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蔗渣预处理酶解糖化的研究

蔗渣预处理酶解糖化的研究

作者：晏群山华南理工大学

学位级别：硕士

随着全球化石资源的消耗，采用生物精炼取代化石精炼，满足人类日益增长的能源和化学品需求已经成为必然的趋势。本文选用制糖工业的副产物蔗渣为原料，从磺化木质素、转化半纤维素和分步转化半纤维素木质素三个不同角度，系统的研究了... 详细信息

随着全球化石资源的消耗，采用生物精炼取代化石精炼，满足人类日益增长的能源和化学品需求已经成为必然的趋势。本文选用制糖工业的副产物蔗渣为原料，从磺化木质素、转化半纤维素和分步转化半纤维素木质素三个不同角度，系统的研究了弱碱性亚硫酸盐预处理、高温液态水预处理、甲酸催化的高温液态水预处理和高温液态水/醇解木质素预处理的工艺条件，并对各个预处理酶解过程中蔗渣样品的组分、官能团、结晶度和纤维表面形貌的变化进行了研究。弱碱性亚硫酸盐预处理后蔗渣的最佳工艺的条件为：NaOH用量1.5%，Na2SO3用量10%，温度160℃，时间1h。此时，酶解时还原糖转化率可达61.13%。整个预处理酶解过程中，蔗渣样品的结晶度先增大后减小，预处理后的蔗渣样品中部分木质素被磺化，纤维表现许多微孔，比表面积增大，提高了酶解可及性。高温液态水预处理蔗渣的最优工艺条件为180℃，底物浓度10%，保温时间20min，此时水解液中木糖转化率为75.79%，酶解时葡萄糖转化率为78.2%。水解液中，低聚木糖和游离木糖分别占总木糖的79.40%和20.60%，而糠醛和羟甲基糠醛浓度很低，对于发酵无抑制作用。整个预处理酶解过程中，蔗渣样品的结晶度先增大后减小，预处理后蔗渣样品半纤维素特性峰消失，大量的细小纤维暴露出来，比表面积增加，增强了与酶的可及性，同时纤维表面沉积有许多颗粒状的木质素;而酶解后，蔗渣样品的纤维结构被严重破坏。甲酸催化的高温液态水预处理蔗渣的最佳工艺条件为：温度180℃、保温时间5min、底物浓度10%、甲酸浓度0.02%，此时预处理水解液中木糖转化转化率为75.16%，酶解时葡萄糖转化率达到60.74%。水解液中，低聚木糖和游离木糖分别占总木糖的60.53%和29.47%，生成糠醛和羟甲基糠醛的浓度很低，对于发酵无抑制作用。整个预处理酶解过程中，蔗渣样品的结晶度逐步下降，预处理后蔗渣样品半纤维素1735cm-1特征峰完全消失，纤维表面大量的细小纤维暴露出来，比表面积增大，增强了与酶的可及性。高温液态水/醇解木质素预处理的研究表明过度的降解木质素反而会阻碍酶解糖化。醇解段的最优条件为温度195℃、乙醇浓度65%和保温时间30min，此时虽然木质素降解率仅有52.17%，但酶解时葡萄糖转化率高达48.02%。整个预处理酶解过程中，蔗渣样品的结晶度先增加后减小，预处理后蔗渣样品半纤维素1735cm-1特征峰完全消失，且有愈创木基结构的木质素被降解，纤维内部的细小纤维也曝露出来，增大了纤维的比面积。四种预处理方法各有其特点。弱碱性亚硫酸盐预处理主要通过磺化木质素提高其酶解可及性。而纯水和甲酸催化的高温液态水预处理则避免了后续酶解过程中木糖和葡萄糖相互混杂难以分离的缺点。相对而言高温液态水预处理单糖整体利用效率更高，更有优势。高温液态水/醇解木质素预处理酶解效果有一定的提升，而且其分离的乙醇木质素纯度高，活性基团多，且易于改性，仍然有一定的前景。

关键词：蔗渣酶解糖化亚硫酸盐高温液态水醇解木质素

羧甲基纤维素钠的精细合成及其混合体系的流变性能

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武汉大学学报:理学版 2023年第3期69卷 331-339页

