一種稻殼基多孔炭真菌毒素吸附劑製備方法
2023-07-15 16:46:36
專利名稱：一種稻殼基多孔炭真菌毒素吸附劑製備方法
技術領域：
本發明涉及一種吸附劑製備方法，特別涉及一種以稻殼為原料製備真菌毒素吸附劑的方法，屬於食品和飼料脫毒技術領域。
背景技術：
真菌廣泛分布於自然界，種類繁多、數量龐大，與人類關係十分密切，有許多真菌對人類有益，而有些真菌對人類有害。真菌毒素是真菌產生的次級代謝產物。早在20世紀20年代，人們已注意到真菌毒素中毒的現象。由於真菌的生物學特性所決定，它汙染的對象主要是潮溼的或半乾燥的貯藏食品，因此糧食大豆汙染尤為嚴重。據聯合國糧食與農業組織(FAO)報告，全球每年約有25%的農作物遭受真菌及其毒素汙染，約有2%的農作物因汙染嚴重而失去營養和經濟價值。全球每年因真菌毒素汙染而造成的直接及間接損失可能達 到數百億美元。目前已知有300多種不同的真菌毒素。對人類危害嚴重的真菌毒素主要有十幾種，其中包括黃麴黴毒素、展青黴素(PAT)、玉米赤黴烯酮(ZEN)、橘黴素(citrinin)和脫氧雪腐鐮刀菌烯(DON)等。為了防止穀物被真菌毒素感染，人們嘗試很多的方法。在穀物被感染之前及早預防當然是一種很好的選擇。其一，我們可以通過選育本身具有抗真菌感染能力的植株。但是，這種大規模選育的過程是一種在時間和經濟上成本都很髙的做法。於是，通過基因工程手段對植物進行改造，使其具有抗真菌感染的能力就成為一種實用而有效的方法。現在人們已知幾種有抗真菌作用的蛋白質和多肽，因此通過蛋白質組學和基因組學的手段，人們可以給植物賦予抗真菌的能力。然而，由於預防手段的有效性取決於很多因素，包括該年份的氣候條件、當地作物的種類和生產條件。因此，使用物理、化學或生物降解的方法對已被真菌毒素汙染的穀物進行處理，降低其危害，就成了一種實用而普遍的做法。目前比較有應用價值的真菌毒素脫毒方法是吸附法。常用的吸附劑包括鋁矽酸鹽、活性炭和葡萄糖甘露聚糖等。其中研究最多的是鋁矽酸鹽類吸附劑，如天然的蒙脫石、沸石、粘土、膨潤土以及它們的一些改性物等。這些天然礦產物由於產地、組成和結構的差異，使得它們的吸附性能千差萬別，由此也造成了現在市場上出現的各種黴菌毒素吸附劑的作用效果相去甚遠。其次，由於這類吸附劑都為天然礦物或其改性物，往往重金屬和土壤中的各種汙染物，如二惡英等含量高，如果添加到食品或飼料中，有可能會造成新的汙染，甚至成為更為嚴重的食品安全隱患。活性炭是常用的一類吸附劑，其用於吸附真菌毒素的研究國外也有一些報導。研究發現活性炭對於真菌毒素有良好的吸附效果。一些動物實驗也證實飼料中添加活性炭可以有效抑制真菌毒素的不良影響，但是不同的活性炭產品表現出了很大的性能差異。作為吸附劑的活性炭產品主要包括煤焦活性炭和生物質活性炭。煤焦活性炭一般比表面積較高，但是有害雜質含量往往較高，不適於用作食品、醫藥、飼料、生物工程等領域。生物質活性炭主要是由木材和果殼等天然木質纖維素材料製成的，廣泛用於食品、飲用水、醫藥等領域。由於原料來源和製備工藝的不同，生物質活性炭的比表面積和孔結構也有很大差異，其吸附性能也不盡相同。稻殼是稻米加工業最大的副產物，約佔稻穀籽粒重量的18% 22%，每年我國稻米加工企業產生的廢棄稻殼約O. 4億噸。稻殼的體積很大，如不及時處理，不僅影響環境衛生，而且堆積時間過長還有自燃的危險，因此國內外對稻殼的處理和利用都引起了高度關注。稻殼是一種木質纖維素材料，是優質廉價的可再生生物質資源，經過適當的炭化處理可以製備性能優異的多孔炭材料。近年來，國內外有文獻報導了以稻殼為原料製備的多孔炭材料對於重金屬離子和有機染料等具有良好的吸附性能。但是稻殼基多孔炭對於真菌毒素的吸附研究尚未見報導。
