植物多糖氣凝膠的吸附性能研究

陳 茜,匡 映,肖 滿,吳 考,嚴(yán)文莉,姜發(fā)堂,黃 靜

(1.湖北工業(yè)大學(xué) 生物工程與食品學(xué)院,湖北武漢 430068;2.湖北輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院工商信息學(xué)院,湖北武漢 430070)

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植物多糖氣凝膠的吸附性能研究

陳 茜1,匡 映1,肖 滿1,吳 考1,嚴(yán)文莉1,姜發(fā)堂1,黃 靜2,*

(1.湖北工業(yè)大學(xué) 生物工程與食品學(xué)院,湖北武漢 430068;2.湖北輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院工商信息學(xué)院,湖北武漢 430070)

利用魔芋葡甘聚糖、馬鈴薯淀粉、卡拉膠、羥丙基甲基纖維素、果膠、海藻酸鈉、瓊脂,以及甘油通過溶膠-凝膠及冷凍干燥的方法制備出植物多糖氣凝膠,對其機(jī)械性能,微觀形貌,比表面積,孔徑,以及對煙氣模型中總粒相物、焦油、煙堿和CO的吸附性進(jìn)行了測定。通過正交實(shí)驗(yàn)得到植物多糖氣凝膠的最佳配方為:魔芋葡甘聚糖濃度0.3%,淀粉濃度5%、甘油濃度2%、卡拉膠濃度0.3%、羥丙基甲基纖維素濃度1.4%、瓊脂濃度0.4%、海藻酸鈉濃度0.5%、果膠濃度0.5%。植物多糖氣凝膠比表面積為1.338 m2/g,平均孔徑為25.6 μm,孔徑分布均勻。將其用于對煙氣模型中煙氣過濾時(shí),與醋酸纖維過濾材料相比,總粒相物降低率增加13.6%,焦油含量降低率增加12.7%,一氧化碳含量降低率增加11.3%,煙堿含量降低率增加17.3%。此外,植物多糖氣凝膠具有良好的生物降解性。

植物多糖,氣凝膠,吸附性能,煙氣模型,生物降解性

由于石油和煤的燃燒、機(jī)動(dòng)車尾氣的排放、廚房油煙排放等導(dǎo)致中國大陸空氣污染日益嚴(yán)重[1],急需空氣凈化材料來協(xié)同解決空氣PM 2.5問題?？諝鈨艋牧?如醋酸纖維(cellulose acetate,CA)[2-3]、聚丙烯纖維(polypropylene fiber,PP)[4-5]、聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)[6-7]、玻璃纖維濾紙[8-9]、活性炭[10-11]、石墨烯[12-13]和二氧化硅[14-15]已被廣泛的報(bào)道,目前已使用的空氣凈化材料,如無紡布和聚丙烯纖維制備的口罩,聚丙烯纖維、聚對苯二甲酸乙二醇酯和玻璃纖維濾紙為原料制造的高效空氣過濾器(high efficiency particulate air filter,HEPA)濾芯,其多為石化產(chǎn)品,它們的生產(chǎn)和使用不僅會(huì)消耗有限自然資源,而且無法降解,導(dǎo)致污染環(huán)境,因此,迫切需要原料來源豐富、吸附能力強(qiáng)、生物環(huán)保的新型材料應(yīng)用于空氣凈化。

植物多糖氣凝膠,如纖維素氣凝膠[17-18]、淀粉氣凝膠[19]及海藻酸鈉氣凝膠[20],因其具備獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)、大的比表面積、高孔隙率和低密度特性,使其具有作為空氣過濾材料的潛能,而且其為天然植物多糖,來源豐富,是可再生資源,具有良好的生物安全性和可降解性,但是單一多糖在性能上往往具有局限性,如形成的氣凝膠機(jī)械強(qiáng)度差,應(yīng)用范圍受到限制,因此,本文以植物多糖(魔芋葡甘聚糖、馬鈴薯淀粉、羥丙基甲基纖維素、卡拉膠、果膠、海藻酸鈉、瓊脂)制備氣凝膠,以期利用不同多糖之間的協(xié)同增效作用,實(shí)現(xiàn)各組分性能互補(bǔ),提高其機(jī)械強(qiáng)度[21-23],并對其機(jī)械性能、微觀結(jié)構(gòu)、比表面積進(jìn)行了分析,同時(shí)以煙氣為空氣污染源,研究它對煙氣模型中總粒相物、焦油、煙堿和CO的吸附性,另外也測試了該氣凝膠在使用后的生物降解性,為其在空氣過濾應(yīng)用中提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

