变废为宝 绿色环保 物美价廉 前景无限——肇实壳的废物利用.doc 21页

变废为宝绿色环保物美价廉前景无限——肇实壳的废物利用陈梓荃梁梓珊冯润谦侯宛言蔡啟坚摘要：肇实，止名荧实，是肇庆的特产。肇庆有肇实种植面积约2万亩，每年的肇实产量约是1540吨，肇实种仁在加工过程所产牛的副产物中，肇实壳约占40%。肇实壳在牛活中十分常见，它是在植物性食物中发现的、具有潜在促进健康作用的化合物。通过对荧实壳的脂肪酸成分及微量元素测定，初步研究其营养价值，发现其含有不饱和脂肪酸和人体必需的多种微量元素。肇实壳含量丰富的天然棕色素，色调自然，安全无毒，还具有人体必需的营养成分和I矢疗保健功能。通过利用超声辅助捉取肇实壳中的黄酮类物质，发现肇实壳的抗氧化性能,进一步提高肇实壳的附加值。肇实壳含有丰富的酚类化合物，是植物酚类化合物提取的理想原料，而酚类化合物因具有多种生理活性，如抗氧化剂、抗诱变、抗过敏、抗炎、抗菌等，广泛用于医学和食品工业；利用肇实壳提取物的生理活性与海藻酸钠混合制成复合涂膜，并研究其对鱼肉的保鲜效果，为肇实壳的开发利用和在食品保鲜方而的应用提供理论依据。然而当地农民们只是把肇实壳作为一种普通燃料或随意丢弃，其价值没有很好的开发和利用，既造成肇实壳资源的巨大浪费，又产牛严重的环境污染问题。本文通过研究肇实壳的多糖、多酚、黄酮、棕色色素，为肇实売的变废为宝，增加农民收入，提供研究基础。关键词：环保变废为宝肇实壳 摘要-1-前言-3~1前期准备与调查-3-1.1组员分工-3-1・2研究目的-3-1・3研究周期表-3--4--4--4--5--5-一6一1.4关于人们对肇实壳了解程度的随机调查1.5现今农作物废弃的不良影响2肇实壳的成分分析2.1含脂肪酸2・2含多种微量元素2.3含多酚2.4含三砧类物质-7-2.5含挥发性成分-8-2.6含棕色色素2.7抑菌性能-10-2.8抗氧化性能-12-3开发现状和前景-12-3.1肇实壳废物利用的优势-15-3・2肇实壳可开发产品分析-15-一16一4结论5心得体会-16-6参考文献-17-7附录-18-附录1随机调查数据-18-附录2肇实的简介-18-8致谢-19- 刖B肇实，荧实中的一种，有国字号“出生证”，由于肇庆的荧实果实大、产量高，而被特别命名为“肇实”。随着肇实产量的逐年增加，肇实成为越來越多家庭煲汤的材料选择，越来越多人关注到了肇实仁的营养价值及药用价值，但是对于肇实壳的废弃污染，却鲜少受到人们的重视。那么肇实壳是否真的就毫无用处呢？受秸秆造纸等部分废弃农作物向新资源转变的启发，我们小组成员上网搜集了很多关于肇实和肇实壳的相关资料，并整理。通过对荧实壳的脂肪酸成分及微量元素测定，初步研究其营养价值，发现其含有不饱和脂肪酸和人体必需的多种微量元素。肇实壳含量丰富的天然棕色素，色调自然，安全无毒，还具有人体必需的营养成分和医疗保健功能。通过利用超声辅助提取肇实壳中的黄酮类物质，发现肇实壳的抗氧化性能，进一步提高肇实壳的附加值。肇实壳含有丰富的酚类化合物，是植物酚类化合物提取的理想原料，而酚类化合物因具有多种牛理活性，如抗氧化剂、抗诱变、抗过敏、抗炎、抗菌等，广泛用于医学和食品工业；利用肇实売提取物的生理活性与海藻酸钠混合制成复合涂膜，并研究其对鱼肉的保鲜效果，为肇实壳的开发利用和在食品保鲜方而的应用提供理论依据。1前期准备与调查1.1组员分工陈梓荃（组长）：编写论文梁梓珊：收集资料，整理数据冯润谦：收集资料，整理数据侯宛言：拍照记录蔡啟坚：随机调查1.2研究目的通过简易可行的研究方法，及大规模的数据资料搜集，能准确简明地整理出肇实売的作用及优势，并开发出物美价廉的肇实壳产物。1・3研究周期表时间地点内容目标2015年12月22口学校为研究性学习做准备确定研究项目、分工及计划2015年1月20-26日各组员家中学习关于肇实壳的资料了解肇实壳的成分及作用2016年1月26日星湖国际广场随机调查人们对肇实壳的认识通过调查数据看出人们对肇实壳的了解程度2016年2月22日学校整理资料和心得体会列好研究报告提纲，完成心得体会2016年2月29日学校完成研究报告 1.4关于人们对肇实壳了解程度的随机调查此外，为了更好的开展研究，我们通过社交媒体、实地调查等途径，对肇庆250名市民进行了随机调查，调查他们对肇实壳的认知度。