發明內容
鑑於上述現有生產工藝中存在的問題，提出了本發明。因此，本發明的目的在於利用廉價的稻殼，採用分步炭化法製備一種稻殼基多孔炭真菌毒素吸附劑，廣泛用於食品、飼料領域真菌毒素的脫毒處理。 為解決上述技術問題，本發明提供了如下技術方案一種稻殼基多孔炭真菌毒素吸附劑製備方法，其以稻殼為原料，經低溫預炭化後以一定濃度的鹼溶液浸潰處理，最後在隔絕空氣的條件下燒結，生成吸附劑成品。本發明具體是按照以下順序的操作步驟實現稻殼基多孔炭真菌毒素吸附劑製備的步驟一，清洗乾燥，用水將稻殼清洗乾淨並在一定溫度下進行晾乾或乾燥處理；步驟二，預炭化，將清洗乾燥後的稻殼在一定溫度條件下進行預炭化處理；步驟三，浸潰，用一定濃度的鹼溶液對預炭化後的產物進行浸潰處理；步驟四，燒結，對浸潰後的產物在一定溫度條件下隔絕空氣燒結；步驟五，再度洗滌乾燥，燒結處理冷卻後再度對產物進行洗滌乾燥處理得到成品。作為本發明所述稻殼基多孔炭真菌毒素吸附劑製備方法的一種優選方案，其中步驟二中所述一定溫度條件下為200°C 300°C。作為本發明所述稻殼基多孔炭真菌毒素吸附劑製備方法的一種優選方案，其中步驟二中所述預炭化處理其是將清洗乾燥後的稻殼置於馬弗爐中200°C 300°C預炭化O. 5h I. 5h0作為本發明所述稻殼基多孔炭真菌毒素吸附劑製備方法的一種優選方案，其中步驟三中所述一定濃度的鹼溶液為5% 20%的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。作為本發明所述稻殼基多孔炭真菌毒素吸附劑製備方法的一種優選方案，其中步驟三中所述浸潰處理其是將預炭化產物用5% 20%的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液浸潰22h 25h。作為本發明所述稻殼基多孔炭真菌毒素吸附劑製備方法的一種優選方案，其中步驟四中所述一定溫度條件為500°C 800°C。作為本發明所述稻殼基多孔炭真菌毒素吸附劑製備方法的一種優選方案，其中步驟四中所述燒結其是將浸潰後的產物在500°C 800°C隔絕空氣燒結I 4h。本發明稻殼基多孔炭真菌毒素吸附劑製備方法的有益效果為，
(I)利用廉價稻殼資源製備能夠高效吸附真菌毒素的多孔炭吸附劑，製備工藝簡單、成本低廉；(2)本發明製備的稻殼基多孔炭可以用於食品領域真菌毒素的脫毒處理，如花生油、玉米油加工過程中脫除真菌毒素；牛奶中殘餘真菌毒素的去除；對於受真菌毒素汙染的大米、玉米等在淘洗過程中加入稻殼基多孔炭，可以有效去除真菌毒素；(3)本發明製備的稻殼基多孔炭可以用於飼料領域真菌毒素的脫毒處理。在畜禽飼料中添加一定量的稻殼基多孔炭，可以在動物的胃(酸性環境)和腸道(中性環境)中吸附真菌毒素。由於吸附穩定，解吸率低，因此毒素會隨糞便排出體外，不會造成二次中毒。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明作進一步說明