作者：晏群山危培彭瑞田世林童宇星倪家志刘良才熊斌湖北中烟工业有限责任公司湖北武汉430040 湖北新业烟草薄片开发有限公司湖北武汉430056 重组烟叶应用技术研究湖北省重点实验室湖北武汉430040 武汉理工大学化学化工与生命科学学院湖北武汉430070

采用两次加碱和醚化工艺合成了具有不同黏均分子量和取代度的羧甲基纤维素钠(CMC-Na),研究了CMC-Na与不同质量比甘油/水的混合体系的流变性能,探讨了CMC-Na的分子量、取代度及浓度对烟草薄片制备过程中CMC-Na/甘油/水混合体系流变性能... 详细信息

采用两次加碱和醚化工艺合成了具有不同黏均分子量和取代度的羧甲基纤维素钠(CMC-Na),研究了CMC-Na与不同质量比甘油/水的混合体系的流变性能,探讨了CMC-Na的分子量、取代度及浓度对烟草薄片制备过程中CMC-Na/甘油/水混合体系流变性能的影响。研究表明,该混合体系属于非牛顿流体,其流变性能符合Ostwald-de Waele模型;甘油的加入对混合体系的流变性能影响较大,当甘油/水中甘油的质量分数为0.8时混合体系非牛顿性最强;混合体系的非牛顿性与CMCNa的分子量、浓度和取代度呈现正相关。

关键词：羧甲基纤维素钠混合体系流变性能烟草薄片

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蔗渣热解中纤维素与半纤维素的相互作用

化工进展 2011年第2期30卷 442-448页

作者：晏群山彭云云武书彬华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室广东广州510640 中国科学院广州能源所可再生能源与天然气水合物重点实验室广东广州510641 国家纸制品质量监督检验中心广东东莞523808

用热重分析和热解气质联用研究了蔗渣纤维素、半纤维素和综纤维素3种样品的热解规律,并探讨了纤维素和半纤维素单组分间的相互作用。结果表明,纤维素和半纤维素单组分间的相互作用体现在对于不同热解产物产生不同作用:对呋喃-2-甲醛等... 详细信息

用热重分析和热解气质联用研究了蔗渣纤维素、半纤维素和综纤维素3种样品的热解规律,并探讨了纤维素和半纤维素单组分间的相互作用。结果表明,纤维素和半纤维素单组分间的相互作用体现在对于不同热解产物产生不同作用:对呋喃-2-甲醛等产物的生成有促进作用;对左旋葡萄糖和二氧化碳等产物则是先促进后抑制;对乙酸等产物则先抑制后促进。

关键词：纤维素半纤维素综纤维素热重分析热解气质联用

榆树韧皮部抽出物的溶出规律与物理化学特性研究

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造纸科学与技术 2011年第1期30卷 1-9页

作者：武书彬刘江燕晏群山孙乾祐华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室广东广州510640 中国科学院广州能源研究所可再生能源与天然气水合物重点实验室广东广州510641

本文以榆树韧皮部为原料,采用三种溶剂(超纯水、苯醇溶液、甲苯溶液)分别在不同时间条件下对榆树韧皮部进行抽提,分析不同抽提溶剂和不同抽提时间对抽出物的影响规律。采用红外光谱、热重分析和热解气质联用技术分别对三种抽出物的物理... 详细信息

本文以榆树韧皮部为原料,采用三种溶剂(超纯水、苯醇溶液、甲苯溶液)分别在不同时间条件下对榆树韧皮部进行抽提,分析不同抽提溶剂和不同抽提时间对抽出物的影响规律。采用红外光谱、热重分析和热解气质联用技术分别对三种抽出物的物理化学特性进行了分析。结果表明,榆树韧皮部抽出物与抽提时间关系复杂,三种抽提物的粒径范围分别为13.5-78.8nm,0.232-0.559nm,13.5-459nm。甲苯抽出物、热水抽出物和苯醇抽出物的主要热失重区间依次变宽;热水抽出物、苯醇抽出物和甲苯抽出物的最终残余固体得率依次减小,而最大失重速率对应的温度则依次升高。三种抽提物的热解产物差别较大。苯醇抽出物和甲苯抽出物的红外谱图基本一致,而与热水抽提物的谱图差别较大。

