一种改性小麦麸皮纤维及其制备和应用

技术领域

本发明属于农产品副产物综合利用领域，具体涉及一种改性小麦麸皮纤维及其制备和应用。

背景技术

小麦麸皮是小麦籽粒的外层部分，在小麦制粉过程中籽粒经碾磨后分离可得到，大约为原麦粒质量的四分之一，是小麦加工过程的重要副产物。小麦麸皮产量丰富，目前主要用于饲料、发酵等领域，加工利用不太充分，应用价值有待进一步发掘，因此加强对小麦麸皮的开发利用可有效减少资源浪费，增加小麦产业附加值。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种改性小麦麸皮纤维，同时提供该小麦麸皮纤维的制备方法，还涉及该小麦麸皮纤维在吸附方面的应用。

本发明所采用的技术方案为：

一种改性小麦麸皮纤维的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将小麦麸皮粉碎后过筛得小麦麸皮粉；

2)小麦麸皮粉中加入水，进行超高压处理得到小麦麸皮粉混合液；

3)将上步得到的小麦麸皮粉混合液离心分离，弃上清液，在收集的沉淀中加入水(水的用量为沉淀质量2-3倍)，搅拌后静置(1-1.5h)，再次离心分离，收集沉淀；

4)向上步得到的沉淀中加入水，加入淀粉酶，调pH值为3.5-4.0，保温振荡反应，再加入糖化酶，保温振荡反应，离心分离，收集沉淀；

5)向上步得到的沉淀中加入水和蛋白酶，调pH值为7.0-7.5，保温振荡反应，离心分离，收集沉淀即为小麦麸皮不可溶性纤维；

6)向上步得到的小麦麸皮不可溶性纤维中加入NaOH溶液，搅拌静置(1-1.5h)后离心分离，收集沉淀；

7)向上步得到的沉淀中加入环氧氯丙烷溶液，搅拌后过滤，滤渣依次用水和丙酮洗涤；

8)向上步得到的滤渣中加入二甲胺溶液，搅拌反应后过滤，滤渣依次用水和丙酮洗涤；

9)将上步得到的滤渣烘干得到改性小麦麸皮纤维。

所述步骤2)中水的质量为小麦麸皮粉质量的2-3倍，超高压处理的条件为：室温，200-400MPa，10-15分钟。

所述步骤4)中，水的用量为沉淀质量1-1.5倍，淀粉酶的用量为100-150U/100g混合液，糖化酶的用量为60-100U/100g混合液。

所述步骤5)中，水的用量为沉淀质量1-1.5倍，蛋白酶的用量为150-200U/100g混合液。

所述步骤6)中，NaOH溶液的浓度为20-30％，加入量为小麦麸皮不可溶性纤维质量的10-15倍。

所述步骤7)中，环氧氯丙烷溶液的浓度为99.0-99.5％，加入量为沉淀质量的4-8倍，搅拌时间为4-8h，水和丙酮为滤渣质量的2-3倍。

所述步骤8)中，二甲胺溶液的浓度30％-35％，加入量为滤渣质量的4-8倍，反应时在60-80℃反应3-5h，水和丙酮为滤渣质量的2-3倍；步骤9)中，烘干的条件是：80-100℃，10-14h。

所述离心分离的条件是：2000-3000转/分钟，离心10-15分钟；保温振荡反应时在50-55℃反应2-3h。

采用上述方法制得的改性小麦麸皮纤维。

所述改性小麦麸皮纤维在染料吸附剂方面的应用。

发明人在小麦麸皮的综合利用方面研究多年，一直探究于小麦麸皮纤维的应用。发明人还发现，染料废水是常见的水污染之一，染料废水主要成分包括芳环、氨基和偶氮基团，成分复杂，对环境有害，染料废水的处理是一个棘手的问题。目前吸附法是染料废水处理中最成熟的方法，常用的吸附材料如活性炭等，但是活性炭的价格较高，且难以再生，如果能采用农副产物来对染料废水进行处理将会大大降低成本。原始的小麦麸皮纤维是发明人曾经尝试过的原料，但是发现原始的小麦麸皮纤维的吸附位点有限，吸附能力受到限制，并不能有效地用于染料废水的吸附。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：

