微波辅助玉米芯的稀酸水解研究

发布时间：2020-04-12 17:19

【摘要】：因玉米芯中含有大量的半纤维素,其水解产生的木糖可以被广泛应用于生产生活中,将玉米芯水解制备低聚木糖具有重要意义。既充分利用了生物质资源,又为健康新能源的产生提供了可靠的途径。本文以玉米芯为原料,利用响应面优化法在微波稀硫酸作用下探索玉米芯水解产生还原糖的最优工艺,在玉米芯水解研究之前先对玉米芯中发生水解的单一组分进行了水解研究,并利用正交实验寻找最优水解效率,最后比较玉米芯水解与单一组分水解的差异性。本文主要研究内容及结论如下:(1)对影响半纤维素水解的因子进行单因素实验分析,研究半纤维素水解规律并选定各单因素的水平值,设计正交实验L_9(3~4),对实验结果进行极差分析和方差分析,在反应时间10min,硫酸浓度3%,微波功率350W,可得到最优的还原糖产率为93.68%。通过FTIR和XRD表征分析半纤维素结构水解前后的变化规律,并结合水解效率可知半纤维素在稀酸中较易水解。(2)对影响纤维素水解的单因素进行水解实验并探索其水解规律,选取较合适的单因素水平值,设计正交实验L_9(3~4),对实验结果进行极差分析和方差分析得出最优水解条件为:硫酸浓度7%,微波反应时间25min,微波功率350W,此时纤维素水解产生还原糖的产率为10.65%。通过FTIR和XRD表征分析纤维素及其水解残渣结构变化,可知纤维素在本实验条件下水解效果不佳。(3)在玉米芯的单因素水解试验中,选择较合适的因素范围,利用响应面法对玉米芯进行四因素三水平的水解条件优化。根据模型拟合建立一元二次回归方程,方程R~2=0.9737,模型可靠。实验探索出水解最优工艺为:微波反应时间12min,微波功率356.27W,液固比9.7g/ml,酸浓度3.55%,可以得到最优的还原糖产率为29.17%,实验进行验证可得水解产率28.87%,与最优值相差不超过5%。利用Saeman模型对玉米芯水解动力学拟合,玉米芯水解过程中,还原糖先累积较快,后还原糖的生成和降解达到一个平衡。借助HPLC对玉米芯水解液分析发现,水解产物单糖主要为木糖和葡萄糖。(4)比较玉米芯的水解和单一组分的水解发现,玉米芯的实际水解产率比单一组分加起来理论值要小,说明玉米芯中纤维素和半纤维素的相互镶嵌结构影响半纤维素的完全水解,如将玉米芯中半纤维素进行分离,半纤维素水解产率可被提高。
【图文】：

分子结构图,纤维素,分子结构

束的纤维素构成整体框架，纤维素和半纤维素则分布在微束纤维周围或者中间，对纤维素形成保护作用。1.2.1 纤维素纤维素在植物细胞壁中对植物细胞起支撑保护作用，其分子式为(C6H10O5)n，n 一般在 500～15000 之间，表示高分子化合物的聚合度。如图 1.1 所示，其分子结构是由D-葡萄糖通过β-1，4 糖苷键连接起来而形成的，分子链之间或单一分子链间不同的单元通过氢键的作用形成纤维束，这种结构使得纤维素化学性质非常稳定，，使其在一般的稀酸、稀碱、有机溶剂条件下不容易溶解，在常温下水解反应很难发生，甚至在高温下水解反应也相对缓慢。通过对其机械强度的测定对比同样由葡萄糖组成的淀粉的机械强度可知，纤维素机械强度较高，这也是其能作为植物细胞壁起保护作用的原因[9]。

技术路线图,玉米芯,工业化应用,使用率

华中科技大学硕士学位论文以寻求一组最优的生产工艺，提高玉米芯的综合使用率，为玉米芯生产木糖的工业化应用提供依据。1.5.3 技术路线技术路线图见图 1-1
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X712

【参考文献】