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麻疯树(Jatropha curcas L.)为大戟科(Euphorbiaceae)植物,其全身具有经济价值,麻疯树种子中含有多种活性成分,主要有脂肪酸甘油酯、蛋白质和萜类物质等,其种仁含油量高达60%,蛋白质含量达18%,二者含量丰富,具有很广阔的开发价值。
继同实验室王元春对麻疯树种子中萜类物质、种子油、蛋白质提取等方面的研究。本文阐述了麻疯树种子综合价值的两方面应用,具体研究了通过麻疯树种子油制备生物柴油的方法,以及利用脱油麻疯树籽粕蛋白改性制备胶黏剂的工艺。
第一部分是利用磷酸催化麻疯树种子油制备生物柴油,主要内容有以下几方面:
首先研究了石油醚萃取麻疯树种子中小桐子油的工艺,提取得到毛油后通过GBT5530-2005测得酸值为24.3mgKOH·g-1,对毛油进行水化脱胶45min脱胶率可达50.72%,然后使用甲醇两次萃取脱酸使毛油酸值降为2~3mgKOH·g-1,实验采用磷酸作为催化剂,综合考虑了油醇摩尔比、反应温度、反应时间、催化剂用量对甲酯得率的影响,最终得出最佳工艺条件为:催化剂用量为油重6%、油醇摩尔比为1:6、最佳反应时间为4h、最佳反应温度为50℃~60℃,其中最主要的影响因素为催化剂用量。接着采用硫酸与磷酸混合催化探索其工艺,通过调整混合酸的比例,甲醇的加入量,反应温度,反应时间考察二者混合后的催化效果,发现甲酯得率不足70%,催化效果不理想。
考察了磷酸催化对于原油酸值、含水量的要求,在毛油含水量占油重1%~4%,油酸含量2%~8%的范围内,甲酯得率降低10%~15%,得出磷酸受原料酸值影响较大,原料中残留的少部分水分影响较弱。
通过红外分析KOH、H2SO4、H3PO4及混合酸催化麻疯树种子油酯交换产物的谱图,并与原料油谱图对比发现产物大部分特征峰均与原料相同,并在874cm-1、1020cm-1处均产生-OCH3基团特征双峰,这证明各产物中都生成了脂肪酸甲酯。通过气相色谱比较四种催化产品的气相谱图,结果表明,四种催化剂催化生成的产品峰面积大小依次为:KOH>H2SO4>H3PO4>混合酸。
第二部分是利用脱油麻疯树籽粕蛋白改性制备胶黏剂,主要内容有以下几方面:
将脱油脂后的籽粕采用缓冲溶液法和碱提酸沉法提取麻疯树籽粕中蛋白质。对比二者发现使用PH为7.2的缓冲溶液提取60min,蛋白质的提取率最高达到9.8%,碱提酸沉法虽然操作简单,但易使籽粕蛋白发生变性,对进一步的改性产生不利的影响。
通过碱法对所得蛋白质进行改性制备胶黏剂,按照GB/T 17657-1999对其进行干、湿强度测试,得出料液比为1:3、NaOH浓度为20%、反应温度接近零度时得到的胶黏剂粘度较大,并与大豆蛋白改性的胶黏剂进行对比,发现在干强度测试中大豆蛋白的胶合强度达到0.9734MPa,缓冲溶液提取的麻疯树种子蛋白胶合强度为0.9034MPa,而碱提麻疯蛋白仅为0.6716MPa。麻疯树种子蛋白低温改性制备的胶黏剂具有0.38MPa的湿强度,较大豆蛋白改性效果好。
总之,推广麻疯树的综合利用具有重大意义:首先开发生物能源,减少了我国对石油的依赖;其次使用非粮食作物麻疯树替代玉米木薯等作物,保障了国家的粮食安全;第三有利于调整农业结构,改善生态环境。