魔芋葡甘聚糖 武漢力誠生物科技有限公司;馬鈴薯淀粉 武漢林和記食品有限公司;羥丙基甲基纖維素 鄭州成果食品添加劑有限責(zé)任公司;κ-卡拉膠 滕州市金鳳凰卡拉膠有限公司;低脂果膠 河南食代偉業(yè)有限公司;甘油、海藻酸鈉、瓊脂 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司,均為化學(xué)純;乙醇、異丙醇等 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司,均為分析純;正十七碳烷 色譜純,Fluka公司;煙堿 純度大于98%,美國Sigma公司;黃鶴樓軟藍(lán) 烤煙型,市售。

HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司;SXJQ-1型數(shù)顯直流調(diào)速攪拌器 西化儀科技有限公司;SRT-202型滾軸式混合器 齊林貝爾儀器制造有限公司;ZKU-L268型超低溫冰箱 中科生命公司;NL315SV-230型真空冷凍干燥機(jī) 美國Avant公司;PQX-10000A-12H恒溫恒濕箱 寧波萊?？萍加邢薰?TMS-PRO型質(zhì)構(gòu)儀 美國FTC公司;JSM6390LV型掃描電子顯微鏡 日本電子儀器有限公司;AutoPore IV 9500型高性能全自動(dòng)壓汞儀 上海麥克默瑞提克儀器有限公司;Agilent6890型氣相色譜儀 北京京科瑞達(dá)科技有限公司;EMAX 2010非散射紅外分析儀 北京威斯孚科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 多糖氣凝膠制備 根據(jù)周丹等[24]的方法制備植物多糖氣凝膠,并進(jìn)行部分改進(jìn)。稱取0.3 g 魔芋葡甘聚糖(KGM)和5.0 g淀粉粉末,分散到100 mL 25 ℃的蒸餾水中,在500 r/min下攪拌5 min,形成KGM/淀粉分散液,然后將裝有分散液的燒杯置于90 ℃的恒溫水浴鍋中,800 r/min下攪拌1 min,再邊攪拌邊依次加入2.0 g甘油、1.4 g羥丙基甲基纖維素(HPMC)、0.3 g卡拉膠和0.2～1.0 g的果膠、0.1～0.5 g海藻酸鈉、0.1～0.9 g瓊脂(2 min內(nèi)加入完畢),90 ℃水浴溫度下繼續(xù)攪拌1 h后,取出,將混合溶膠用注射器注入內(nèi)徑8 mm、外徑12 mm、長140 mm的無上下底的圓柱形有機(jī)玻璃模具中,用橡膠塞封住上下底后,放置在滾軸式混合器上,20 r/min下滾動(dòng)1 h后,去除上下塞后轉(zhuǎn)置-25 ℃低溫冰箱中預(yù)冷凍10 h,取出,用玻璃棒從一端頂出樣品脫去模具,然后將樣品放置至真空冷凍干燥機(jī),設(shè)置冷阱溫度-50 ℃、真空度20 Pa。真空冷凍干燥24 h后取出。

1.2.2 氣凝膠配方優(yōu)化 周丹等[21]制備的KGM/淀粉/HPMC/卡拉膠復(fù)合氣凝膠硬度為5.4 N,彈性為1.8 mm,為了提高該氣凝膠的機(jī)械性能,本實(shí)驗(yàn)在原配方[21]基礎(chǔ)上繼續(xù)添加果膠、海藻酸鈉和瓊脂三種多糖。按照正交表L25(53)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。利用質(zhì)構(gòu)儀TPA程序測量氣凝膠硬度和彈性,確定表1中因素對氣凝膠硬度和彈性的影響,明確主次關(guān)系和最佳水平,對硬度和彈性指標(biāo)進(jìn)行綜合考察,確定制備氣凝膠原料的最佳配方。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of the orthogonal experiment

1.2.3 氣凝膠硬度和彈性測定 將制備的植物多糖氣凝膠置于溫度為25 ℃,濕度為50%的恒溫恒濕箱中平衡48 h。然后采用質(zhì)構(gòu)儀(TMS-PRO型)測定其硬度和彈性。測試條件為:探頭P/50型,測試速率60 mm/min,壓縮比30%,最小力1 N,觸發(fā)類型為自動(dòng)。