关键词：榆白皮粒径 TG Py—GC/MS FT—IR

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弱碱性亚硫酸盐法预处理蔗渣的研究

中国造纸学报 2012年第2期27卷 1-6页

作者：晏群山武书彬刘立国杨尉华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室广东广州510640 广州优锐生物科技有限公司广东广州510663

为获得较高的还原糖转化率,用正交实验和单因素实验优化了弱碱性亚硫酸盐预处理蔗渣的工艺条件并将预处理后的蔗渣进行高浓磨浆后再进行酶解处理,采用X射线衍射、红外光谱和扫描电镜对比了蔗渣原料纤维、预处理后和酶解后蔗渣纤维的结... 详细信息

为获得较高的还原糖转化率,用正交实验和单因素实验优化了弱碱性亚硫酸盐预处理蔗渣的工艺条件并将预处理后的蔗渣进行高浓磨浆后再进行酶解处理,采用X射线衍射、红外光谱和扫描电镜对比了蔗渣原料纤维、预处理后和酶解后蔗渣纤维的结晶度和形态的变化。结果表明,在NaOH用量1.5%(化学品用量对蔗渣绝干质量而言)、Na2SO3用量10%、液比1∶5、蒸煮最高温度160℃、升温时间1 h、保温时间1 h的预处理条件下,酶解后的蔗渣还原糖转化率较高,为61.1%(对蔗渣原料)。预处理后蔗渣纤维素的结晶度由预处理前的57.1%变为63.3%;酶解后蔗渣纤维素的结晶度由预处理后的63.3%变为55.6%。蔗渣纤维经预处理后和酶解后,各晶面的晶体尺寸增大。红外光谱分析表明,预处理后和酶解后的蔗渣纤维在1037 cm-1处出现了磺酸基的特征峰,说明预处理后蔗渣纤维的部分木素被磺化。预处理后蔗渣纤维表面形成许多微孔,暴露出大量的细小纤维,纤维比表面积增大;酶解后,蔗渣纤维的结构被破坏,有大量的残余块状木素。

关键词：蔗渣弱碱性亚硫酸盐预处理 X射线衍射傅里叶变换红外光谱法扫描电子显微镜

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高温液态水预处理蔗渣的研究

食品工业科技 2012年第7期33卷 260-263页

作者：晏群山黄富邦武书彬刘立国杨尉华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室广东广州510640 广州优锐生物科技有限公司广东广州510663

用正交实验和单因素实验研究并优化了高温液态水预处理蔗渣的工艺条件,最佳的工艺条件为:温度180℃,底物浓度10%,保温时间20min,此时水解液中木糖转化率最高,达到75.79%。通过XRD、FT-IR和SEM对比了预处理前后蔗渣的结晶性能、结构和形... 详细信息

用正交实验和单因素实验研究并优化了高温液态水预处理蔗渣的工艺条件,最佳的工艺条件为:温度180℃,底物浓度10%,保温时间20min,此时水解液中木糖转化率最高,达到75.79%。通过XRD、FT-IR和SEM对比了预处理前后蔗渣的结晶性能、结构和形态的变化。结果表明,预处理后蔗渣纤维素结晶度由57.10%增加到67.88%,晶体尺寸变大;预处理后半纤维素1735cm-1处的特征峰完全消失,说明半纤维素完全降解;预处理后蔗渣纤维表面变得不规则,大量的细小纤维暴露出来,纤维的比表面积增加。

关键词：高温液态水预处理 X射线衍射傅里叶变换红外光谱法扫描电子显微镜

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离子色谱法测定木薯渣中单糖组分及含量

造纸科学与技术 2012年第3期31卷 25-27,9页

作者：陶正毅武书彬晏群山蔚尉奇华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室广东广州510640

本研究采用离子色谱测定了木薯渣中单糖的种类及含量。干木薯渣经研磨后,用硫酸水解,得到的水解液经稀释过滤后进样分析。样品在离子色谱仪上经过梯度洗脱后能被较好地分离,各组分在0.1～10 mg.L-1的浓度范围内均具有良好的线性关系,重... 详细信息

