桉木预水解液中低聚木糖的纯化与精制

发布时间：2020-08-21 14:46

【摘要】：近年来,溶解浆的市场需求量呈逐年增高的趋势。溶解浆生产过程中会产生富含半纤维素的预水解液,随着生物质精炼概念的提出,预水解液中半纤维素的高效利用成为科技工作者的研究热点。然而,预水解液中少量木素等杂质会阻碍半纤维素基高附加值产品的生产,并降低下游产品的纯度。本论文以桉木热水预水解液为研究对象,采用Ca(OH)_2、活性炭和漆酶协同活性炭对预水解液进行了纯化处理,在保持聚木糖含量少损失的前提下,去除木素等杂质。进而采用了微波辅助酸水解或酶水解,定向降解预水解液制备聚合度为2~4的低聚木糖,并对产物进行结构与性能分析,以期为预水解液的高值化利用提供一定的理论依据和技术支持。首先,采用Ca(OH)_2粉末对原始预水解液(PHL-0)进行处理,分析Ca(OH)_2用量对预水解液中木素、糠醛、乙酸和木糖含量的影响,并对预处理过程的纯化作用机理进行探究。研究表明,当Ca(OH)_2用量为1.5%时,木素、糠醛去除率较高,分别为41.2%和47.4%,木糖和聚木糖损失不明显,乙酸含量大幅上升,从6.2 g/L提高至11.7 g/L。Ca(OH)_2处理可以有效的去除预水解液中的木素、糠醛等杂质,可使聚木糖侧链上的乙酰基脱落进而形成乙酸,对木糖/聚木糖含量没有明显影响。其次,采用活性炭对一级预水解液(PHL-1)进行处理,分析活性炭用量对预水解液中木素、糠醛、乙酸和木糖含量的影响,探究活性炭脱除木素的机理。研究表明,当活性炭用量为1.0%时,木素、糠醛去除率分别为54.4%和98.0%,总木糖损失率较低,仅为6.0%。活性炭会优先选择吸附木素,且对聚木糖的吸附能力高于木糖,但对预水解液中存在的小分子木素,吸附能力较弱。采用漆酶协同活性炭对二级预水解液(PHL-2)进行处理,通过Design-Expert软件对影响漆酶处理效果的关键因素进行优化,得出4个因素的主次顺序为:pH值漆酶用量处理温度处理时间,建立木素脱除率与pH值、处理温度、漆酶用量和处理时间之间的函数模型。研究表明,当pH值为5、处理温度45℃、时间3 h、漆酶用量5 U/g时,二级预水解液中木素脱除率为65.4%。经过漆酶协同活性炭处理后,原始预水解液中木素、糠醛的脱除率分别为90.7%和100%,木糖、聚木糖的损失率分别为5.7%和12.0%。采用微波辅助酸处理对预水解液(PHL-2)进行处理,探讨酸类型、酸用量、温度和时间对预水解液中木糖及低聚木糖含量的影响,并对所制备的低聚木糖产品进行了分析与表征。研究表明,当硫酸用量为1.4%、处理温度120℃和处理时间20 min时,微波辅助酸处理后预水解液中低聚木糖含量较高为9.3 g/L,较未经微波辅助酸处理的预水解液,低聚木糖含量提高38.8%,制备的低聚木糖含有部分阿拉伯糖及糖醛酸侧链。采用木聚糖酶对预水解液(PHL-2)进行处理。探讨了木聚糖酶用量、处理时间、处理温度和pH值对预水解液中低聚木糖含量的影响,并对所制备的低聚木糖产品进行了分析与表征。研究表明,当酶用量为2 U/g、处理时间3 h、温度55℃、pH值5.5时,酶处理后预水解液中低聚木糖含量为12.3 g/L,与未经过酶处理的预水解液相比,低聚木糖含量提高68.5%;经过酶处理后,预水解液中低聚木糖含量占原始桉木预水解液中总木糖含量的54.0%,所制备的低聚木糖含有部分糖醛酸侧链。
【学位授予单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS713

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