1.2.4 氣凝膠微觀結(jié)構(gòu)觀察 采用優(yōu)化后的最佳配方制備氣凝膠,用刀片將制備出的圓柱形氣凝膠切割成高度為1.5 mm的圓柱體,再用雙面膠將其固定在不銹鋼圓臺(tái)型樣品臺(tái)上,在氬氣保護(hù)下對氣凝膠樣品表面進(jìn)行噴金,利用掃描電鏡掃描氣凝膠微觀結(jié)構(gòu)。

1.2.5 氣凝膠比表面積測定 測試前,將最優(yōu)配方制備出的氣凝膠樣品粉碎,過16目篩,取篩下的樣品,50 ℃下干燥6 h。將試樣稱重,并記錄,精確到0.01 g。然后將0.24 g樣品裝入樣品管,并密封,通過壓汞儀測定氣凝膠的比表面積和孔徑分布。

1.2.6 氣凝膠過濾性能測定 氣凝膠過濾性能測定采用如圖1裝置。煙氣模型采用標(biāo)準(zhǔn)香煙煙霧(粒徑在0～0.25 μm)[25],裝置采用真空抽氣泵作為動(dòng)力系統(tǒng),流量計(jì)控制過濾風(fēng)速。氣凝膠的過濾阻力從壓力計(jì)讀出。測試溫度采用(25±2) ℃以及相對濕度(50%±10%)[26]。由于醋酸纖維對煙氣有良好的吸附效果[27-29],本實(shí)驗(yàn)選取醋酸纖維(直徑為7.7 mm、長度為30 mm)作為對照材料,醋酸纖維來源于黃鶴樓軟藍(lán)的煙嘴部分,選用最優(yōu)配方下制備的氣凝膠為待測樣品,其直徑為7.7 mm,用刀片切割成長度為30 mm,待用。測試時(shí),樣品室不放樣品,以及分別放置醋酸纖維濾棒和最優(yōu)配方的氣凝膠,進(jìn)行煙氣模型中煙氣吸附測試,測試項(xiàng)目如1.2.6.1～1.2.6.5。

圖1 氣凝膠過濾性能測試裝置示意圖Fig.1 The schematic of aerogel filtration performance testing device

1.2.6.1 煙氣模型中總粒相物的測定 參照國標(biāo)GB/T 19609-2004進(jìn)行氣體中總粒相物的測定。測試前,樣品室中不放樣品,抽氣30 s,稱量濾片重量,記為m0。

樣品室中不放樣品,點(diǎn)燃煙氣發(fā)生室中的5支香煙,待香煙燃燒結(jié)束后,繼續(xù)抽氣30 s,使所有煙氣通過濾片進(jìn)入集氣袋,稱量濾片重量,記為m1。煙氣中的總粒相物重量mTPM1,以每支煙的毫克數(shù)表示,按式(1)計(jì)算:

式(1)

樣品室中放置醋酸纖維過濾材料,采用與樣品室不放樣品相同的操作步驟完成實(shí)驗(yàn)過程后,稱量濾片重量,記為m2,通過醋酸纖維的總粒相物重量mTPM2,按式(2)計(jì)算:

式(2)

樣品室中放置氣凝膠過濾材料,采用與樣品室不放樣品相同的操作步驟完成實(shí)驗(yàn)過程后,稱量濾片重量,記為m3。通過氣凝膠的總粒相物重量mTPM3,按式(3)計(jì)算:

式(3)

1.2.6.2 煙氣模型中煙堿的測定 參照國標(biāo)GB/T 23355-2009進(jìn)行煙氣模型中煙堿的測定。稱取5.0 mg正十七碳烷(內(nèi)標(biāo)物)加入到1000 mL異丙醇中配制萃取液,取萃取液20 mL配制分別含標(biāo)準(zhǔn)煙堿0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mg的一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。將濾片取下,放入100 mL的三角瓶中,用移液管準(zhǔn)確加入20.0 mL含有內(nèi)標(biāo)物的異丙醇溶液,蓋上瓶塞充分振蕩。取上層清液進(jìn)行氣相色譜分析。氣相色譜條件為不銹鋼柱(2 m×2.5 mm),固定相為10% PEG-20M(涂覆在80～100目的酸洗Chromosorb W上)柱溫170 ℃,進(jìn)樣口溫度250 ℃,檢測器(FID)溫度250 ℃,載氣為氦氣,載氣流速為65 mL/min,進(jìn)樣量2 μL。將制備的一系列標(biāo)準(zhǔn)煙堿溶液分別取2 μL進(jìn)樣于氣相色譜儀。記錄煙堿和內(nèi)標(biāo)物峰面積的比值,至少平行進(jìn)樣兩次。繪制煙堿濃度與峰面積比的關(guān)系曲線,計(jì)算回歸方程。按照色譜條件將樣品溶液進(jìn)行氣相分析,將樣品主流煙氣煙堿與內(nèi)標(biāo)物峰面積的比值,分別代入線性回歸方程即可得到樣品溶液的煙堿濃度,從而計(jì)算出煙堿總量和煙氣模型中每支煙主流煙氣的煙堿含量。

