首页> 中文学位 >巨菌草三大组分的分离、糖化及高值化利用研究
【6h】

巨菌草三大组分的分离、糖化及高值化利用研究

代理获取

目录

声明

摘要

1.1 引言

1.1.1 国内外生物质利用状况

1.1.2 国内外生物质精炼技术的发展

1.2 木质纤维素生物质原料的组分构成及分离

1.2.1 木质纤维素生物质原料的组分构成

1.2.2 木质纤维素生物质各主要组分的分离研究

1.3 纤维素的利用与研究

1.3.1 纤维素

1.3.2 纤维素的利用与研究

1.4 半纤维素的利用与研究

1.4.1 半纤维素

1.4.2 半纤维素的利用与研究

1.5 木质素的利用与研究

1.5.1 木质素

1.5.2 木质素的利用与研究

1.6 巨菌草的利用与研究

1.6.1 巨菌草

1.6.2 巨菌草的利用与研究

1.7 选题意义及论文主要内容

第二章 巨菌草化学组分分析及主要组分的分离和结构特性表征

2.1 材料与方法

2.1.1 原料与试剂

2.1.2 实验设备

2.2 巨菌草原料各成分的测定方法

2.2.1 原料水分的测定

2.2.2 原料灰分的测定

2.2.3 原料有机溶剂抽出物含量的测定

2.2.5 原料水抽出物的测定

2.2.6 原料戊聚糖含量的测定

2.2.7 原料三大组分:纤维素、半纤维素和木质素的测定

2.3 原料及三大组分分离提取与各组分分析表征方法

2.3.1 三大组分的分离提取方法

2.3.2 SEM表征方法

2.3.3 IR表征方法

2.3.4 XRD表征方法

2.3.5 NMR表征方法

2.3.6 TG表征方法

2.4 结果与讨论

2.4.1 巨菌草各化学组分分析

2.4.2 各单因素对三大组分粗得率的影响

2.4.3 三大组分分离提取条件的优化

2.4.4 巨菌草三大组分的外观与微观表征与分析

2.4.5 巨菌草原料及其三大组分的红外表征与分析

2.4.6 巨菌草三大组分的核磁共振波谱表征与分析

2.4.7 巨菌草原料及其纤维素XRD表征与分析

2.4.8 巨菌草三大组分的热稳定特性分析

2.5 本章小结

第三章 巨菌草纤维素水解糖化及发酵制备乳酸

3.1 材料与方法

3.1.1 原料

3.1.2 试剂与设备

3.2 实验方法

3.2.1 纤维素发酵制备乳酸工艺路线

3.2.2 纤维素酶法水解糖化与计算

3.2.3 纤维素还原糖、残余葡萄糖及乳酸含量的测定

3.2.4 纤维素酶酶活的测定

3.2.5 培养基

3.2.6 种子培养和摇瓶发酵

3.2.7 生长曲线的测定

3.2.8 发酵液的处理

3.2.9 有关计算方法

3.2.10 SEM、IR和XRD表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 单因素条件对纤维素酶糖化效果的影响

3.3.2 纤维素和水解糖化残渣的SEM、IR和XRD比较与分析

3.3.3 乳杆菌LQL37的生长曲线测定结果

3.3.4 各因素对乳酸发酵效果的影响

3.4 本章小结

第四章 巨菌草半纤维素糖化及发酵制备木糖醇

4.1 材料与方法

4.1.1 原料

4.1.2 试剂与设备

4.2 实验方法

4.2.1 半纤维素制备木糖醇工艺路线

4.2.2 稀硫酸法糖化半纤维素制备木糖

4.2.3 单糖的检测和计算

4.2.4 半纤维素稀硫酸糖化工艺条件优化

4.2.5 半纤维素糖化前后的IR表征

4.2.6 半纤维素糖化液的脱毒处理

4.2.7 半纤维素糖化液的脱色处理

4.2.8 糖化液中发酵抑制物乙酸和糠醛的检测

4.2.9 半纤维素糖化液的脱色检测与计算

4.2.10 培养基

4.2.11 假丝酵母菌生长曲线的测定

4.2.12 摇瓶发酵

4.2.13 残余木糖和木糖醇浓度的测定与相关计算

4.3 结果与讨论

4.3.1 单因素条件对半纤维素水解糖化效果的影响

4.3.2 稀硫酸糖化水解半纤维素的工艺条件优化

4.3.3 半纤维素及其糖化后残渣的红外表征与分析

4.3.4 单因素条件对糖化液中木糖和发酵抑制物的影响

4.3.5 各因素对糖化液脱色和木糖损失的影响

4.3.6 各因素对发酵效果的影响

4.4 本章小结

第五章 巨菌草木质素制备高磺化度木质素磺酸钠

5.1 材料与方法

5.1.1 原料

5.1.2 试剂与设备

5.2 实验方法

5.2.1 高磺化度木钠的制备方法与工艺路线

5.2.2 高磺化度木钠制备工艺条件的优化

5.2.3 木质素磺酸钠水分的测定

5.2.4 木质素磺酸钠pH值的测定

5.2.5 木质素磺酸钠磺化度的测定

5.2.6 木质素磺酸钠水不溶物含量的测定

5.2.7 木质素磺酸钠总还原物的测定

5.2.8 木质素磺酸钠筛分细度的测定

5.2.9 木质素磺酸钠中钙、镁总含量的测定

5.2.10 木质素磺酸钠中硫酸盐含量的测定

5.2.11 木质素磺酸钠分子量的测定

5.2.12 木质素磺酸钠分散力的测定

5.2.16 木质素磺酸钠的TG表征

5.3 结果与讨论