出乎我们的意料，作为肇庆人，竟有很多人不对肇实壳了解不多，更有甚者还反问我们：“肇实是什么？”超过九成八的受访者不知道肇实壳有何作用，也就是说本课题开发具备创新意义。【详见附录1】1・5现今农作物废弃的不良影响农村固体废弃物主要包括农村生活垃圾、农业废物、畜牧养殖废物、林业废物等方而。近年来，随着农民生活水平的不断提高，农村生活垃圾产生量日益增多，成分也越来越复杂。除了厨余垃圾、纤维类垃圾、纸张等，化工制品、一次性用品废弃物、包装废弃物等不易分解成分所占的比例明显增加。2007年，全国爱卫会、卫生部联合组织开展的全国农村饮用水与环境卫生现状的调查结果显示：农民每人每口生活垃圾量为0.86kg,全国农村一年的生活垃圾量接近3亿仁这些垃圾中相当一部分被任意堆放在房前屋后、坑边路旁甚至水源地、泄洪道、村内外池塘，形成垃圾围村、垃圾遍野等不良现象，对环境的破坏非常严重。除了牛活垃圾之外，农业活动每年产生大量的农业废弃物，如农作物秸秆、农用地膜等，其中农用地膜导致的“白色污染”已成为突出的固体废物污染问题。近年来，农村产业结构调整使养殖业呈现出一派方兴未艾之势。鸡、鸭、鹅、鸽、猪、牛、羊等逐年以15%的速度递增，商品畜禽总量已突破1亿t,人均占有量在过去25年中增加近5倍。由于饲养规模大，畜禽粪便乱排乱放，造成的环境污染问题日趋严重，畜禽养殖业已成为仅次于工业的第二大环境污染源。畜禽养殖形成的污染废弃物未经净化处理最终通过地表径流进入水源地，导致水质中的氮、磷超标，加剧了水体的富营养化1城。2肇实壳的成分分析2.1含脂肪酸按实验方法所述GC-MS条件，对荧实壳脂肪酸提取液进行GC-MS分析，由该提取液中共分离出10个峰。与标准谱库对照分析，鉴定出8个化学组分，和占总成分的83.72%,结果见表lo表2-1-1荧实壳脂肪酸的组成及其相对含量相对百分含量/%序号名称分子式保留时间/mi门1棕稠酸甲酯C17H34O213.26910.722亚油酸甲酯C19H34O215.04328.353油酸甲酯C19H36O215.08212.624十五酸甲酯CI6H32O217.1582.854,8,12-三甲基十三酸甲酯C17H34O215.29811.746二十四酸甲酯C25H5OO221.1039.77D—去甲雄烷一16—竣酸C19H3OO223.6174.318二十七酸甲酯C28H56O221.1123.48从表2-1-1可看出荧实壳脂肪酸提取物中检测出8种脂肪酸。其中含5种饱和脂肪酸,分别为棕稠酸、二十七酸、十五酸、二十四酸、4,8,12—三甲基十三酸，占脂肪酸总量的38. 44%；3种不饱和脂肪酸，分别为亚油酸、油酸、D—去甲雄烷一16—竣酸，占脂肪酸总量的45.28%。近年来研究发现，不饱和脂肪酸具有调节人体脂质代谢、治疗和预防心脑血管疾病等功效。此外，单不饱和脂肪酸作为膳食脂肪酸中的一类，在口常饮食中也与我们接触密切。如果将荧实壳中的这些不饱和脂肪酸加以开发利用，做成食品添加剂和不同种类的保健食品，将会大大提高荧实的食品和保健功效。1.2含多种微量元素2-2-1荧实壳微量元素的含量(mg/g)微量元素含量微量元素含量铝A10.244镁Mg5.937顿Ba8.756X10-3镭Mn0.164钙Ca10.263银Ni9.02X10-3镉Cd2.313X10-4不巾As1.321X10-3珞Cr2.775X10-3總Sr6.271X10-2铜Cu0.248钛Ti1.173X10-2铁Fe0.305锌Zn0.217从表2-2-1可以看出荧实壳中共检测出14种微量元素，其中硼、銘、铜、铁、锚、镰、锌、總等8种是与人体健康和生命有关的必需微量元素。在测定的元素中，常量元素含量均较高，其中钙含量以10.263mg/g为最高。