實施例I
以黃麴黴毒素為例將IOOg稻殼清洗乾燥後在馬弗爐中220°C預炭化lh，然後將預炭化產物用10%的氫氧化鈉溶液浸潰24h，過濾後置於燒結爐中隔絕空氣500°C炭化2h，冷卻至室溫後洗滌至中性，將固形物乾燥得到稻殼基多孔炭，其比表面積為85m2/g。當黃麴黴毒素濃度高達I μ g/mL時，黃麴黴毒素的脫除率為98. 9%，8h解吸率3. 1%。實施例2以玉米赤黴烯酮為例將IOOg稻殼清洗乾燥後在馬弗爐中250°C預炭化lh，然後將預炭化產物用10%的氫氧化鈉溶液浸潰24h，過濾後置於燒結爐中隔絕空氣600°C炭化4h，冷卻至室溫後洗滌至中性，將固形物乾燥得到稻殼基多孔炭，其比表面積為351m2/g。當玉米赤黴烯酮濃度高達I μ g/mL時，玉米赤黴烯酮的脫除率為99. 3%，8h解吸率I. 0%。實施例3以黃麴黴毒素為例將IOOg稻殼清洗乾燥後在馬弗爐中250°C預炭化O. 5h，然後將預炭化產物用5%的氫氧化鈉溶液浸潰22h，過濾後置於燒結爐中隔絕空氣600°C炭化3h，冷卻至室溫後洗滌至中性，將固形物乾燥得到稻殼基多孔炭，其比表面積為138m2/g。當黃麴黴毒素濃度高達I μ g/mL時，黃麴黴毒素的脫除率為99. 7%，8h解吸率I. 0%。實施例4以展青黴素為例將IOOg稻殼清洗乾燥後在馬弗爐中250°C預炭化lh，然後將預炭化產物用10%的氫氧化鈉溶液浸潰24h，過濾後置於燒結爐中隔絕空氣700°C炭化2h，冷卻至室溫後洗滌至中性，將固形物乾燥得到稻殼基多孔炭，其比表面積為633m2/g。當展青黴素濃度高達I μ g/mL時，展青黴素的脫除率為99. 9%，8h解吸率O. 3%。實施例5以黃麴黴毒素為例將IOOg稻殼清洗乾燥後在馬弗爐中280°C預炭化lh，然後將預炭化產物用20%的氫氧化鈉溶液浸潰24h，過濾後置於燒結爐中隔絕空氣700°C炭化lh，冷卻至室溫後洗滌至中性，將固形物乾燥得到稻殼基多孔炭，其比表面積為589m2/g。當黃麴黴毒素濃度高達I μ g/mL時，黃麴黴毒素的脫除率為99. 9%，8h解吸率O. 1%。實施例6以黃麴黴毒素為例將IOOg稻殼清洗乾燥後在馬弗爐中220°C預炭化lh，然後將預炭化產物用5%的氫氧化鈉溶液浸潰24h，過濾後置於燒結爐中隔絕空氣750°C炭化lh，冷卻至室溫後洗滌至中性，將固形物乾燥得到稻殼基多孔炭，其比表面積為499m2/g。當黃麴黴毒素濃度高達
Iμ g/mL時，黃麴黴毒素的脫除率為99. 9%，8h解吸率O. 1%。本發明稻殼基多孔炭真菌毒素吸附劑可以用於食品和飼料領域真菌毒素的脫毒處理。該發明其以稻殼為原料，經馬弗爐低溫預炭化，去除水分和易揮發成分，初步形成炭 化物網絡結構，然後以一定濃度的鹼溶液浸潰處理，去除炭化物網絡結構中的二氧化矽，最後在隔絕空氣的條件下燒結，生成理想的多孔結構。該產品的氮吸附BET比表面積為30 900m2/g。在pH=2-7的條件下，稻殼基多孔炭對黃麴黴毒素具有優異的吸附性能。實際中，以黃麴黴毒素為例，當黃麴黴毒素濃度高達I μ g/mL時，稻殼基多孔炭對黃麴黴毒素的脫除率都達到了 98%以上，而且吸附穩定，8h解吸率均低於5%。