在本发明中，采用了超高压处理的方式，在超高压的条件下，除去小麦麸皮中的水溶性成分和可溶性膳食纤维，有利于不可溶性膳食纤维的提取，小麦麸皮被超高压处理后，为后续的化学改性奠定了基础，使得胺化基团更容易被接上，最大程度提高吸附效果。在超高压处理的基础上，进一步对小麦麸皮进行了化学改性的处理，通过氢氧化钠+环氧氯丙烷+二甲胺的协同处理，使得小麦麸皮的吸附能力大大提高，物理改性和化学改性取得了协同增效的作用。

附图说明

图1为实施例1小麦麸皮改性前后的扫描电镜图。

图2为实施例1小麦麸皮改性前后的红外光谱图。

具体实施方式

下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

实施例1：

一种改性小麦麸皮纤维的制备方法，包括以下步骤：

1)将干燥的小麦麸皮粉碎，过40目筛，收集筛下物为小麦麸皮粉；

2)然后在小麦麸皮粉中加入小麦麸皮粉质量2倍的水，装于塑料袋中，进行超高压处理参数为室温，200MPa，15分钟得到小麦麸皮混合液。

3)将小麦麸皮混合液离心分离，2000转/分钟，离心15分钟，弃去上清液，在沉淀中再次加入沉淀质量2倍的水，搅拌后静置1h，然后再次离心分离(2000转/分钟，离心15分钟)，弃去上清液，收集沉淀。

4)在上步得到沉淀中加入沉淀质量1倍的水，然后加入淀粉酶，淀粉酶用量为100U/100g混合液，调节溶液pH值到3.5，50℃保温振荡反应3h，然后再加入糖化酶，糖化酶用量为60U/100g混合液，55℃保温振荡反应2h，离心分离(2000转/分钟，离心15分钟)，弃去上清液，收集沉淀。

5)向上步沉淀中加入沉淀质量相同的水，加入蛋白酶，用量为200U/100g混合液，调节溶液pH值到7.0，50℃保温振荡反应3h，离心分离(2000转/分钟，离心15分钟)，弃去上清液，收集沉淀即为小麦麸皮不可溶性纤维。

6)在上步得到小麦麸皮不可溶性纤维中加入质量浓度为20％的NaOH溶液，加入量为小麦麸皮不可溶性纤维质量的15倍，搅拌均匀后静置1.5h，离心分离(2000转/分钟，离心15分钟)，弃去上清液，收集沉淀。

7)向上步沉淀中然后加入浓度为99％环氧氯丙烷溶液，加入量为沉淀质量的4倍，室温下磁力搅拌4h，过滤，取滤渣，依次用水和丙酮洗涤滤渣，洗涤所用的水和丙酮分别为滤渣质量的2倍。

8)在上步得到滤渣中加入浓度为30％的二甲胺溶液，加入量为滤渣质量的8倍，60℃保温，反应5h，过滤，取滤渣，依次用水和丙酮洗涤滤渣，洗涤所用的水和丙酮分别为滤渣质量的3倍。

9)将上步得到的滤渣用热风干燥烘干，参数为100℃，10h，即得到改性小麦麸皮纤维。

本实施例得到的小麦麸皮纤维改性前后的扫描电镜图如图1所示，由图1看出，改性前的小麦麸皮中含有不可溶膳食纤维，采用本发明方法改性后的小麦麸皮中不再含有不可溶膳食纤维，其中的孔洞和褶皱大大增多，意味着吸附能力得到了明显提高。

由图2看出，改性后的小麦麸皮中有C-N和N-H基团的特征吸收峰，说明化学改性小麦麸皮不可溶性膳食纤维成功，实现了胺化改性。

实施例2

一种改性小麦麸皮纤维的制备方法，包括以下步骤：

1)将干燥的小麦麸皮粉碎，过60目筛，收集筛下物为小麦麸皮粉；

2)然后在小麦麸皮粉加入的小麦麸皮粉质量3倍的水，装于塑料袋中，进行超高压处理参数为室温，400MPa，10分钟得到小麦麸皮混合液。

3)将上步得到的小麦麸皮混合液离心分离，3000转/分钟，离心10分钟，弃去上清液，在沉淀中再次加入沉淀质量3倍的水，搅拌后静置1.5h，然后再次离心分离(3000转/分钟，离心10分钟)，弃去上清液，收集沉淀。

4)在上步得到沉淀中加入其质量1.5倍的水，然后加入淀粉酶，淀粉酶用量为150U/100g混合液，调节溶液pH值到4.0，55℃保温振荡反应2h，然后再加入糖化酶，糖化酶用量为100U/100g混合液，50℃保温振荡反应3h，离心分离(3000转/分钟，离心10分钟)，弃去上清液，收集沉淀。