本研究采用离子色谱测定了木薯渣中单糖的种类及含量。干木薯渣经研磨后,用硫酸水解,得到的水解液经稀释过滤后进样分析。样品在离子色谱仪上经过梯度洗脱后能被较好地分离,各组分在0.1～10 mg.L-1的浓度范围内均具有良好的线性关系,重现性(RSD<2.61%)及回收率(96%～104%)也满足仪器的分析要求。结果测得,木薯渣中最主要的单糖为葡萄糖,含量可高达81%,同时还有少量木糖、半乳糖及阿拉伯糖,未检测到甘露糖。

关键词：木薯渣单糖离子色谱定量

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提高加热不燃烧卷烟专用薄片导热特性的研究

中国造纸 2022年第1期41卷 50-55页

作者：陈一桢高颂彭瑞晏群山危培武书彬舒灏王子维童宇星乐喜刘志昌刘雄斌万超湖北中烟工业有限责任公司湖北武汉430040 湖北新业烟草薄片开发有限公司湖北武汉430056 重组烟叶应用技术研究湖北省重点实验室湖北武汉430040 华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室广东广州510640

研究了添加纳米石墨烯、碳纳米管、纳米氧化铝、碳化硅4种导热助剂对薄片导热性能的影响。结果表明,添加纳米石墨烯的薄片导热性能最好。与未添加导热助剂的薄片相比,纳米石墨烯添加量为3.2%时,薄片导热系数增幅达95.39%。进一步研究了... 详细信息

研究了添加纳米石墨烯、碳纳米管、纳米氧化铝、碳化硅4种导热助剂对薄片导热性能的影响。结果表明,添加纳米石墨烯的薄片导热性能最好。与未添加导热助剂的薄片相比,纳米石墨烯添加量为3.2%时,薄片导热系数增幅达95.39%。进一步研究了不同水分条件下,纳米石墨烯用量对薄片导热性能的影响。结果表明,薄片导热系数随纳米石墨烯用量的增加而提高。当纳米石墨烯添加量0.83%、水分13.67%时,薄片导热系数增幅达30%以上。

关键词：加热不燃烧卷烟辊压法烟草薄片导热率石墨烯

复配胶黏剂用于干法烟草薄片的热裂解特性研究

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中国造纸 2022年第9期41卷 89-98页

作者：陈一桢童宇星李钰万里鹰刘志昌晏群山危培高颂王子维舒灏刘奔徐耀威魏烁果湖北中烟工业有限责任公司湖北武汉430040 湖北新业烟草薄片开发有限公司湖北武汉430056 重组烟叶应用技术研究湖北省重点实验室湖北武汉430040 南昌航空大学材料科学与工程学院江西南昌330063

为研究瓜尔胶和羧甲基纤维素钠(CMC)及黄原胶和羟丙基甲基纤维素(HPMC)2种等比例复配胶黏剂在干法烟草薄片中的应用价值,对4种胶黏剂原料及其用于干法烟草薄片进行了热性能分析,并测试了干法烟草薄片的纵向抗张强度和热裂解性能。结果表... 详细信息

为研究瓜尔胶和羧甲基纤维素钠(CMC)及黄原胶和羟丙基甲基纤维素(HPMC)2种等比例复配胶黏剂在干法烟草薄片中的应用价值,对4种胶黏剂原料及其用于干法烟草薄片进行了热性能分析,并测试了干法烟草薄片的纵向抗张强度和热裂解性能。结果表明,4种胶黏剂原料在室温至350℃间的热质量损失时间与速率接近,4种胶黏剂原料或其糊化物在15~230℃较稳定;复配胶黏剂中各组分有良好的相容性,可提高烟草薄片的抗张强度;瓜尔胶和CMC等比例复配胶黏剂制备的干法烟草薄片具有烟碱释放量低(1.98%)、致香成分释放量高(4.04%)、刺激性或有毒成分释放量低(2.39%)和纵向抗张强度大(0.54kN/m)的优点。

关键词：复配胶黏剂干法烟草薄片质量损失热裂解分析纵向抗张强度