而微量元素中铜、镭、锌和铁的含量居高，分别为0.248mg/g、0.164mg/g、0.217mg/g和0.305mg/g。特别是铁元素含量最高，说明荧实壳对铁元素具有极强的富集能力。2・3含多酚2.3.1超声波辅助提取肇实壳总黄酮条件的优化超声辅助提取肇实壳总黄酮的正交试验设计及结果见表1。表2-3-1超声辅助提取肇实壳总黄酮的止交试验设计及结果试验号乙醇浓度A(%)超声作用时间B(min)料液比C空列D总黄酮含量平均值(%)11(70)1(30)1(1:20)10.983212(60)2(1：30)21.161313(90)3(1：40)31.24842(80)1231.297522311.332623121.34673(90)1321.361832231.415933111.564K11.1311.2141.348K21.3251.3031.341K31.4471.3861.314 0.3160.1720.093R由表2-3-1可知：各因素对肇实壳总黄酮提取的影响程度大小次序为乙醇浓度〉超声作用时间＞料液比；最佳提取条件为液固比乙醇浓度90%、超声作用时间90min和料液比1:20o在此条件下进行试验，肇实壳总黄酮提取含量为1.564%。2.3.2提取黄酮对花生油抗氧化性的影响黄酮类化合物主要是指以2-苯基色原酮为基核的化合物，大多各环都有酚超基取代。它们的抗氧化机理与酚类物质的抗氧化机理一致，均将氢供给脂类化合物自由基，自身转变为酚基自由基，酚基自由基的稳定性降低了自动氧化链反应速度，从而进一步起到抗氧化作用。60QIA・AAA4，A」AAAAA1A丄AiA4681012141618202224图2-3-2肇实壳提取黄酮不同添加量对花生油抗氧化性能由图2-3-2可知：相对于空白样，在花生油中添加肇实壳提取的黄酮均有较好的抗氧化效果。添加黄酮越多，对花生油抗氧化效果越好。这可能是放置时间越长，供给脂类化合物自由基的氢减少，导致过氧化值的增加。2.3.3肇实壳提取黄酮与柠檬酸、维生素C的增效性能 (*・图2-3-3肇实壳提取黄酮与柠檬酸增效性能由图2-3-3可知：肇实壳提取黄酮与柠檬酸、维牛素C有较好的协同增效作用，其中以维生素C的增效作用最大，说明用维生素C做增效剂时，肇实壳提取的黄酮对花生油的抗氧化能力明显提高。这可能提取黄酮中的主要成分与维生素C有相似之处。2.3.4本章小结肇实壳总黄酮最佳提取条件为乙醇浓度90%、超声作用时间90min和料液比1：20。添加肇实壳提取黄酮对花生油具有较好抗氧化效果，添加量越多，效果也显著，同时与柠檬酸、维生素C配合使用，对花生油抗氧化性具有较好的增效性能。2・4含三话类物质2.6三菇类化合物薄层层析鉴定及含量测定荧实壳三菇类化合物薄层层析实验结果如图2所示，结果表明，3个样品在同一位置都出现了斑点，初步判定荧实壳中存在三祜类化合物。荧实壳粗提取物斑点较多，斑点颜色较浅，说明样品所含杂质较多，三祜类化合物相对含量低；相反，荧实壳精提取物斑点颜色很深，说明样品所含杂质少，三祜类化合物相对含量高，测得其中三祈类化合物含量为(36.7±1.3)%。相关研究表明，三菇类化合物具有抗氧化性、抗癌、降血糖、抗IITV等多种功能[17-19],因此该实验结果表明荧实壳在天然药物开发方而具有很好的研究价值和应用前景。 一•齐墩果2•精提取物3•粗提取物标品2・5含挥发性成分经数据处理系统对其内存谱库自动检索，荧实果仁挥发性成分中鉴定出36种化合物，占总组分的92.88%；荧实壳挥发性成分中鉴定出28种化合物，占总组分的94.53%,具体结果见表1。