【摘要】：因玉米芯中含有大量的半纖維素,其水解產(chǎn)生的木糖可以被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中,將玉米芯水解制備低聚木糖具有重要意義。既充分利用了生物質(zhì)資源,又為健康新能源的產(chǎn)生提供了可靠的途徑。本文以玉米芯為原料,利用響應(yīng)面優(yōu)化法在微波稀硫酸作用下探索玉米芯水解產(chǎn)生還原糖的最優(yōu)工藝,在玉米芯水解研究之前先對(duì)玉米芯中發(fā)生水解的單一組分進(jìn)行了水解研究,并利用正交實(shí)驗(yàn)尋找最優(yōu)水解效率,最后比較玉米芯水解與單一組分水解的差異性。本文主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:(1)對(duì)影響半纖維素水解的因子進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)分析,研究半纖維素水解規(guī)律并選定各單因素的水平值,設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)L_9(3~4),對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析和方差分析,在反應(yīng)時(shí)間10min,硫酸濃度3%,微波功率350W,可得到最優(yōu)的還原糖產(chǎn)率為93.68%。通過FTIR和XRD表征分析半纖維素結(jié)構(gòu)水解前后的變化規(guī)律,并結(jié)合水解效率可知半纖維素在稀酸中較易水解。(2)對(duì)影響纖維素水解的單因素進(jìn)行水解實(shí)驗(yàn)并探索其水解規(guī)律,選取較合適的單因素水平值,設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)L_9(3~4),對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析和方差分析得出最優(yōu)水解條件為:硫酸濃度7%,微波反應(yīng)時(shí)間25min,微波功率350W,此時(shí)纖維素水解產(chǎn)生還原糖的產(chǎn)率為10.65%。通過FTIR和XRD表征分析纖維素及其水解殘?jiān)Y(jié)構(gòu)變化,可知纖維素在本實(shí)驗(yàn)條件下水解效果不佳。(3)在玉米芯的單因素水解試驗(yàn)中,選擇較合適的因素范圍,利用響應(yīng)面法對(duì)玉米芯進(jìn)行四因素三水平的水解條件優(yōu)化。根據(jù)模型擬合建立一元二次回歸方程,方程R~2=0.9737,模型可靠。實(shí)驗(yàn)探索出水解最優(yōu)工藝為:微波反應(yīng)時(shí)間12min,微波功率356.27W,液固比9.7g/ml,酸濃度3.55%,可以得到最優(yōu)的還原糖產(chǎn)率為29.17%,實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證可得水解產(chǎn)率28.87%,與最優(yōu)值相差不超過5%。利用Saeman模型對(duì)玉米芯水解動(dòng)力學(xué)擬合,玉米芯水解過程中,還原糖先累積較快,后還原糖的生成和降解達(dá)到一個(gè)平衡。借助HPLC對(duì)玉米芯水解液分析發(fā)現(xiàn),水解產(chǎn)物單糖主要為木糖和葡萄糖。(4)比較玉米芯的水解和單一組分的水解發(fā)現(xiàn),玉米芯的實(shí)際水解產(chǎn)率比單一組分加起來理論值要小,說明玉米芯中纖維素和半纖維素的相互鑲嵌結(jié)構(gòu)影響半纖維素的完全水解,如將玉米芯中半纖維素進(jìn)行分離,半纖維素水解產(chǎn)率可被提高。
【圖文】：

束的纖維素構(gòu)成整體框架，纖維素和半纖維素則分布在微束纖維周圍或者中間，對(duì)纖維素形成保護(hù)作用。1.2.1 纖維素纖維素在植物細(xì)胞壁中對(duì)植物細(xì)胞起支撐保護(hù)作用，其分子式為(C6H10O5)n，n 一般在 500～15000 之間，表示高分子化合物的聚合度。如圖 1.1 所示，其分子結(jié)構(gòu)是由D-葡萄糖通過β-1，4 糖苷鍵連接起來而形成的，分子鏈之間或單一分子鏈間不同的單元通過氫鍵的作用形成纖維束，這種結(jié)構(gòu)使得纖維素化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，，使其在一般的稀酸、稀堿、有機(jī)溶劑條件下不容易溶解，在常溫下水解反應(yīng)很難發(fā)生，甚至在高溫下水解反應(yīng)也相對(duì)緩慢。通過對(duì)其機(jī)械強(qiáng)度的測(cè)定對(duì)比同樣由葡萄糖組成的淀粉的機(jī)械強(qiáng)度可知，纖維素機(jī)械強(qiáng)度較高，這也是其能作為植物細(xì)胞壁起保護(hù)作用的原因[9]。

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文以尋求一組最優(yōu)的生產(chǎn)工藝，提高玉米芯的綜合使用率，為玉米芯生產(chǎn)木糖的工業(yè)化應(yīng)用提供依據(jù)。1.5.3 技術(shù)路線技術(shù)路線圖見圖 1-1
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X712

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2624982