食用竹炭生产技术的初步研究
2023-04-18
来源:独旅网
第32卷第2期 竹子研究汇刊 Vo1.32,No.2 May,2 0 1 3 2 0 1 3年5月 J0URNAL OF BAMBOO RESEARCH 食用竹炭生产技术的初步研究 翁益明 ,徐冲霄 ,程晓云 ,李文珠 ,陈文照。 (1.遂昌县林业局,浙江遂昌323300;2.浙江农林大学工程学院,浙江临安311300 3.遂昌县文照竹炭有限公司,浙江遂昌323300) 摘要选用应村乡、j安口乡、王村口和三仁乡等不同产地,不同竹龄(I度一Ⅳ度)的竹材,在自制炭化 窑中,按照特定的生产工艺,制备食用竹炭,测定其主要重金属含量。结果表明:(1)不同产地、不同竹龄 和不同部位的竹材烧制食用竹炭的重金属含量各不相同,偏远山区、少施或不施化肥,以及Ⅱ度和Ⅲ度 毛竹中梢部竹材更适合制备食用竹炭;(2)食用竹炭的生产工艺炭化温度为500—800℃,周期15 d左 右;制得产品重金属铅(Ph)为0.16 mg・kg~、砷(As)为0.09 mg・kg~、汞(Hg)为0.01 mg・kg~,符 合GB 16740—1997 ̄保健(功能)食品通用标准》要求。 关键词竹材;食用竹炭;重金属含量 A Preliminary Study on the Production Technology of Edible Bamboo Charcoal WENG Yi.ming ,XU Chong—xiao ,CHENG Xiao.yun ,LI Wen.zhu ,CHEN Wen.zhao (1.Forestry Bureau of Suichang County,Suichang 323300,Zh ̄iang,China; 2.School of Engineering,Zh ̄iang Agriculture and Forestyr University,Lin an 311300,Zhejiang,China; 3.Suichang Bamboo Charcoal Co.,Ltd.,Suichang 323300,Zhejiang,China) Abstract Bamboos(Phyllostachy heterocycla CV.pubescens)with different ages from the different areas(Yincun,Ankou,Wangcunkou and Sanren village)were selected to burn edible bamboo charcoal in self made charring kiln,and their main heavy metal contents were measured.The results showed that the heavy metal contents were not identical for bamboo charcoals from different areas,with different ages and from different position of the bamboo. The 2—3 growth cycle(3—6 years old)bamboos from remote mountainous areas,fertilizing less or no chemicals during growth,were more suitable for the preparation of edible bamboo charcoa1.The edible bamboo charcoal can be obtained at a carbonization temperature of 500~ 800 oC for a period of 15 d.The contents of heavy metals were lead(Pb)0.16 mg・kg~, arsenic(As)0.09 mg・kg。。,mercury(Hg)0.O1 mg・kg~respectively,in accordance with GB 16740—1997“health(functiona1)requirements for food standard”. Key words Phyllostachy heterocycla av.pubescens;Edible bamboo charcoal;Heavy metals 竹炭是上世纪末本世纪初开发的新产品,是竹材热解的产物,一种多孔性物质,有特殊的孔隙结构和远 红外发射等特性 卜 ,它可用于室内调湿、有毒有害气体的吸附、日用保健、炭基复合材料、饲料添加剂以及 水质净化等功能,是一种新型的环保、健康的炭素材料,它的发展逐渐成为人们关注的热点 。圳。