玉米芯预处理制备半纤维素衍生糖

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1、硕士学位论文玉米芯预处理制备半纤维素衍生糖作者姓名严羽欢学科专业生物质科学与工程指导教师任俊莉教授所在学院轻工科学与工程学院论文提交日期2018年6月ProductionofHemicellulose-derivedSugarsfromCorncobbyPretreatmentADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：YanYuhuanSupervisor：Prof.RenJunliSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TQ352.62学校代号：

2、10561学号：201520120371华南理工大学硕士学位论文玉米芯预处理制备半纤维素衍生糖作者姓名：严羽欢指导教师姓名、职称：任俊莉教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：生物质科学与工程研究方向：植物资源化学与生物质转化利用论文提交日期：2018年5月23日论文答辩日期：2018年6月4日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：叶君委员：刘传富王小英王小慧钟林新摘要玉米芯作为典型的农业废弃物，具有价格低廉、天然可再生、储量丰富等优点，被认为是替代化石资源生产生物燃料及高附加值化学品的优良选择。玉米芯主要化学成分为纤维素、半纤维素和木质素

3、，其中半纤维素含量相对于其他秸秆较高，也是制备半纤维素衍生产品如功能糖的最佳原料。但由于纤维素的强氢键作用、高聚合度和高结晶度，木质素的三维网络结构及其与半纤维素形成的木质素—半纤维素复合体，这些复杂的结构造成玉米芯不易水解。因此需要通过预处理突破其天然屏障，实现玉米芯全组分的高效利用。本研究以玉米芯为原料，采用不同的高效预处理方法，制备高附加值的半纤维素衍生糖，实现预处理过程中半纤维素的定向解聚，具体研究内容如下：（1）以玉米芯为原料，采用微量碱调控结合微波辅助水热预处理方法，制备了半纤维素衍生糖，考察NaOH浓度和水热预处理的强度系数（SF）对水解液产物分布和固体残

4、渣成分的影响。通过SEM、XRD手段对残渣的理化性质进行表征。研究结果表明，NaOH和SF对水解液中产物分布以及半纤维素衍生糖得率具有显著影响。随SF增大，半纤维素总溶出量增加；通过微量NaOH调控预处理过程中体系的pH值，可改变溶出半纤维素衍生糖的分布，大幅降低了副产物的生成。当SF为4.00，NaOH浓度为0.005%时，可获得88.71%的总半纤维素衍生糖得率，糠醛得率仅为1.72%，半纤维素损失为1.51%，此外，90%以上的纤维素仍保留在玉米芯残渣中，可以用于生物燃料的生产。（2）提出两相体系中金属氯盐催化玉米芯制备木糖的方法。主要考察不同族、不同价态和不同浓

5、度的金属氯盐催化玉米芯的效果，并研究预处理对残渣酶解的影响。以SEM、XRD、固体13CNMR技术分析预处理后残渣结构、结晶性及表面形貌。结果表明，在两相体系（2-MTHF/水，1:3）中，以25mmol/LFeClo3为催化剂，玉米芯在140C微波加热条件下反应20min，木糖得率达82.9%。以纤维素酶对该反应残渣进行酶解（25FPU/g残渣），葡萄糖最高得率达87.5%。（3）采用碱调控下有机酸预处理玉米芯制备低聚木糖，重点考察有机酸的种类和浓度、NaOH加入量和时间点对低聚木糖得率的影响。利用对甲苯磺酸在80oC时处理预处理后玉米芯残渣以溶解木质素。将二次处理的

6、残渣用TEMPO催化氧化法制成纤维素纳米纤维。通过AFM、13CNMR和SEM对分离的木质素和纳米纤维进行分析。研究表明，以0.2mol/L甲酸在160oC预处理玉米芯60min后迅速冷却，加入0.4%NaOH继续反应60min，可获得38.30%的低聚木糖，其中木二糖至木六糖分布较为均匀。此外，IAFM和SEM检测表明获得的木质素和纤维素为纳米级。关键词：玉米芯；预处理；半纤维素衍生糖；木糖；低聚木糖IIABSTRACTAsoneoftypicalagriculturalwastes,corncobisconsideredtobeapromisingcandidate

7、forreplacingfossilresourcestoproducebiofuelsandhighvalue-addedchemicalsbecauseofitslowprice,renewableandabundantreserves.Themainchemicalcomponentsofcorncobarecellulose,hemicelluloseandlignin.Thehemicellulosecontentincorncobishigherthanotherstraws,whichisthepromisingrawmat