芒草化学成分及降解产物分析研究

发布时间：2020-07-25 18:56

【摘要】：随着不可再生能源的不断枯竭,新型绿色可再生能源的开发和高效利用是全球亟需探究的问题,其中生物质能源具有清洁、可再生、无污染、分布广泛等优点备受关注。生物质芒草属于多年生木质纤维素类草本植物,是一种具备发展潜力的可再生资源。本论文以植物芒草为研究对象,对其化学成分及其降解产物进行了研究,为实现芒草资源的综合利用提供理论依据,主要结果如下:(1)采用纤维素测定仪测定了29个芒草品系(荻类)的木质纤维素含量。结果表明:同种品种由于生长环境的不同,其木质纤维素成分的含量具有显著性差异,其中纤维素在D032中含量最高达52.64%,H095中的含量最低为41.9%。半纤维素在D045中的含量最高达22.80%,H034中含量最低为16.80%。木质素在D131中含量最高达17.30%,D085中含量最低为12.66%。纤维素成分较高的品系适合用于发酵制备乙醇,木质素含量较高的品系适合直接燃烧发电利用。(2)采用GC-MS技术对7种芒草品种中的挥发油成分进行了鉴定分析。结果如下:7种芒草品种共鉴定出了23种挥发性成分,分别为癸酸、2-羟基乙基正丙基硫醚、反式-2-乙氧基-5-(1-丙烯基)苯酚、3,4-二甲基-5-羟基异恶唑、2-甲基-2-乙酰基四氢呋喃、5种烯烃、6种酯类、4种酮类、3种醛类物质。共有组分有10种,其中共有组分的相对含量占总挥发性成分的百分比在72.65%-97.01%之间。不同芒草品种的共有组分的含量也具有较大的差异,其中癸酸的含量最多,癸酸在奇岗中的相对含量最高达58.27%,湖南南荻中相对含量次之达52.33%,奇岗六倍体中的相对含量最低为27.35%。(3)采用范式法、扫描电镜法以及紫外分光光度法对降解预处理方法进行了分析,综合木质纤维素组成、结构以及酶解产糖率这三个方面,确定了超声辅助碱法作为芒草的预处理方法。并对此方法进行了工艺优化,对影响原料预处理效果的四个因素即碱浓度、温度、料液比和反应时间进行探究,得出最佳的预处理工艺为:NaOH碱浓度为2%、反应温度为50℃、料液比1:20、反应时间90 min,在此预处理条件下,芒草总糖产率为31.55%。(4)采用HPLC法对芒草酶解液中的化学成分进行分析,芒草酶解液的主要成分为:木糖、阿拉伯糖、甘露糖、葡萄糖。单糖的种类和含量决定了发酵菌株的选择,为芒草降解制备燃料乙醇提供重要的理论指导。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK6
【图文】：

木质纤维素,结构示意图

图 1-1 木质纤维素结构示意图[19]Fig. 1-1 Structure of lignocellulose[19]国内外有关木质纤维素测定的方法有很多，杜[20]采用差量法对稻草中进行了测定，具体过程为，先加入中性洗涤洗涤剂测得中性洗涤纤维然后再向中性洗涤纤维中加入 2mol/L 的 HCl 水解半纤维素，采用地衣测得五碳糖含量，最后再放入马弗炉里灼烧。此方法虽然操作简便、较大，因为半纤维素水解的过程中，纤维素也不可避免的发生了水nji[21]采用近红外反射光谱测定枯枝落叶中的木质纤维素含量，此方法依维素成分中 C-H 和 O-H 等官能团对红外吸收的原理，因为木质纤维成性使得此方法的测定误差也较大。芒草属于木质纤维素类植物，主要由纤维素、半纤维素、木质素这三其构成相对复杂，结晶纤维较多，结构十分稳固。这种复杂而牢固的芒草在降解利用方面存在很大困难[22]。淑[23]采用氨水、醋酸等试剂将纤维素、半纤维素水解成单糖，然后对单糖进行衍生化后，采用 GC-M

示意图,木质纤维素,发酵生产,乙醇

图 1-2 木质纤维素原料发酵生产乙醇工艺示意图[49] 1-2 Technology diagram of production of lignocellulosic ethanol[4醇生产过程中存在原料预处理困难、成本较高、生产工艺复多困难，这是纤维乙醇还没有在社会上大量推广和应用的重理的木质纤维素降解工艺来制备生物质乙醇是研究者亟需解醇的生产工艺主要分三大步骤，如图 1-2 所示，一是原材料的、化学生物技术或几种技术的组合[50,51], 目的是打散木质纤维结构完整性；二是水解阶段, 即通过生物酶或者化学试剂把原子、可发酵的糖底物；三是发酵阶段, 即用酵母菌对酶解产生备生物乙醇。预处理方法的研究纤维素材料生产的生物燃料，所谓的第二代生物乙醇与来自

流程图,芒草,木质纤维素,流程图

17图 2-1 芒草中木质纤维素测定流程图Fig. 2-1 Flow chart for determination of lignocellulose of miscanthus中性洗涤纤维(NDF)的测定: 准确称取一定质量约1.0 g的芒草粉末平分别置于已恒重的坩埚中，然后将坩埚放到纤维素测定仪上，冷却塔加入 100 mL 中性洗涤剂溶液、2 mL 的十氢化萘和 0.5 g 无水亚硫酸钠凝装置将其煮沸、保持微沸 1 个小时后，分别用丙酮和微沸的蒸馏水然后将盛放样品的坩埚置于烘箱中 105℃烘干至恒重后称量。酸性洗涤纤维(ADF)的测定: 准确称取一定质量约1.0 g的芒草粉末平分别置于干燥且恒重的坩埚中，然后将坩埚放到纤维素测定仪上，从部加入 100 mL 酸性洗涤剂溶液和数滴十氢化萘，之后的测试方法与的测定方法相同。

【参考文献】