5)在沉淀中其质量1.5倍的水，加入蛋白酶，蛋白酶用量为150U/100g混合液，调节溶液pH值到7.5，55℃保温振荡反应2h，离心分离(3000转/分钟，离心10分钟)，弃去上清液，收集沉淀即为小麦麸皮不可溶性纤维，

6)在上步得到小麦麸皮不可溶性纤维中加入质量浓度为30％的NaOH溶液，加入量为小麦麸皮不可溶性纤维质量的10倍，搅拌均匀后静置1h，离心分离(3000转/分钟，离心10分钟)，弃去上清液，收集沉淀。

7)在上步得到沉淀中加入浓度为99.5％环氧氯丙烷溶液，加入量为沉淀质量的8倍，室温下磁力搅拌8h,过滤，取滤渣，依次用水和丙酮洗涤滤渣，洗涤所用的水和丙酮分别为滤渣质量的3倍。

8)在上步得到滤渣中加入浓度为35％的二甲胺溶液，加入量为沉淀质量的4倍，70℃保温，反应3h，过滤，取滤渣，依次用水和丙酮洗涤滤渣，洗涤所用的水和丙酮分别为滤渣质量的2倍。

9)将滤渣用热风干燥烘干，参数为80℃，14h，即得到改性小麦麸皮纤维。

实施例3

一种改性小麦麸皮纤维的制备方法，包括以下步骤：

1)将干燥的小麦麸皮粉碎，过60目筛，收集筛下物为小麦麸皮粉；

2)然后在小麦麸皮粉加入的小麦麸皮粉质量2.5倍的水，装于塑料袋中，进行超高压处理参数为室温，300MPa，13分钟得到小麦麸皮混合液。

3)将小麦麸皮混合液离心分离，2500转/分钟，离心12分钟，弃去上清液，在沉淀中再次加入沉淀质量2.5倍的水，搅拌后静置1.3h，然后再次离心分离(2500转/分钟，离心12分钟)，弃去上清液，收集沉淀。

4)在上步得到沉淀中加入其质量1.3倍的水，然后加入淀粉酶，淀粉酶用量为120U/100g混合液，调节溶液pH值到3.8，53℃保温振荡反应2.5h，然后再加入糖化酶，糖化酶用量为80U/100g混合液，53℃保温振荡反应2.5h，离心分离(2500转/分钟，离心12分钟)，弃去上清液，收集沉淀。

5)向上步得到沉淀中加入其质量1.3倍的水，加入蛋白酶，蛋白酶用量为180U/100g混合液，调节溶液pH值到7.2，53℃保温振荡反应2.5h，离心分离(2500转/分钟，离心12分钟)，弃去上清液，收集沉淀即为小麦麸皮不可溶性纤维。

6)在上步得到小麦麸皮不可溶性纤维中加入质量浓度为25％的NaOH溶液，加入量为小麦麸皮不可溶性纤维质量的13倍，搅拌均匀后静置1.2h，离心分离(2500转/分钟，离心12分钟)，弃去上清液，收集沉淀。

7)在上步沉淀中然后加入浓度为99.3％环氧氯丙烷溶液，加入量为沉淀质量的6倍，室温下磁力搅拌6h，过滤，取滤渣，依次用水和丙酮洗涤滤渣，洗涤所用的水和丙酮分别为滤渣质量的2.5倍。

8)在上步得到滤渣中加入浓度为33％的二甲胺溶液，加入量为滤渣质量的6倍，65℃保温，反应2.5h，过滤，取滤渣，依次用水和丙酮洗涤滤渣，洗涤所用的水和丙酮分别为滤渣质量的2.5倍。

9)将上步得到的滤渣用热风干燥烘干，参数为90℃，12h，即得到改性小麦麸皮纤维。

实施例4

一种改性小麦麸皮纤维的制备方法，包括以下步骤：

1)将干燥的小麦麸皮粉碎，过40目筛，收集筛下物为小麦麸皮粉；

2)然后在小麦麸皮粉中加入小麦麸皮粉质量2倍的水，装于塑料袋中，进行超高压处理参数为室温，200MPa，15分钟得到小麦麸皮混合液。

3)将小麦麸皮混合液离心分离，2000转/分钟，离心15分钟，弃去上清液，在沉淀中再次加入沉淀质量2倍的水，搅拌后静置1h，然后再次离心分离(2000转/分钟，离心15分钟)，弃去上清液，收集沉淀。