1.2.6.3 煙氣模型中水分的測定 參照國標(biāo)GB/T 23203.1-2013進(jìn)行煙氣模型中水分的測定。準(zhǔn)確量取5.0 mL乙醇(內(nèi)標(biāo)物)加入到1000 mL異丙醇中制備萃取液,標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品溶液的配制、色譜條件及樣品測試方法參照1.2.6.2中煙堿含量的測定,即可得到樣品溶液的水分含量,從而計(jì)算出水分總量和煙氣模型中每支煙主流煙氣的水分含量。

1.2.6.4 煙氣模型中焦油量的測定 參照GB/T 19609-2004進(jìn)行煙氣模型中焦油量的測定,煙氣模型中焦油量mTAR等于煙氣中的總粒相物mTPM減去水分mW和煙堿含量mNIC。

mTAR=mTPM-mW-mNIC

式(4)

1.2.6.5 煙氣模型中一氧化碳含量的測定 參照GB/T 23356-2009進(jìn)行煙氣模型中一氧化碳的測定,利用非散射紅外檢測法測定煙氣模型中一氧化碳的含量。穿過濾片的氣相物收集在集氣袋中,通過非散射紅外分析儀自動(dòng)分析出一氧化碳的總含量,進(jìn)而計(jì)算出每支煙的一氧化碳含量。

1.2.7 氣凝膠過濾材料生物降解性測定 用土埋法[30]測定氣凝膠過濾材料的生物降解性,選取經(jīng)過過濾測試后的氣凝膠過濾材料和醋酸纖維過濾材料,稱量其重量,記為m0。在燒杯內(nèi)加入足量的土壤,將樣品垂直埋于土壤中,并保持土壤疏松及燒杯內(nèi)外空氣循環(huán)暢通,在30 ℃恒溫箱中放置28 d。每隔4 d從土壤中取出樣品,用75%的乙醇溶液輕輕洗去表面的污泥,濾紙吸干后,于50 ℃烘干至恒重,稱取質(zhì)量,記為m1。樣品降解率按公式(5)計(jì)算。

式(5)

2 結(jié)果與討論

2.1 植物多糖氣凝膠配方優(yōu)化

根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表2),按硬度和彈性越大越好的原則,分別對它們進(jìn)行極差分析,結(jié)果表明,果膠、海藻酸鈉、瓊脂對植物多糖氣凝膠硬度的影響主次順序(主→次)為ABC,最優(yōu)組合為A2B5C3;對植物多糖氣凝膠彈性影響主次順序(主→次)為ABC,最優(yōu)組合為A4B4C2。通過綜合平衡法[31]對硬度和彈性指標(biāo)進(jìn)行分析,三個(gè)因素對多糖氣凝膠的硬度和彈性的影響程度均為果膠影響最大,海藻酸鈉次之,瓊脂最弱。分析兩個(gè)指標(biāo)的極差值發(fā)現(xiàn),三個(gè)因素在硬度指標(biāo)中的極差值均大于在彈性指標(biāo)中的極差值,即因素A定為2水平,因素B定為5水平,因素C定為3水平。因此,綜合平衡因素的較優(yōu)組合為A2B5C3,即得制備植物多糖氣凝膠的最佳原料配方為KGM 0.3 g、淀粉5 g、甘油2.0 g、卡拉膠0.3 g、HPMC 1.4 g、瓊脂0.4 g、海藻酸鈉0.5 g、果膠0.5 g。此時(shí)氣凝膠的硬度為8.3 N,彈性為1.9 mm,比改進(jìn)之前的周丹等[21]制備的氣凝膠硬度提高了52.6%,彈性提高了4.4%。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其極差分析Table 2 Results and range analysis of orthogonal tests

