大兴安岭浆果植物越橘资源综合利用研究

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大兴安岭全面停止森林商业性采伐后,合理开发和利用林下野生经济植物资源逐渐成为当地新的经营发展思路。越橘作为重要的林下野生经济植物资源,其开发和利用越来越受到重视。为全面了解大兴安岭越橘资源的分布特点和开发利用现状,对大兴安岭越橘(Vaccinium vitis-idaea)资源的株数、总储量、年采集量和加工利用情况等进行了数据搜集、整理和分析。分析结果表明,越橘资源在大兴安岭分布的地带性强,资源储量丰富,以西北部林业局的分布较集中。越橘资源的年采集量整体呈上升趋势,当地对越橘资源的利用多以鲜果进行销售,经济附加值低,开发利用不充分。根据大兴安岭越橘资源的实际情况,进行了越橘果汁发酵果酒酿造工艺技术、越橘果渣的再利用和越橘叶活性成分的提取和富集等综合利用的研究,为越橘资源的后续深度开发利用提供技术参考。在越橘果酒酿造过程中,启酵困难是主要的技术难题。通过对越橘的总酸、总糖、pH值、可溶性固形物、苯甲酸和全氮含量等综合理化指标的测定,发现越橘果实本身的酸含量高和氮含量低是导致越橘果酒启酵困难的主要原因。为解决上述问题并考虑到工业生产的成本和实际操作可行性,通过调节越橘果汁pH值和稀释法降低越橘果汁的酸含量,并采用添加氮源的方式补充越橘果酒发酵所需的氮含量,促进发酵更加彻底。为保证越橘果酒品质,添加越橘果实质量0.3‰的果胶酶,在40℃条件下进行2.0 h酶解后得到越橘自流汁。以糖度为指标,探究不同的降酸处理、酵母类型和用量、碳源类型和用量以及氮源用量对越橘自流汁发酵速率的影响。在实验室2 L小型规模果酒发酵优化结果的基础上,采用10L全自动发酵罐进行放大发酵实验,摸索出了一套越橘干型果酒发酵流程。越橘果酒香气成分的检测结果表明,香气成分最高的为乙醇,相对含量高达86.30%,越橘果酒发酵充分。其它相对含量较高的香气成分为安息香酸乙酯、异戊醇、乙酸乙酯、苯乙醇和辛酸乙酯,具有花果香或奶油香气。为了对常作为废料处理的越橘果渣进行再利用,对其中的花色苷进行有效提取。由于花色苷结构的不稳定,并考虑到传统合成抗氧化剂在应用中的食品安全隐患,选择迷迭香提取物作为越橘果渣花色苷提取过程中的天然抗氧化剂,采用超声波辅助提取法进行提取。通过高效液相色谱法(HPLC)测得矢车菊素-3-半乳糖苷、矢车菊素-3-葡萄糖苷和矢车菊素-3-阿拉伯糖苷三种越橘主要花色苷的得率,并利用单因素实验、动力学模型和响应面法对影响越橘果渣花色苷得率的参数进行了系统优化,在优化条件下越橘果渣三种主要花色苷的提取总得率为4.12±0.18 mg/g。为进一步验证所建方法的有效性,在与越橘同属的浆果植物笃斯越橘果渣花色苷和黄酮的提取过程中,同样添加了迷迭香提取物作为抗氧化剂,明显提高了笃斯越橘果渣花色苷和黄酮的得率。迷迭香提取物作为天然成分,在代替合成抗氧化剂的使用上更加安全可靠,在今后植物易氧化成分的提取上具有较好的应用前景。越橘叶中含有丰富的酚类物质,以熊果苷、红景天苷和绿原酸为典型,且熊果苷的含量较大。采用微波预处理-循环超声提取技术,同时提取越橘叶中的熊果苷、红景天苷和绿原酸。对影响提取得率的9个因素进行单因素分析,采用PBD(Plackett-Burman设计)、动力学模型和BBD(Box-Behnken设计)进行主要影响因素的筛选。根据PBD实验结果,9个单因素中对三种目标分析物得率有正向影响的提取条件共8个(影响程度由大到小依次为液料比、超声辐照时间、超声辐照功率、乙醇体积分数、汽化剂浓度、汽化剂用量、微波辐照时间和微波辐照功率),负向影响因素1个(搅拌速度)。对PBD和动力学模型筛选出的液料比、超声辐照时间和超声辐照功率三个主要影响因素及其取值范围进行BBD优化,根据优化后的最佳提取条件,越橘叶中熊果苷、红景天苷和绿原酸的实际提取得率分别为 14.80±0.21 mg/g、1.23±0.04 mg/g 和 0.87±0.02 mg/g。为有效富集越橘叶提取液中的熊果苷、红景天苷和绿原酸,制备Fe3O4@SiO2@IL(VBimBr)磁性硅胶负载离子液体吸附剂材料,并对Fe3O4、Fe304@SiO2和Fe3O4@SiO2@IL(VBimBr)磁性材料进行表征,表征结果显示离子液体成功负载到了磁性硅胶上。采用上述制备的磁性吸附剂材料对熊果苷、红景天苷和绿原酸分别进行静态和动态吸附。静态吸附结果显示,当Fe3O4@SiO2@IL(VBimBr)磁性吸附剂对熊果苷、红景天苷和绿原酸达到吸附平衡时,磁性吸附剂对三种目标分析物的吸附率由大到小依次为绿原酸69.83%±1.13%、熊果苷62.13%±1.38%和红景天苷47.67%±1.35%。采用50%乙醇体积分数的洗脱剂对三种目标分析物进行解吸,达到解吸平衡时对三种目标分析物的解吸率由大到小分别为绿原酸82.47%±1.69%、红景天苷78.56%±1.12%和熊果苷73.64%±1.66%。与Freundlich吸附模型相比,熊果苷、红景天苷和绿原酸的吸附等温线更符合Langmuir吸附模型,Fe3O4@SiO2@IL(VBimBr)对越橘叶中三种目标分析物的吸附过程应为单层吸附。利用气液固三相磁流化床技术对熊果苷、红景天苷和绿原酸进行动态富集,气相、液相和固相分别为氮气、越橘叶提取液和Fe3O4@SiO2@IL(VBimBr)磁性吸附剂。对液体流速和磁场强度进行优化,优化后上样流速为6 mL/min。在42.59 Oe的外加磁场强度下,三种目标分析物更早达到动态吸附平衡。推断在上样流速为6 mL/min和42.59 Oe磁场强度条件下,磁流化床达到了磁稳定状态。以体积分数为50%的乙醇洗脱剂对目标分析物进行解吸,熊果苷、红景天苷和绿原酸的纯度分别为42.01%、1.85%和3.39%。Fe3O4@SiO2@IL(VBimBr)磁性吸附剂能够对越橘叶提取液中的熊果苷、红景天苷和绿原酸进行有效富集,且磁性吸附剂经多次重复利用仍有一定的富集能力,可有效降低成本。磁稳定状态下的动态富集过程使得固液接触更充分,富集效率更高。为进一步说明磁流化床气液固三相在动态富集过程中的流化特征,采用Fluent软件对动态过程进行了模拟。流场云图显示,在6 mL/min的上样流速和42.59 Oe的磁场强度条件下,床层几乎达到磁稳定状态,此时磁性吸附剂与目标分析物接触最充分,对三种目标分析物的富集效果应为最佳,模拟结果与实际实验结果相符。
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