油菜秆与巨尾桉组分结构解析和油菜秆酶解糖化研究

发布时间：2020-05-22 03:43

【摘要】：能源危机和环境污染日益被大众所关注,其重要性和迫切性已经不需要再赘述,更重要的是找到一种可以替代化石能源的原料来为我们提供能源和多种化学品。因此,利用可再生的木质纤维原料制备环境友好的燃料乙醇、生物质材料和化学品引起了研究人员的关注。通过现有的生物质精炼手段开发利用木质纤维原料,最重要的是实现木质纤维原料的清洁高效分离,从而实现对木质纤维原料的全组分高效利用。本研究采用了稀酸和水热预处理两种预处理手段处理油菜秆原料,探讨了所用预处理方法对于纤维素酶解糖化效率的影响,特别是预处理对于原料化学成分、物理结构的改变,以及底物成分与酶解糖化的关系。通过研究发现,180℃水热预处理协同碱处理将油菜秆酶解效率提高5.9倍,达到了 93.1%,而稀酸预处理在较低的130℃达到了相近的作用,酶解效率达到了 89.8%,从而提供了一个更加节能环保的选择。其次,本研究探究了水热及稀酸预处理协同碱后处理对于所提取木质素化学结构及木质素提取效率的影响,发现油菜秆木质素主要由紫丁香基木质素和愈创木基木质素构成。木质素连接键主要为β-O-4、β-β和β-5键。其中β-O-4醚键容易在提取过程中断裂,造成大分子降解,且提取过程中伴随着木质素的氧化和缩聚。在水热175℃时处理45 min并协同2%NaOH在100℃温度下处理2 h时,可以提取最多的木质素(12.32%)且纯度最高。对木质素提取过程及结构的进一步了解有利于对于油菜秆的高值化应用。最后,本研究采用亚氯酸钠脱木素,利用LiOH、NaOH和KOH分离两年生、三年生和四年生巨尾桉半纤维素,用三倍乙醇对碱溶半纤维素进行沉淀,得到了 9组半纤维素样品。其中四年生巨尾桉碳水化合物含量高于两年生和三年生巨尾桉,且碱液对四年生巨尾桉半纤维素的分离效率最高。在所选用强碱中,NaOH分离效率最高,KOH次之,LiOH分离能力相对较弱。最显著的不同是KOH分离的半纤维素含有的葡萄糖组分更少。三种碱提半纤维素的化学组成相近,木糖为主要成分,葡萄糖醛酸和阿拉伯糖相对较少,同时含有少量半乳糖、鼠李糖和葡萄糖。通过FT-IR和2D HSQC NMR分析研究发现,巨尾桉碱溶性半纤维素主要是由聚-4-O-甲基-D-葡萄糖醛酸-D-木糖所组成。
【图文】：

逦Ｄ－吡喃式木糖逦Ｄ－|!萄铆胳酸逡逑图１－２半纤维素主要糖组份逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｍａｉｎ邋ｕｎｉｔｅｓ邋ｏｆ邋ｈｅｍｉｃｅｌｌｕｌｏｓｅｓ．逡逑半纤维素之间的差异表现在基本糖单元组份、分子链长短、主链组成、支链长短逡逑以及分枝度。由于半纤维素化学结构的多样性，不同半纤维素的理化性质差异很大。逡逑２逡逑

逦ＯＨ逦ｎ逡逑图１－１纤维素结构式逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ逡逑１．２．２半纤维素的化学结构逡逑根据《植物纤维化学》教科书上对于半纤维素的定义，半纤维素是指植物细胞壁逡逑中的非纤维素的碳水化合物（杨淑蕙等，２０１１）。在化学构成上，半纤维素与纤维素逡逑不同，半纤维素不是均一的聚糖，，无法通过一个分子式简单表达，它是很多复合聚糖逡逑的总称。提取半纤维素的原料不同，所提取半纤维素的化学组分也不相同（Ｅｂｒｉｎｇｅｒｏｖａ逡逑等，２００５）。构成半纤维素的基本糖单元有：逡逑ＯＨ逦ＯＨ逦Ｈ0邋ＯＨ逡逑一°ｘ逦一邋ｏ逡逑ＨＯＸ－丨丨气邋＼－＿ＯＨ逦ＨＯ＾，逦Ｖｑｈ逦＼逦？逡逑ＯＨ逦ＯＨ逡逑Ｄ－咐喃式葡萄糖逦Ｄ－吡喃式丨丨谣期逦Ｄ－毗喃式黎乳期逡逑ＨＯ逦ＯＨ逡逑Ｈ邋＿0邋Ｈ逦＼逦ｆ逡逑［0Ｓｈ逦ＨＯ－ＳＴ－逦°逦／逦＼逦／＝＝0逡逑ｈ0＾邋ｒ－￣ｌｒ0Ｈ逦ｈｏ＾ｗ＾ｔ＾ｏｈ邋ｈ0－＾｛逦｝￣（逡逑Ｈ邋0Ｈ逦＼逦－0Ｈ逡逑Ｌ－吹喃式阿拉伯糖逦Ｄ－吡喃式木糖逦Ｄ－|!萄铆胳酸逡逑图１－２半纤维素主要糖组份逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｍａｉｎ邋ｕｎｉｔｅｓ邋ｏｆ邋ｈｅｍｉｃｅｌｌｕｌｏｓｅｓ．逡逑半纤维素之间的差异表现在基本糖单元组份、分子链长短、主链组成、支链长短逡逑以及分枝度。由于半纤维素化学结构的多样性
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ352.79;O636.2

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本文编号：2675381