2.2 植物多糖氣凝膠的微觀結(jié)構(gòu)分析

植物多糖氣凝膠結(jié)構(gòu)整體均一,無殘缺,且橫、縱截面結(jié)構(gòu)一致(圖2a,圖2b)。通過觀察可以看出,氣凝膠微觀孔隙結(jié)構(gòu)圓潤,排布整齊有規(guī)律、均一性好(圖2e、圖2f),呈現(xiàn)均勻的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),均勻分布著蜂窩狀孔洞(圖2)。該結(jié)構(gòu)是由于魔芋葡甘聚糖、卡拉膠、海藻酸鈉分子均為線性大分子[32],在水中相互穿插、相互連接形成凝膠的基本骨架,其他多糖分子連接纏繞在骨架分子上,使凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。在凝膠制備過程中,水吸附在多糖分子周圍冷凍后形成冰晶,當(dāng)冷凍干燥使水分子升華后,可形成孔隙均勻的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的氣凝膠[24]。

圖2 植物多糖氣凝膠掃描電鏡圖 Fig.2 SEM images of polysaccharide aerogels注:圖a、c、e分別為×16、×30、×100倍率下的橫截面;圖b、d、f分別為×16、×30、×100倍率下的縱截面。

2.3 植物多糖氣凝膠比表面積及孔徑分布

經(jīng)壓汞儀測得植物多糖氣凝膠比表面積為1.338 m2/g,總孔體積為8.576 mL/g,孔隙率為96.2%,平均孔徑為25.6 μm。氣凝膠孔徑分布在6～100 μm之間,集中分布在20～30 μm之間,孔徑分布呈正態(tài)分布(圖3),表明氣凝膠孔徑分布均勻。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,普通醋酸纖維的比表面積為0.398 m2/g,改性醋酸纖維的比表面積為0.814 m2/g[33]。本實(shí)驗(yàn)制備的植物多糖氣凝膠的比表面積顯著高于醋酸纖維和改性醋酸纖維,預(yù)測其對煙氣有較好的吸附效果。

圖3 植物多糖氣凝膠孔徑分布曲線Fig.3 Pore size distribution curve of the polysaccharide aerogel

2.4 植物多糖氣凝膠吸附結(jié)果分析

植物多糖氣凝膠與醋酸纖維均對煙氣模型中的總粒相物、焦油、一氧化碳、煙堿有一定的截留能力(圖4)?？瞻讜r(shí)煙氣模型中總粒相物含量15.01 mg/支、焦油含量12 mg/支、一氧化碳含量13.04 mg/支、煙堿含量1.11 mg/支,加入過濾材料后,醋酸纖維使煙氣模型中總粒相物降低4.6%,焦油含量降低3.1%,一氧化碳含量降低5.4%,煙堿含量降低8.1%。相對于醋酸纖維,植物多糖氣凝膠的截留能力有所提升,其使煙氣模型中的總粒相物降低18.2%,焦油含量降低15.8%,一氧化碳含量降低16.7%,煙堿含量降低25.5%。與醋酸纖維過濾材料相比,植物多糖氣凝膠過濾的煙氣中,總粒相物降低率增加13.6%,焦油含量降低率增加12.7%,一氧化碳含量降低率增加11.3%,煙堿含量降低率增加17.3%。而過濾阻力結(jié)果表明,醋酸纖維的過濾阻力為1036 Pa,氣凝膠的過濾阻力較之略大,過濾阻力為1127 Pa,這可能是由于相對于醋酸纖維過濾材料而言,植物多糖氣凝膠多孔結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)蜂窩狀,煙氣通過該材料時(shí),經(jīng)過孔洞,發(fā)生碰撞,增加了氣體的流動(dòng)路徑,從而使過濾阻力略微增大,但同時(shí)也延長了煙氣與過濾材料的接觸時(shí)間,且較大的比表面積也增加了氣凝膠材料對煙氣模型中成分的吸附能力[34]。此外,植物多糖氣凝膠上含有大量的基團(tuán),也增加了其對煙氣中總粒相物的吸附。

圖4 植物多糖氣凝膠對煙氣模型中煙氣有害物吸附的影響 Fig.4 Effects of polysaccharide aerogels filter materials on harmful substances adsorption in the cigarette smoke

