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集美大学倪辉教授团队:通过不同方法提取柚子纤维素及其特性和功能的研究 | MDPI Polymers 精选

已有 3678 次阅读 2022-9-29 09:11 |个人分类:学术软文|系统分类:论文交流

文章导读

柚子具有提取纤维素的潜力。集美大学倪辉教授团队在 Polymers 发表了题为“Characterization and Functionality of Cellulose from Pomelo Fruitlets by Different Extraction Methods”的文章,研究了通过不同提取方法提取的柚子纤维素的特性和功能。本文以柚子为原料,分别采用酸-碱性过氧化氢水解 (CAA)、碱性过氧化氢水解 (CA) 和超声辅助碱性过氧化氢水解 (CUA) 提取纤维素 (后文分别用 CAA、CA 和 CUA 代表三种制备方法所得样品)。结果表明,与 CAA 和 CA 相比,CUA 的结晶度更高、粒度更小、产率更高、纯度更高 (p < 0.05)。其中,CUA 的产率比 CAA 提高了82.75%,纯度提高了 26.42%。此外,CUA 的持水和持油能力均优于 CAA 和 CA,分别提高了 13~23% 和 10~18%。持水和持油能力的提高与颗粒尺寸随比表面积的增大而减小密切相关。结果表明,超声波辅助碱性过氧化氢水解是一种有效制备高纯度柚子纤维素的方法,该纤维素有望成为一种食品稳定剂和药物添加剂。图片摘要如图 1 所示。

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图 1. 图片摘要。


结果与讨论

图 2 显示了通过不同提取方法提取的三种柚子纤维素的 FT-IR 光谱。1740 cm-1 处的特征峰在纤维素 CAA、CA 和 CUA 的 FT-IR 光谱中消失了,这表明大部分半纤维素和果胶已被去除。1520~1510 cm-1 处的特征峰归因于木质素芳环的芳族 -C=C- 伸展。1300~1200 cm-1 处的特征峰是由木质素和半纤维素的芳基的 C-O 面外拉伸引起的。与天然柚子果实粉末相比,无法观察到三种纤维素在 1520 和 1250 cm-1 处的特征峰。以上结果表明,以柚子为原料制备纤维素是成功的。

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图 2. 柚子纤维素的 FT-IR 光谱。CAA、CA 和 CUA 分别为酸性-碱性过氧化氢水解、碱性过氧化氢水解和超声辅助碱性过氧化氢水解制备的纤维素;PP 是天然柚子果实粉末。


图 3 为三种柚子纤维素的 XRD 图谱。结果表明,超声波辅助碱性过氧化氢水解可以去除柚子中的木质素和半纤维素,较好地生产结晶度较高的纤维素,为提高柚子的高价值应用提供了一种有效的方法。

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图 3. 柚子纤维素的 XRD 谱图。


图 4 显示了从柚子中提取的三种纤维素的 SEM 显微图。纤维素 CAA 和 CA 的形态非常相似,均具有叶状结构和不规则卷曲的外观。纤维素 CUA 具有比纤维素 CA 和 CAA 更明显的折叠结构,其表面更粗糙。综上所述,超声辅助碱性过氧化氢水解能够促进柚子纤维素的超细纤维形成,使其粒径减小。

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图 4. 柚子纤维素的 SEM 图像:(a) 放大 300 倍的 CAA;(b) 放大 300 倍的 CA;(c) 放大 500 倍的 CUA;(d) 放大 1500 倍的 CAA;(e) 放大 1500 倍的 CA;(f) 放大 5000 倍的 CUA。


图 5 为柚子体内纤维素的粒径分布。三种纤维素的粒径分布曲线均为单峰窄峰,说明纤维素的粒径分布均匀。这些发现与 SEM 观察结果一致,证实超声波处理可以有效降低柚子果实纤维素的粒径。因此,可以合理地假设超声波处理促进了碱性过氧化氢对降低柚子果实纤维素粒度的作用,有助于提高水解的产率和效率。

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图 5. (a) 柚子纤维素的粒度分布和 (b) 粒度参数。


持水力 (Water-Holding Capacity, WHC) 和持油力 (Oil-Holding Capacity, OHC) 是确定纤维素功能性的重要指标。表 1 显示了使用不同提取方法从柚子果实中提取纤维素的 WHC 和 OHC。结果表明,超声波辅助碱性过氧化氢水解从柚子果实中提取的纤维素具有最佳的 WHC 和 OHC 性能。


表 1. 柚子果实纤维素的持水持油能力

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作者对 DPPH (1,1-Diphenyl-2-Picrylhydrazyl) 和 ABTS 的体外清除能力进行了分析,柚子果实纤维素的体外抗氧化活性如图 6 所示。结果表明,超声辅助碱性过氧化氢水解法提取的柚子纤维素具有一定的抗氧化活性,但不高于 Vc。

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图 6. (a) 对柚子纤维素 CUA 的 DPPH 清除率和 (b) ABTS 清除率。


结论与展望

(1) 实验结果表明,柚子可以用来生产纤维素。

(2) 超声波辅助碱性过氧化氢水解法提取的 CUA 比酸性-碱性过氧化氢水解法和碱性过氧化氢水解法提取的 CA、CAA 产率高,纯度高,结晶度高,粒度小。

(3) 纤维素 CUA 具有较好的持水力和持油力。

(4) 超声波辅助碱性过氧化氢水解是一种前景很好的高效方法,通过该方法可以从柚子中制备高纯度纤维素,有望成为一种食品稳定剂和药物添加剂。


原文出自 Polymers 期刊

He, C.; Li, H.; Hong, J.; Xiong, H.; Ni, H.; Zheng, M. Characterization and Functionality of Cellulose from Pomelo Fruitlets by Different Extraction Methods. Polymers 202214, 518.


Polymers 期刊介绍

主编:Alexander Böker, University of Potsdam, Germany

期刊主题涉及聚合物化学、聚合物分析与表征、高分子物理与理论、聚合物加工、聚合物应用、生物大分子、生物基和生物可降解聚合物、循环和绿色聚合物科学、聚合物胶体、聚合物膜和聚合物复合材料等研究领域。

2021 Impact Factor:4.967

2021 CiteScore:5.7

Time to First Decision:11.4 Days

Time to Publication:31 Days

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