4)在上步得到沉淀中加入沉淀质量1倍的水，然后加入淀粉酶，淀粉酶用量为100U/100g混合液，调节溶液pH值到3.5，50℃保温振荡反应3h，然后再加入糖化酶，糖化酶用量为60U/100g混合液，55℃保温振荡反应2h，离心分离(2000转/分钟，离心15分钟)，弃去上清液，收集沉淀。

5)向上步沉淀中加入沉淀质量相同的水，加入蛋白酶，用量为200U/100g混合液，调节溶液pH值到7.0，50℃保温振荡反应3h，离心分离(2000转/分钟，离心15分钟)，弃去上清液，收集沉淀即为小麦麸皮不可溶性纤维。

6)将上步得到的小麦麸皮不可溶性纤维用热风干燥烘干，参数为100℃，10h，即得到小麦麸皮纤维。

实施例5

一种改性小麦麸皮纤维的制备方法，包括以下步骤：

1)将干燥的小麦麸皮粉碎，过40目筛，收集筛下物为小麦麸皮粉；

2)然后在小麦麸皮粉中加入小麦麸皮粉质量2倍的水，搅拌得到小麦麸皮混合液，将小麦麸皮混合液离心分离，2000转/分钟，离心15分钟，弃去上清液，在沉淀中再次加入沉淀质量2倍的水，搅拌后静置1h，然后再次离心分离(2000转/分钟，离心15分钟)，弃去上清液，收集沉淀。

3)在上步得到沉淀中加入沉淀质量1倍的水，然后加入淀粉酶，淀粉酶用量为100U/100g混合液，调节溶液pH值到3.5，50℃保温振荡反应3h，然后再加入糖化酶，糖化酶用量为60U/100g混合液，55℃保温振荡反应2h，离心分离(2000转/分钟，离心15分钟)，弃去上清液，收集沉淀。

4)向上步沉淀中加入沉淀质量相同的水，加入蛋白酶，用量为200U/100g混合液，调节溶液pH值到7.0，50℃保温振荡反应3h，离心分离(2000转/分钟，离心15分钟)，弃去上清液，收集沉淀即为小麦麸皮不可溶性纤维。

5)在上步得到小麦麸皮不可溶性纤维中加入质量浓度为20％的NaOH溶液，加入量为小麦麸皮不可溶性纤维质量的15倍，搅拌均匀后静置1.5h，离心分离(2000转/分钟，离心15分钟)，弃去上清液，收集沉淀。

6)向上步沉淀中然后加入浓度为99％环氧氯丙烷溶液，加入量为沉淀质量的4倍，室温下磁力搅拌4h，过滤，取滤渣，依次用水和丙酮洗涤滤渣，洗涤所用的水和丙酮分别为滤渣质量的2倍。

7)在上步得到滤渣中加入浓度为30％的二甲胺溶液，加入量为滤渣质量的8倍，60℃保温，反应5h，过滤，取滤渣，依次用水和丙酮洗涤滤渣，洗涤所用的水和丙酮为滤渣质量的3倍。

8)将上步得到的滤渣用热风干燥烘干，参数为100℃，10h，即得到改性小麦麸皮纤维。

对实施例1-5得到的改性小麦麸皮纤维进行吸附容量测定实验：

按100mg/L的浓度配制100mL的刚果红(偶氮染料)溶液，分别添加实施例1-5改性小麦麸皮纤维(0.1g)，磁力搅拌120min一段时间后，取适量溶液离心，测定上清液吸光值，计算染料残留量和吸附容量，结果见下表1：

Q——吸附容量，单位为mg/g；

C0——初始时刻溶液浓度，单位为mg/L；

Ct——t时刻溶液浓度，单位为mg/L；

V——溶液体积，单位为L；

M——吸附剂质量，单位为g。

表1吸附容量表

注：不同上标字母表示差异显著，P<0.05。

由表1的结果可见，未进行改性的原始小麦麸皮不可溶膳食纤维的吸附容量为19mg/g。当进行超高压处理的物理改性后，小麦麸皮的吸附容量为30mg/g，吸附容量提高约30％。当进行仅有化学改性时，小麦麸皮的吸附容量为82mg/g，约提高到未改性的4倍。当采用物理配合化学改性时，吸附容量提高到约未改性的6倍，说明物理和化学改性不仅仅是简单的叠加，还有协同增效的作用。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。