玉米秸秆髓芯制备低聚木糖的研究

作     者：潘晴 

作者单位：北华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：时君友;黄琼涛

授予年度：2021年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：玉米秸秆髓芯 半纤维素 木聚糖 低聚木糖 酶解法 

摘      要：玉米秸秆髓芯是一种未得到广泛利用的木质纤维素,其中半纤维素含量居多,且为木聚糖类半纤维素,是制备低聚木糖的理想原料。本研究以玉米秸秆髓芯为原料,对原料中半纤维素木聚糖组分进行有效分离,在阐明所得产物理化性质的基础上,采用酶解法定向制备功能性低聚木糖。在原料预处理阶段,采用酸、碱结合的原料预处理方法,考察了NaOH碱溶液浓度、反应温度、反应时间以及固液比四个影响因素对木聚糖产率的影响。正交实验表明,玉米秸秆髓芯制备木聚糖的最佳工艺为:NaOH浓度为10%,反应温度为85℃,固液比为1:15(g/mL)、反应时间为2 h,玉米秸秆髓芯木聚糖产率达到25.4%。探究了不同碱浓度下提取的木聚糖样品,通过色值分析,随着碱浓度的提高,提取液吸光度越大,色值也越大,且高浓度的NaOH溶液容易使木聚糖侧链发生断裂,导致木糖含量增大。TG-DTG分析表明,低碱浓度提取的木聚糖样品具有较高的热稳定性。FT-IR、H-NMR和C-NMR分析表明玉米秸秆髓芯原料分离出的产物具有木聚糖的特征峰,且主链为β-D-木糖,侧链则由少量L-阿拉伯糖和4-O-甲基葡萄糖醛酸组成。以分离出的木聚糖为底物,采用生物酶解法制备低聚木糖。利用Design-Expert 11软件,建立了酶解率Y与酶的添加量A、酶解温度B、酶解时间C的函数模型,R达到了0.9625,P值=0.00030.05,说明所建模型拟合良好。且拟合出响应值Y对自变量A、B、C的二次多项式回归方程如下:Y=81.94+1.725A+1.125B+1.075C+0.15AB-0.8AC-1.7BC-4.97A-4.12B-2.72C。各因素对酶解速率的影响顺序为:ABC。各因素对各因素对酶解速率的交互作用次序为:B×CA×BA×C。响应面法优化出低聚木糖的理想制备工艺为:酶的添加量为516.35 IU/g,酶解温度为51.12℃,酶解时间为4.28 h,所得酶解率为82.2%,采用高效离子色谱仪对糖成分进行检测,结果表明,酶解主要产物为木二糖和木三糖,以及微量木糖和木四糖。通过FT-IR、H-NMR和C-NMR对所得低聚木糖进行结构分析,结果表明低聚木糖侧链含有阿拉伯糖和糖醛酸。TG-DTG分析表明所得低聚木糖主要热解温度在240℃～380℃之间,在温度达到600℃时,低聚木糖的固体残渣率为35.38%。