【摘要】：因玉米芯中含有大量的半纖維素,其水解產生的木糖可以被廣泛應用于生產生活中,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資源,又為健康新能源的產生提供了可靠的途徑。本文以玉米芯為原料,利用響應面優(yōu)化法在微波稀硫酸作用下探索玉米芯水解產生還原糖的最優(yōu)工藝,在玉米芯水解研究之前先對玉米芯中發(fā)生水解的單一組分進行了水解研究,并利用正交實驗尋找最優(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。本文主要研究內容及結論如下:(1)對影響半纖維素水解的因子進行單因素實驗分析,研究半纖維素水解規(guī)律并選定各單因素的水平值,設計正交實驗L_9(3~4),對實驗結果進行極差分析和方差分析,在反應時間10min,硫酸濃度3%,微波功率350W,可得到最優(yōu)的還原糖產率為93.68%。通過FTIR和XRD表征分析半纖維素結構水解前后的變化規(guī)律,并結合水解效率可知半纖維素在稀酸中較易水解。(2)對影響纖維素水解的單因素進行水解實驗并探索其水解規(guī)律,選取較合適的單因素水平值,設計正交實驗L_9(3~4),對實驗結果進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%,微波反應時間25min,微波功率350W,此時纖維素水解產生還原糖的產率為10.65%。通過FTIR和XRD表征分析纖維素及其水解殘渣結構變化,可知纖維素在本實驗條件下水解效果不佳。(3)在玉米芯的單因素水解試驗中,選擇較合適的因素范圍,利用響應面法對玉米芯進行四因素三水平的水解條件優(yōu)化。根據模型擬合建立一元二次回歸方程,方程R~2=0.9737,模型可靠。實驗探索出水解最優(yōu)工藝為:微波反應時間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)的還原糖產率為29.17%,實驗進行驗證可得水解產率28.87%,與最優(yōu)值相差不超過5%。利用Saeman模型對玉米芯水解動力學擬合,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到一個平衡。借助HPLC對玉米芯水解液分析發(fā)現,水解產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,玉米芯的實際水解產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構影響半纖維素的完全水解,如將玉米芯中半纖維素進行分離,半纖維素水解產率可被提高。
【圖文】：

束的纖維素構成整體框架，纖維素和半纖維素則分布在微束纖維周圍或者中間，對纖維素形成保護作用。1.2.1 纖維素纖維素在植物細胞壁中對植物細胞起支撐保護作用，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，其分子結構是由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，這種結構使得纖維素化學性質非常穩(wěn)定，，使其在一般的稀酸、稀堿、有機溶劑條件下不容易溶解，在常溫下水解反應很難發(fā)生，甚至在高溫下水解反應也相對緩慢。通過對其機械強度的測定對比同樣由葡萄糖組成的淀粉的機械強度可知，纖維素機械強度較高，這也是其能作為植物細胞壁起保護作用的原因[9]。

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

【參考文獻】

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本文編號：2624982