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《西北农林科技大学》 2017年
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水热处理油菜杆对液体产物与残渣酶解产糖的影响

王志文  
【摘要】:高效和绿色的技术工艺的需求促使水热处理成为可持续的生物质炼制工业中一种理想的处理方式。这种处理方式已经用于处理多种生物质的研究,在这个过程中产生了大量的高价值的产物,尤其是处理后得到的液体产物,因此系统的分析和表征这些液体产物显得尤为重要,其次是建立残渣组分变化与其被酶解效率之间的关系,优化处理条件进而最大化的增加残渣的糖化率。本研究中采用高温水热处理方式,选取了不同处理温度(145℃,160℃,175℃,190℃和205℃)和保留时间(15 min,30 min,60 min和120 min)处理油菜杆,首先对反应产生的液体产物进行了详细的分析和定量表征。结果表明,木聚糖的最佳得率条件为反应温度195℃,保留时间15 min;木单糖的含量最高的处理条件为反应温度175℃,保留时间120 min。液体中低聚物分子量的分析,溶解的半纤维素组分大分子随处理强度增加进一步解聚。二维核磁图谱表明液体产物中主要以D-木聚糖[(1→4)-β]为主,支链单元有D-葡糖糖醛酸(4-O-甲基-α)、D-甘露糖基[(1→4)-β、(1→6)-α]、L-阿拉伯糖基(α)、D-干乳糖基[(1→4)-β]和少量的乙酰基;水溶木质素的S/G值从4.60(L145-60)下降到1.77(L205-60)并伴随着木质素的缩合和降解。热稳定性分析表明液体产物热稳定性增强。进一步研究了处理后残渣组分与结构变化对残渣酶解产糖的影响。结果表明,水热处理可以有效的将油菜杆中的半纤维素溶出,且脱出率达95%以上,使得纤维素的含量从35.01%增加到60.08%,酸不溶木质素含量从12.70%显著增加到34.47%;扫描电镜图像显示,残渣表观形态被不同程度的破坏,在较高的处理条件下,表面出现大量的碎片;X射线衍射图谱分析表明,纤维素的相对比例增加,使得油菜杆中纤维素结晶指数由28.9%增加到51.4%。残渣热稳定性增强从侧面反应了油菜杆中半纤维的降解;分析固体残渣的红外光谱发现半纤维素和木质素对应的特征峰分别减弱和增强,进一步说明水热处理导致半纤维的降解和木质素结构发生变化。酶解糖化结果表明,葡萄糖的得率随着处理强度的增加而逐渐增加,在相对较低的温度(190℃)和短的保留时间(15-30min)下达到96%-100%的高得率。本文从提高油菜杆生产价值角度提出水热处理油菜杆,研究处理对得到的液体产物和残渣酶解产糖的影响,研究成果为油菜杆资源的分级利用提供了一定的理论支持。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TK6;S216.2

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