在酸性到中性條件下，當各種真菌毒素濃度高達I μ g/mL時，稻殼基多孔炭對各種真菌毒素的脫除率都達到了 98%以上，而且吸附穩定，8h解吸率均低於5%，因此稻殼基多孔炭是優異的真菌毒素吸附劑。由於稻殼基多孔炭安全無毒，重金屬等雜質含量極低，是食品和飼料脫除真菌毒素汙染的理想吸附劑產品。應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種稻殼基多孔炭真菌毒素吸附劑製備方法，其特徵在於其以稻殼為原料，經低溫預炭化後以一定濃度的鹼溶液浸潰處理，最後在隔絕空氣的條件下燒結，生成吸附劑成品。
2.一種根據權利要求I所述的稻殼基多孔炭真菌毒素吸附劑製備方法，其特徵在於 按照以下順序的操作步驟實現稻殼基多孔炭真菌毒素吸附劑製備的 步驟一，清洗乾燥，用水將稻殼清洗乾淨並在一定溫度下進行晾乾或乾燥處理； 步驟二，預炭化，將清洗乾燥後的稻殼在一定溫度條件下進行預炭化處理； 步驟三，浸潰，用一定濃度的鹼溶液對預炭化後的產物進行浸潰處理； 步驟四，燒結，對浸潰後的產物在一定溫度條件下隔絕空氣燒結； 步驟五，再度洗滌乾燥，燒結處理冷卻後再度對產物進行洗滌乾燥處理得到成品。
3.根據權利要求2所述的稻殼基多孔炭真菌毒素吸附劑製備方法，其特徵在於步驟二中所述一定溫度條件下為200°C 300°C。
4.根據權利要求2所述的稻殼基多孔炭真菌毒素吸附劑製備方法，其特徵在於步驟二中所述預炭化處理其是將清洗乾燥後的稻殼置於馬弗爐中200°C 300°C預炭化I小時。
5.根據權利要求2所述的稻殼基多孔炭真菌毒素吸附劑製備方法，其特徵在於步驟三中所述一定濃度的鹼溶液為5% 20%的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。
6.根據權利要求2所述的稻殼基多孔炭真菌毒素吸附劑製備方法，其特徵在於步驟三中所述浸潰處理其是將預炭化產物用5% 20%的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液浸潰22h 25h。
7.根據權利要求2所述的稻殼基多孔炭真菌毒素吸附劑製備方法，其特徵在於步驟四中所述一定溫度條件為500°C 800°C。
8.根據權利要求2所述的稻殼基多孔炭真菌毒素吸附劑製備方法，其特徵在於步驟四中所述燒結其是將浸潰後的產物在500°C 800°C隔絕空氣燒結I 4h。
全文摘要
本發明公開一種稻殼基多孔炭真菌毒素吸附劑製備方法，其以稻殼為原料，經低溫預炭化後以一定濃度的鹼溶液浸漬處理，最後在隔絕空氣的條件下燒結，生成吸附劑成品。在酸性到中性條件下，當各種真菌毒素濃度高達1μg/mL時，稻殼基多孔炭對各種真菌毒素的脫除率都達到了98%以上，而且吸附穩定，8h解吸率均低於5%，因此稻殼基多孔炭是優異的真菌毒素吸附劑。由於稻殼基多孔炭安全無毒，重金屬等雜質含量極低，是食品和飼料脫除真菌毒素汙染的理想吸附劑產品。
文檔編號B01J20/20GK102847512SQ20121037452
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月27日 優先權日2012年9月27日
發明者李曉瑄, 陸鳳鳳 申請人:江南大學