5.3.1 各单因素对木钠磺化度的影响

5.3.2 高磺化度木钠制备工艺条件的优化

5.3.4 HSL的各项性能指标的测定

5.3.5 HSL的结构与特性分析

5.4 本章小结

6.1 主要结论

6.2 论文创新点

6.3 工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文及科研情况

展开▼

摘要

巨菌草是一种多年生草本植物,易种植且产量高,一般产量达300-500吨/公顷,我国南北方都有规模化种植。巨菌草中纤维素、半纤维素等糖类物质含量超过70%,并且还含有约16%的芳香性高聚物——木质素,被认为是最有发展前途的生物质资源之一。目前巨菌草主要用于食用菌培养、饲料生产等方面,尚未深度开发和高值化利用。本论文研究了巨菌草中的纤维素、半纤维素和木质素的分离方法,探究了纤维素和半纤维素糖化及发酵制备乳酸和木糖醇的工艺与理论;探讨了以木质素为原料制备高磺化度木质素磺酸钠的方法,为巨菌草的高值化利用奠定了技术和理论基础。
  研究内容主要包括以下几个方面:
  (1)利用微波-H2O2-NaOH法结合酸沉淀和醇沉淀实现了巨菌草中的纤维素、半纤维素和木质素三大组分的连续提取分离。当提取分离条件为:固液比1∶25,0.5%H2O2-4%NaOH溶液,温度75℃,时间4h时,纤维素、半纤维素和木质素的粗得率分别达到42.79%、21.87%和15.18%。通过SEM、XRD、IR、13C-NMR、1H-NMR等现代仪器手段分析可知:用微波-H2O2-NaOH法所得纤维素出现大量不规则裂纹,呈松散状,表面存在大量的微孔洞,巨菌草原料和微波-H2O2-NaOH法提取的纤维素结晶度分别为73.18%和78.98%;从巨菌草中分离提取出的纤维属于典型的纤维素纤维,由葡萄糖长链大分子构成,半纤维素主要是聚木糖为主链、阿拉伯糖为支链的多糖聚合物,木质素属于典型的禾本科木质素,主要含愈创木基-紫丁香基木质素(G-S),还含有少量对-羟基苯基木质素(H)。
  (2)采用酶法对巨菌草纤维素糖化,然后以糖化得到的葡萄糖为底物通过发酵法制备乳酸。纤维素酶法糖化的最优工艺参数为:葡萄糖底物浓度5%,酶用量20FPIU·g-1纤维,温度50℃,时间36h时,pH4.8,在此条件下葡萄糖得率达98.2%。乳酸发酵的最佳工艺参数为葡萄糖初始浓度150mg·mL-1,接种量5%,发酵温度46℃,发酵时间60h,初始pH6.5,CaCO3的总加入量6%,加入方式为发酵开始前加入CaCO3调节发酵培养基pH值至6.5,剩余CaCO3分成5等份,每隔12小时加入1份。在此条件下,葡萄糖的转化率大于92.5%,L-乳酸占发酵液中总酸含量的比例高于97%。
  (3)采用稀硫酸法对巨菌草半纤维素水解糖化得到木糖溶液,通过脱毒、脱色等纯化处理后,用木糖溶液发酵制备木糖醇。半纤维素稀酸糖化制备木糖的最佳工艺条件为:硫酸浓度1%、糖化温度105℃、固液比1∶20、糖化时间4h,在此条件下,木糖得率可达到86.5%。半纤维素糖化液先采用石灰乳中和,然后用真空浓缩法去除乙酸、糠醛等抑制发酵的有害物质,再利用活性炭吸附法对糖化液进行脱色。石灰乳中和脱毒的最适宜条件为:用石灰乳中和糖化液至pH5.0,保温时间1h。真空浓缩可去除乙酸、糠醛等发酵抑制类物质。糖化液活性炭脱色的最佳工艺条件为活性炭添加量1.5%,振荡频率200r·min-1,脱色温度50℃,脱色时间20min。以巨菌草半纤维素糖化液为底物的摇瓶发酵的适宜条件为:酵母菌种培养时间22h,木糖初始浓度为120mg·mL-1,初始pH5.5,接种量10%,发酵温度32℃,发酵时间72h,氮源添加量5mL,溶氧条件为6层纱布封闭发酵瓶口,装液量75/250mL,分阶段设定恒温振荡培养器转速:0~24h转速210r·min-1,24~72h转速180r·min-1。
  (4)以巨菌草木质素为原料通过H2O2氧化、CH2O羟甲基化和NaHSO3磺化制备高磺化度木质素磺酸钠的优化方案为:反应体系pH10.5,H2O2添加量3%,氧化温度40~60℃,氧化时间40min,CH2O添加量4%,羟甲基化温度90℃,时间40min,NaHSO3添加量18%,磺化温度105℃,磺化时间3.5h。按优化方案制备出的高磺化度木质素磺酸钠各项指标中除硫酸盐含量外,其它各项指标均达到或超过一等品。
  (5)研究了巨菌草纤维素、半纤维素和木质素等三大组分的热稳定性,发现其纤维素、半纤维素和木质素分子和空间结构不同,热稳定性也不同:纤维素热解主要发生在240~500℃,此阶段纤维素失重最大,约为75%;半纤维素的热解主要发生在200~500℃,此阶段半纤维素失重最大,达78%;木质素的热解范围较为宽泛,在200~700℃范围内试样失重明显,达79.2%。

著录项

相似文献

  • 中文文献
  • 外文文献
  • 专利
代理获取

客服邮箱:kefu@zhangqiaokeyan.com

京公网安备:11010802029741号 ICP备案号:京ICP备15016152号-6 六维联合信息科技 (北京) 有限公司©版权所有
  • 客服微信

  • 服务号