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硒功能化磁性吸附剂对大米蛋白中重金属的脱除机理与方法研究

批准号:
32072317
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
李彭
依托单位:
学科分类:
食品安全风险评估
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李彭

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
大米蛋白对重金属具有高累积性,重金属污染是当前大米蛋白质量安全的主要制约因素。利用吸附剂直接吸附重金属是高选择性去除重金属的有效手段,但是对于以大米蛋白结合态存在的重金属,其如何在蛋白基体和吸附剂界面进行重新分配,相关的吸附行为及脱除机制尚不明晰。针对该问题,本项目以硒对重金属特异性的强亲和力为依据,在前期磁吸附材料研究基础上,拟通过构建具有高效吸附重金属性能的硒功能化磁性吸附剂,开展对大米蛋白中重金属的吸附脱除机理与方法研究。项目将通过解析吸附动力学及热力学,掌握大米蛋白类型影响重金属脱除的内在规律,明确吸附剂对大米蛋白中重金属的吸附特性;结合谱学分析和分子模拟手段,阐明吸附剂选择性识别重金属的作用方式,揭示大米蛋白中重金属的脱除机理。通过本项目研究,将深入了解重金属从蛋白结合态迁移至吸附剂的过程机制,为大米蛋白及复杂食品体系中重金属的高效脱除奠定理论基础和技术支撑。
英文摘要
Because of the high heavy metal accumulation of rice protein, heavy metal contamination has become the main constraint on the quality and safety of the rice protein. Adsorption technology has been recognized as one of the most promising approaches for the highly selective removal of heavy metals. However, for heavy metals which exist as protein-binding state in rice protein, little was known about their redistribution regulation on the protein-adsorbent interface, as well as the relevant adsorption behavior and removal mechanism. To address this problem, on the basis of the strong affinity of selenium for heavy metals and our previous research about magnetic adsorbents, selenium functionalized magnetic adsorbents with excellent heavy metals adsorption capacity will be prepared to study the adsorption mechanism and removal method of heavy metals from rice protein. Through the studies of adsorption kinetics and thermodynamics, the internal rule of the effect of rice protein on the removal of heavy metals will be mastered, and the adsorption characteristics of heavy metals from rice protein will be clarified. By combining spectrum analysis and molecular simulation technologies, the interaction between heavy metals and adsorbent will be identified, and the removal mechanism for heavy metal from rice protein by adsorbent will be revealed. The research results of this project will take an in-depth look at the mechanism of the migration of heavy metals from protein-binding state to adsorbent, and provide basic theory and technical support to the efficient removal of heavy metals from rice protein and other complicated food matrix.
大米蛋白具有极高的营养价值,近年来,大米蛋白的开发利用日益受到重视。然而,由于大米蛋白对重金属具有天然的高累积性,重金属污染已成为大米蛋白质量安全的主要制约因素。本项目以构建具有高效吸附重金属性能的硒功能化磁性吸附剂等为基础,对大米蛋白中重金属的吸附脱除机理进行了研究,开发了大米蛋白中重金属的脱除方法,可为加工减控大米蛋白及复杂食品体系中重金属提供重要的理论依据和技术支撑。具体结果如下:(1)研究了大米蛋白中无机砷分布特征及与大米蛋白的结合特性,发现大米蛋白的清蛋白和球蛋白中大部分为无机砷,且主要是As(III),谷蛋白中主要为有机砷。大米蛋白的含氮基团、醚基、巯基和二硫键等基团共同提供了As(III)、As(V)的结合反应;反应是自发、吸热的,以化学吸附为主,以单分子层形式结合在蛋白表面;pH、共存阴离子、Na+离子强度等环境因素均会影响大米蛋白与无机砷的结合。(2)针对纳米硒、硒代氨基酸、硒肽等不同硒形态的化学结构特点,设计制备了一系列硒功能化吸附剂。其中Fe3O4@ZIF-90@SeCys对Cd(II)表现处优异的吸附分离特点,Cd(II)在Fe3O4@ZIF-90@SeCys上的吸附符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,最大吸附容量Qm达到33.06 mg/g。NanoSe@CBs对于Hg(II)适用pH范围广,吸附过程是化学吸附,最大吸附容量是376.5 mg/g,与硒、氨基的反应是Hg(II)与NanoSe@CBs之间的主要相互作用。(3)开发了一系列大米蛋白中重金属的脱除技术,N/S-SBA-15对不同Cd(II)含量大米蛋白中Cd吸附去除率均在90.6%以上;基于氯化胆碱和柠檬酸的低共熔溶剂ChCA可以对As(III)、DMA、MMA、As(V)四种砷形态均有效脱除;葡萄糖酸洗涤在脱除大米蛋白中的Cd(II)的同时能够较好地保持大米蛋白的结构和功能特性;构建的动态吸附装置最佳条件下对大米多肽中Cd(II)吸附去除率均在91.2%以上,实现在线连续对Cd(II)的去除,具有一定的工业应用前景。.本项目相关研究成果完成了项目规定的各项任务和指标,共发表论文11篇(第一标注9篇,第二标注2篇),申请国家发明专利4件,培养硕士研究生6名,获多项科普奖励,达到了预期研究目标。
氮/硫双掺杂介孔碳磁性复合物固相萃取食用植物油中重金属的吸附分离机理研究
  • 批准号:
    31701697
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    李彭
  • 依托单位:
国内基金
海外基金