，沈陽航天新陽速凍設備制造有限公司；RE- 301型旋轉蒸發儀，鞏義市予華儀器有限責任公司；FW100型高速萬能粉碎機，天津市泰斯特儀器有限公司；膠體磨，鄭州玉祥食品機械有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1西瓜皮IDF的制備

提取工藝流程[9]：新鮮西瓜皮去掉瓤組織并刮掉綠色皮表，切碎，經膠體磨破碎后與體積分數50%～60%乙醇按料液比(g/mL)1∶1混合，于85 ℃水浴60 min；過濾后，濾渣加8倍體積去離子水，用HCl調節pH值至2，在85 ℃水浴處理1～2 h；過濾后，濾渣加10倍體積去離子水，用NaOH調節pH值至12，在40 ℃水浴1 h；用300目尼龍紗布過濾，濾渣用去離子水洗至中性后，加5～8倍體積水，用HCl調節pH值至2，80 ℃水浴1～2 h；過濾，濾渣用去離子水洗至中性，凍干后，得到IDF。

1.3.2西瓜皮HCl-IDF的制備

西瓜皮IDF與體積分數10% HCl按料液比(g/mL)1∶10混合，80 ℃水浴處理1.5 h，過濾后，濾渣用去離子水洗至中性，凍干后即為HCl-IDF。

q=(ρ0-ρ)V/W；

(1)

η=(ρ0-ρ)×100%/ρ0。

(2)

1.3.5吸附動力學相關方程式

準一級吸附動力學方程見式(3)，準二級吸附動力學方程見式(4)。

(3)

(4)

式(3)、式(4)中，qe、qt分別為吸附平衡及t時刻的吸附量，mg/g；t為吸附時間，min；K1為準一級吸附速率常數，1/min；K2為準二級吸附速率常數，g/(mg·min)。

Van’t Hoff方程見式(5)。

lnK=ΔS/R-ΔH/RT。

(5)

式(5)中，K為吸附分配系數，L/g；R為氣體常數，8.314 J/(mol·K)；T為熱力學溫度，K；ΔH為吸附焓變，kJ/mol；ΔS為吸附熵變，J/(mol·K)。ΔH和ΔS可通過式(5)的截距和斜率計算得到。

Langmuir與Freundlich吸附等溫方程見式(6)、式(7)。

(6)

(7)

1.4 數據處理

采用Excel對數據進行分析與處理。所有實驗均進行3次平行實驗，數據以means±SD表示。

2 結果與分析

2.1 鹽酸改性對吸附效果的影響

表1 IDF與HCl-IDF對的吸附效果

2.2 pH值與吸附效果的關系

圖1 pH值對吸附效果的影響Fig.1 Effect of pH on adsorption of

2.3 HCl-IDF添加量與吸附效果的關系

圖2 HCl-IDF添加量對吸附效果的影響Fig.2 Effect of HCl-IDF addition on adsorption of

2.4 初始質量濃度與吸附效果的關系

圖初始質量濃度對吸附效果的影響Fig.3 Effect of initial concentration on adsorption of

2.5 吸附時間與吸附效果的關系及動力學分析

圖4 吸附時間對吸附效果的影響Fig.4 Effect of adsorption time on adsorption of

表2 Langergren準一級、準二級動力學擬合參數

2.6 溫度與吸附效果的關系及熱力學分析

圖5 溫度對吸附效果的影響Fig.5 Effect of temperature on adsorption of

吉布斯自由能變化ΔG、熵變ΔS、焓變ΔH是常用的3個判斷吸附過程是否自發進行的熱力學參數，可由Van’t Hoff關系式及Gibbs方程通過溫度對吸附平衡的影響數據計算得到。根據實驗數據，按照式(5)對lnK和1/T的關系進行擬合計算，其結果見表3。

2.7 吸附等溫線的擬合分析

表3 HCl-IDF對的吸附熱力學參數

pH值2.5，HCl-IDF添加量12.5 g/L，振蕩溫度328 K。圖6 不同初始質量濃度和吸附時間對吸附量 的影響Fig.6 Adsorption amounts of at different initial concentrations and adsorption time

3 結 論

表4 等溫吸附模型擬合參數

振蕩溫度328 K。

研究表明多種膳食纖維均對亞硝酸鹽有良好的吸附作用[5-6]，但多僅限于吸附量的測定。本研究通過HCl改性IDF以提高吸附性能，并對亞硝酸鹽的吸附條件用動力學方程進行擬合，探討了吸附的機理，為后續進一步的應用提供了理論基礎。