近临界水中鱼类废弃物水解制备氨基酸的工艺优化及反应动力学研究

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1、上海大学硕士学位论文近临界水中鱼类废弃物水解制备氨基酸的工艺优化及反应动力学研究姓名：朱超申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：朱宪20090201上海大学硕士学位论文摘要我国是世界上水产业最发达的国家之一，尽管水产品总产量每年递增，居世界第一位，但我国水产加工量只占世界水产品总产量的30．5％，远远落后于世界先进发达国家70％的水平，尤其对淡水鱼、低值鱼和水产加工废弃物的利用率更低。这些鱼类废弃物的蛋白被大量弃置于环境中，不但污染水、大气环境，而且造成严重的资源浪费。在强调可持续发展的今天，应大力研究开发工艺简单

2、、经济环保、高效节能的鱼类废弃物水解工艺和方法，使大量的水产蛋白废物转变成可消化多肽和复合氨基酸，将其直接应用或作为进一步提纯氨基酸的廉价易得的原料，从而减少环境污染，获得良好的经济效益与社会效益。．对于如何妥善处理与充分利用鱼类废弃物资源制备氨基酸的研究，目前传统的方法有：酸水解法、碱水解法、酶解法等。酸解法除酸过程费时，除酸不彻底，产品中有较多的残留酸；碱水解法造价高，对仪器设备的腐蚀严重，水解过程中多数氨基酸会遭到不同程度的破坏，并且产生消旋现象。酶水解法生产条件要求较高，且蛋白质往往不能被彻底水解，需要几种酶协

3、同作用，才能使蛋白质完全水解。近临界状态是介于气体和液体之间的一种特殊状态，所以在此状态下水的性质会发生变化，主要表现在粘性减小，扩散系数增大，对有机物的溶解性增强等方面。除此之外，近临界水解法与传统生产方法相比，具有无污染，无需催化剂，可以变多相反应为均相反应，反应产物易分离等独特优势。在近临界水反应中加入C02，还可增加酸催化的功效。本课题在C02分压下，利用近l临界水独特的性质研究了鱼类废弃物蛋白质的水解工艺，讨论了反应温度、反应时间、C02分压和反应压力对氨基酸总收率的影响，并通过正交试验，筛选出最佳水解工艺条

4、件，同时进一步研究鱼类废弃物在C02分压下近临界水中水解制备氨基酸的动力学方程。为解决鱼类废弃物对环境的污染问题，实现鱼类废弃物的资源化利用提供科学的方法和依据。实验首先研究了5．0MPa(+O．5M)压力时，不同反应温度对氨基酸总收率的影响。在低温时，氨基酸的总收率还不是很大。随着温度的升高，氨基酸总收VJ：海大学硕十学位论文率也逐渐升高。当温度升高到一定值时，氨基酸总收率达到最大。温度继续升高，氨基酸总收率有所下降。在5．0MPa(+0．5M)压力条件下，研究了反应时间对氨基酸总收率的影响。在一定温度下，随着反应时

5、间的增加，氨基酸的总收率逐渐增加，当反应时间超过一定值后，氨基酸总收率逐渐降低，但不同的温度达到总收率的最大值所需时间不同。在温度为513K时，以有无C02做一组对比反应。可得C02使近临界水水解氨基酸的总收率明显增加。并且在达到最高收率时的时间点也略有提前。然后以反应时间为30min时，随着C02分压的增加，观察不同反应温度下，氨基酸总收率的变化。随着C02分压的增加，氨基酸总收率逐渐增大。随后以反应时间为30min，C02分压为2．9MPa(+0．5M)时，通入N2，以此观察不同温度下，压力对其影响。结果可得，压力

6、对氨基酸的总收率影响不大。接着，通过正交实验确定了C02分压下近临界水中鱼类废弃物水解的最优化工艺：C02分压为4．9MPa，反应温度为513K，反应时间为18min，反应压力(N2通入量)为3．0MPa。按此反应条件进行实验，氨基酸的总收率为31．53％。本文随后进行了水解动力学的研究。由于现有仪器很难直接对鱼类废弃物中的蛋白质进行定性定量测定，通过文献查阅，可知传统实验中，酸水解蛋白的方法产率最高，通过实验证明，盐酸水解鱼类废弃物蛋白所得最高产率大于本实验最优化工艺条件下的产率，所以我们先用盐酸水解鱼类废弃物蛋白，

7、以其最高产率46．16％，视为鱼类废弃物完全水解时的氨基酸总收率。最后建立动力学方程，在温度为493K，513K，533K，553K，C02分压为4．9MPa，反应压力(N2通入量)为3．0MPa，反应时间为30min的条件下，水解反应得到不同时间点的氨基酸，将其收率与鱼类废弃物完全水解时氨基酸总收率的比值来表征鱼类废弃物的水解率。结果表明鱼类废弃物蛋白水解反应级数为1．28，493K，513K，533K，553K下的反应速率常数分别为0．036、0．071、0．140、0．330，反应活化能为82．75kJ／mol，

8、指前因子为1．97x107。关键词：近临界水；C02；鱼类废弃物；氨基酸；反应动力学VI上海大学硕上学位论文ABSTI认CTChinaisoneofthemostdevelopedcountriesinaquaculture．Althoughwehaveincreasingannualoutputinaquacultureandr