2.5 生物降解性

隨著掩埋時(shí)間的延長,植物多糖氣凝膠與醋酸纖維過濾材料的降解率均增加,且植物多糖氣凝膠的降解率大于醋酸纖維(圖5)。植物多糖氣凝膠在28 d時(shí)的降解率為60.8%,而醋酸纖維降解率為14.6%,根據(jù)GB/T 20197-2006[35]對生物降解材料的定義:生物降解材料在自然界(如在土壤,沙土,或堆肥中),生物材料在厭氧消化條件下,或水性培養(yǎng)液中,要求生物降解率≥60%。本實(shí)驗(yàn)制備的植物多糖氣凝膠的降解率符合國標(biāo)GB/T 20197-2006[31]對生物材料的定義,表明其是生物可降解材料。植物多糖氣凝膠的降解性是由于其原料組成成分均為天然植物多糖,可被土壤中的微生物分解利用,使其具備生物可降解性,且降解速率大于不易被土壤微生物分解利用的醋酸纖維材料。

圖5 植物多糖氣凝膠生物降解率Fig.5 Biodegradation curves of polysaccharide aerogels

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)通過正交實(shí)驗(yàn)制備出具有良好機(jī)械性能的植物多糖氣凝膠,其硬度為8.3 N和彈性為1.9 mm。SEM觀測結(jié)果表明該氣凝膠成型性良好,整體結(jié)構(gòu)均一,內(nèi)部均勻分布著類似蜂窩結(jié)構(gòu)的孔洞。壓汞儀測得氣凝膠比表面積為1.338 m2/g,高于常用過濾材料醋酸纖維的比表面積0.398 m2/g,增加了其吸附煙氣的可能性。將植物多糖氣凝膠作為過濾材料應(yīng)用于空氣過濾,相較于醋酸纖維,由于氣凝膠特殊的多孔結(jié)構(gòu),增加了煙氣通過材料時(shí)的碰撞頻率,延長了煙氣流動(dòng)路徑,從而顯著降低了煙氣模型中煙氣的總粒相物、焦油、一氧化碳、以及煙堿含量,且植物多糖氣凝膠材料具備良好的生物降解性。以上結(jié)果表明,該植物多糖氣凝膠在空氣過濾中有良好的應(yīng)用前景。

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Study on adsorption of plant polysaccharide aerogels

CHEN Xi1,KUANG Ying1,XIAO Man1,WU Kao1,YAN Wen-li1,JIANG Fa-tang1,HUANG Jing2,*

(1.College of Bioengineering and Food Science,Hubei University of Technology,Wuhan 430068,China;2.School of Business and Information,Hubei Light Industry Technology Institute,Wuhan 430070,China)

Plant polysaccharide aerogels were prepared with konjac glucomannan,potato starch,carrageenan,hydroxypropyl methyl cellulose,pectin,sodium alginate,agar and glycerin by sol-gel and freeze-drying methods. Mechanical properties,microstructure,specific surface area and pore size,as well as adsorption of aerogels to total particular matter,tar,nicotine and CO in fumes model were determined. According to the multiple actors in orthogonal experiment,the optimal formula of plant polysaccharide aerogels was as follow:konjac glucomannan 0.3%,potato starch 5%,glycerin 2%,carrageenan 0.3%,hydroxypropyl methyl cellulose 1.4%,agar 0.4%,sodium alginate 0.5% and pectin 0.5%. Plant polysaccharide aerogels possessed specific surface area of 1.338 m2/g,average pore size of 25.6 μm and uniform pore size distribution. Plant polysaccharide aerogels were applied to filter fumes,compared with cellulose acetate filter,which increased the reduction rate of total particle matter(increased by 13.6%),tar(increased by 12.7%),CO(increased by 11.3%)of flumes,nicotine(increased by 17.3%). In addition,they possessed excellent biodegradability.

plant polysaccharide;aerogels;adsorption;fumes model;biodegradability

2017-01-13

陳茜(1991-)，女，碩士研究生，研究方向：食品膠體，E-mail：symon1003@foxmail.com。

*通訊作者:黃靜(1969-)，女，碩士，副教授，研究方向：食品添加劑數(shù)據(jù)庫開發(fā)，E-mail：hjing222@sina.com。

國家自然科學(xué)基金(31271832)；武漢市科技局應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(2015010101010016)。

TS201.1

A

1002-0306(2017)11-0096-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.11.010