表2-5-1荧实果仁和壳的挥发油各组分相对含量序号化合物化学式分子量质量分数/%1水芹烯C10H161363.062苯甲醛C7II601060.443月桂烯C10H161363.8942,2,5-三甲基-3,4-己二酮C9H16021560.055辛醛C8H1601180.116特己酮C6H1201000.0471-甲基-2-甲基乙基苯C10H141340.78T"-菇品烯C10H161364.8195-甲基己烯C7H14980.05103-芳樟醇C10H1801540.21115-甲基庚烯C8H161120.11125,5二甲基己烯C8II161120.04 133-甲基-4-庚酮C8H16O860.114癸醛C10H2001560.1215壬酸C9H18021583.4416丹皮酚C9H10031664.1717癸酸C10H20021720.4918十一醛C11H22O21861.7519H■■一醇C11H24O1720.1720月桂酸C12H240220010.1721棕徊醛C16H3202400.3522十三酸C13H26022142.3623十五醛C15H3002260.1224肉豆蔻醛C14H2802120.0525肉豆蔻酸C14H28022280.3726十五酸C15H300224214.7727硬脂酸C18H36022846.128棕稠酸C16H320225636.49由表2-5-1可看出，荧实壳的挥发性物质主要是由脂肪族化合物组成。相对含量较高的是棕植1酸、硬脂酸、十五酸、月桂酸、肉豆蔻酸和十三酸。棕稠酸及其衍生物广泛用于蜡烛、肥皂、金属皂、润滑脂、合成洗涤剂、软化剂等产品的制造中；硬脂酸主要用作助剂的原料及日用化工产品的原料；月桂酸作为洗涤剂、食品添加剂和化妆品的原料。肉豆蔻酸主要用作生产表而活性剂的原料，按我国GB2760—2014（食品安全国家标准食品添加剂使用标准》规定可用于配制各种食用香料。除此以外还有其他相对含量较低的成分如丹皮酚、水芹烯等，在食品药品和精细化学领域都有独特的应用参考。2.6含棕色色素浸提法提取的工艺流程：荧实壳一清洗一干燥一粉碎一乙醇溶剂提取一过滤一减压浓缩-粉末状天然染料。图1为提取的荧实壳天然染料。图2-4-1提取纯化后的荧实壳天然染料 图2-4-2肇实売浸提液2.7抑菌性能产品的感官特征会影响消费者的消费欲望，感官评分能够快速提供产品质量的信息，是一种重要的评价指标。鱼片在冷藏期间感官综合评分变化见图lo由图1可知，鱼片的感官评分随时间的延长而逐渐降低。C、D两组与A、B两组的评分差异显著(p<0.05),而且随着保鲜期的延长，各组鱼片之间感官评分值的差别逐步增大，感官评分随肇实壳提取物添加量的增加而增加。A、B两组鱼片评分分别在第3、第4天接近6,此时鱼片色泽呈灰色、有明显异味、弹性较差和外表比较黏手，已基本不能食用，并在第4、第5天腐败。而C、D组评分在第7天才接近6。这说明添加肇实壳提取物的涂膜能有效提高冷藏鱼片的保鲜期。图2-5-1肇实壳提取物涂膜对感官评分的影响2.7.2肇实壳提取物涂膜对细菌总数的影响鱼片腐败变质的主要原因是由于微生物的作用引起，细菌总数可以作为鱼片被微生物污染程度的指标，可以判断鱼片的鲜度。鱼片在冷藏期间细菌总数变化见图2。从图2可知，细菌总数随冷藏时间的增加而增加。空白组与涂膜组细菌总数的变化差异显著(p<0.05)o3d后，B组与C、D组细菌总数的变化差异显著(p<0.05)o空白组细菌总数增长最快，到第3天就接近二级鲜度的上限。B组细菌总数在第5天超过二级鲜度的上 限，而C、D两组分别在第8、第11天超过二级鲜度的上限。这说明肇实壳提取物能显著减缓细菌总数的牛长，其涂膜能有效提高冷藏鱼片的保鲜期。7.0024681012时间图2-5-2肇实壳提取物涂膜对细菌总数的影响2.1.3肇实壳提取物涂膜对TVB-N的影响挥发性盐基氮(TVB-N)是水产品肌肉中的酶和细菌作用使蛋白质分解产牛的氨及胺类等挥发性物质，这些物质与腐败产牛的有机酸结合而形成盐基态氮沉淀在肉中。TVB-N是评价水产品腐败变质程度的一个重要指标。鱼片在冷藏期间TVB-N变化见图3o从图3可知，TVB-N随冷藏时间的延长而增加。A、B两组与C、D两组TVB-N的变化差异显著(p<0.05)oA、B两组冷藏Id后TVB-N迅速增加，分别第3、第4天后超过二级鲜度的上限，保鲜期较短；而C、D两组的TVB-N增加缓慢，第9天才超过二级鲜度的上限。这说明肇实壳提取物涂膜能显著抑制细菌牛长、减缓鱼片蛋白质的分解速度，延长其货架期。时间/