日本在二 十世纪末,就有文献研究报道,竹炭不仅可用于煮饭,用竹炭过滤处理青酒(一种日本米酒),能生产出一种 收稿日期:2013-02-20 基金项目:浙江省重大科技专项(优先主题)农业项目,食用炭生产关键技术和工艺设备的研究(计划编号:2006C12128) 作者简介:翁益明(1968一),高级工程师,浙江遂昌人,从事竹类栽培与利用专业。 48 竹子研究汇刊 第32卷 风味独特的新酒,称作日本威士忌,并可用于谷物饲料,青贮饲料的防霉。而且兴起“食物养生法”,各种保 健食品、药效食品以及功能型食用炭的开发研究方兴未艾,特别是一些功能型食用米炭、豆炭大有超越食品 范围之势,而接近于药品 J。 我国在竹炭方面的研究,尤其是食用炭方面的研究和应用还是相当欠缺,主要是目前生产竹炭指标性能 达不到食用炭标准的要求,特别是普遍存在铅和砷等重金属含量过高,以铅和砷为例,目前竹炭铅含量一般 为3.0 mg・kg一以上,有的甚至达到8.47 mg・kg~,砷含量一般在2.0 mg・kg 左右_4 J,而保健食品中铅 含量限量为0.5 mg・kg~,与目前竹炭铅含量比超出6~17倍;砷含量限量为0.03 mg・kg~,超标7倍左 右ll 。本文从食用竹炭原材料竹材选择、炭化工艺、铅等重金属含量测试等方面研究,为竹炭在食品加工方 面的进一步应用和深度开发提供理论数据,进而开发功能型食用竹炭制品。 1试验材料与仪器 1.1材料 竹材选自遂昌县应村乡、坡口乡、王村口乡和三仁乡的毛竹样地,样地连片面积3 hm 以上,立竹度 2 100株・hmI2以上;在每个样地中心区域分别取3~5株竹子,分别取I度(1~2年生)、II度(3~4年生)、 Ⅲ度(5~6年)和Ⅳ度以上(7年以上)竹材,分别按要求加工成基部、中部、梢部和去青、去黄等处理的竹段, 以待试验用。 1.2 仪器 自制炭化设备、恒温烘箱、高温电炉、等离子发射光谱、锥形瓶,称量瓶,移液管,分析天平等主要仪器 设备。 2试验方法 2.1食用竹炭的制备 (1)炭化设备研制。 为保证食用竹炭烧制过程做到洁净生产,没有杂质}昆人,且保证 铅等重金属含量不超标,研制了食用竹炭炭化设备。该设备采用里面 用密封不锈钢干馏窑,上留3个孔,分别作为蒸气注入、放置温度计和 收集竹醋液用。外窑用为供热用,燃烧时产生的烟气在内外夹层中流 动,详见图1炭化设备剖面图。 (2)生产工艺流程。 图1炭化设备剖面图 Fig.1 Profile of carbonization device 食用竹炭生产工序主要包括备料、干燥、炭化、活化、加工等工序制得食用竹炭。工艺流程如图2。 臣 卜 互巫 —圃 图2食用竹炭制备工艺流程示意图 Fig.2 Process scheme for edible bamboo charcoal manufacture ①备料:原料选择不同产地、竹龄、不同部位竹材原料进行试验;②选好竹材在大气条件下阴干至含水率 在30%~40%;装人自制炭化窑内,点火,用烟气薰蒸脱水3~6 d,窑内温度控制在105℃左右;③到第7~ 12 d,将窑内温度升至150~300 ,竹材在半真空状态下预炭化、炭化,以窑顶烟囱出现清烟时为好;④第l3 d,开大燃烧fqt ̄n供氧,使窑内温度达到500~800℃,并保持1 h后用蒸汽发生器往窑内喷水蒸汽(每立方 米竹炭喷入1 kg左右蒸汽),使竹炭充分活性化;⑤封闭燃烧口和烟囱,封窑2 d后出炭;⑥用专用不锈钢容 器装食用炭,待其冷却后通过不锈钢粉碎机粉碎成颗粒,然后通过气流输送管道进入不锈钢高压气流粉碎机 第32卷第2期 翁益明等:食用竹炭生产技术的初步研究 49 使竹炭细化成1 000~1 500目,最后在无菌房内对食用炭进行无菌封装。 2.3食用竹炭微量元素的测定 食用竹炭样品中铅(Pb)含量、砷(As)含量按照《食品中铅的测定方法测定》(GB/T 5009.12.1996)和 《食品中总砷的测定方法》(GB/T 5009.11.1996),测试环境为温度8℃,相对湿度48%。 3试验结果与分析 3.1 不同产地竹材铅含量测试结果 应村乡、墙口乡、王村口和三仁乡等不同产地的Ⅳ度竹材各随机抽取3个样品,按照按照《食品中铅的 测定方法测定》(GB/T 5009.12—1996),测试结果见表1。 表1不同产地竹材铅含量检测数据 Tab.1 Lead content of bamboo from diferent areas (mg・kg ) 由表1知,不同产地竹材铅含量相差较大,三仁乡所产竹材的铅含量最大,平均达到1.63 mg・kg~,是 坡口乡所产竹材的7倍以上,究其原因是三仁地区竹林经营强度大,且竹林多位于主要公路两侧,污染较大。 而应村、按口等地竹林经营强度小,位于偏远地区,污染较少,从而使竹材中铅重金属含量也偏低。 3.2不同产地竹材烧制竹炭的铅含量测试结果 为进一步证明上述结论,根据目前普遍采用老龄竹材烧制竹炭,选用四个产地Ⅳ度竹材所烧制的竹炭产 品的铅、铬、汞和砷等重金属含量进行了测试。按照上述制定的生产工艺制备食用竹炭,按照GB/T 5009.12 —1996(食品中重金属的测定方法》测定,测定结果见表2。 表2各产地竹炭主要重金属含量检测数据 Tab.2 Lead content of bamboo charcoal from diferent areas (mg・kg ) 由表2可知,不同产地竹材烧制竹炭的铅含量各不相同,三仁乡竹材烧制的竹炭含量最高,达到5.62 mg・kg~,坡口乡竹材烧制的竹炭含量1.95 mg・kg 为最低;从表1数据表明,竹炭中铅重金属含量基本 随着竹材中铅含量增加而增大的趋势。而镉和汞含量均以坡口地区为最低。因此,在食用竹炭的竹材选择 上,应选取竹林经营强度小,污染较少的偏远地区。 3.3不同竹龄竹材烧制竹炭铅含量测试结果 为进一步分析竹龄与铅重金属含量的关系,对不同竹龄所烧制的竹炭进行了测试。根据前面试验结果, 选取坡口乡不同竹龄的竹材烧制竹炭,按GB/T 5009.12—1996(食品中铅的测定方法》测定,测试3个样品 取平均值结果见表3。 50 竹子研究汇刊 第32卷 由表3可知,竹炭中的铅重金属含量随着竹材竹龄增长而增高的趋势,从I度的竹炭铅含量0.52 mg・ kg 上升到Ⅳ度的竹炭铅含量2.09 mg・kg~。又根据竹炭的得率随着竹龄的增加而增加,以及综合竹炭理 化性能考虑¨ ,因此,在食用竹炭烧制原料选择上应尽量选取Ⅱ度和Ⅲ度竹材。 3.4 不同竹材部位竹炭铅含量测试结果 为进一步分析不同部位竹材烧制竹炭与铅重金属含量的关系,在重金属含量最高和最低的三仁、墙口分 别选取了竹材基部、中部、梢部竹材,按传统工艺烧制成的竹炭,按GB/T 5009.12—1996((食品中铅的测定方 法》测定,测试3个样品取平均值结果见表4。 表4不同部位竹炭铅含量检测数据 Tab.4 Lead content of charcoal burned from bamboo at different position (mg・kg ) 从表4可知,以竹材为基部原料烧制成的竹炭铅重金属含量比中部、梢部都要高,存在从基部到梢部竹 炭铅含量呈现降低趋势。同样部位的竹材烧制竹炭的铅含量也是随着竹龄的增加而增大的趋势。因此,食 用竹炭烧制原料选择上应选取竹材的中梢部。 3.5不同方法处理竹材制备竹炭铅含量的测试结果 为进一步分析竹青、竹肉、竹黄各部分对竹炭的铅重金属含量影响,选择重金属含量较高的三仁乡的Ⅱ 度、Ⅲ度竹材,进行去青、去青和竹黄等处理,然后烧制成竹炭,进行检测对比。按GB/T 5009.12—1996 ̄食 品中铅的测定方法》测定,测试3个样品取平均值结果见表5。 表5 不同处理竹材的竹炭铅含量检测数据 Tab.5 Lead content of bamboo charcoal under different treatments (mg・kg一 ) 由表5可知,竹材去竹青、竹黄后烧制成的竹炭铅重金属含量均有明显降低,特别是去竹青后降低程度 明显,降低率都在30%以上,这是竹青组织紧密、表面覆有蜡质层,即竹青中的含量高于竹肉和竹黄,且与外 界接触密切,易使重金属附着。因此,食用竹炭的竹材要求竹材去掉竹青和竹黄,只选取竹肉部分。 3.6验证试验 根据以上试验结果,我们选择坡口乡的Ⅱ度毛竹材,取其中梢部并去青,按照上述制定的生产工艺制备 食用竹炭,按照《保健(功能)食品通用标准》(GB 16740—1997)测试,测试结果见表6。 第32卷第2期 翁益明等:食用竹炭生产技术的初步研究 5l 从表6可知,竹炭的铅、汞和砷含量都小于0.02 mg・kg~,远远低于《保健(功能)食品通用标准》国家 标准要求。 4结果与讨论 根据本实验结果可以得出如下结论: (1)食用竹炭的竹材应该选用偏远山区、少施或不施化肥,选择I度和Ⅱ度毛竹材,竹材中梢部位且去 青,含水率控制在30%~40%。 (2)食用竹炭的生产工艺应该是炭化温度为500~800 oC之间,周期15 d左右;具体工艺即用烟气薰蒸 脱水3~6 d,窑内温度控制在105 oC左右;第7~12 d,将窑内温度升至150~300 oC;第13 d,开大燃烧门增 加供氧,使窑内温度达到500~800 oC,并保持1 d后用蒸汽发生器往窑内喷水蒸汽,使竹炭充分活性化。封 闭燃烧口和烟囱,封窑2 d后出炭。 (3)不同产地、不同竹龄和不同部位的竹材烧制竹炭的重金属含量各不相同,重金属含量培育好的产地 高于未培育的,随着竹龄增加而增加,基部高于中部和梢部;本试验制备的食用竹炭铅(Pb)0.16 mg・kg~、 砷(As)0.09 mg・kg~、汞(Hg)0.01 mg・kg~。 参 考 文 献 [1]周建斌.竹炭环境效应及作用机理的研究[D].南京林业大学博士论文,2005年,1—60. 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