微波促纤维素水解制备可发酵还原糖研究

《微波促纤维素水解制备可发酵还原糖研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、2008年4JournalofChangshufristituteofTechnology(NaturalSciences)Apr,2008微波促纤维素水解制备可发酵还原糖研究刘龙飞，宗水珍，邱竹（常熟理工学院化学与材料工程系，江苏常熟215500）摘要：利用生物质纤维素生产燃料乙醇是H前研究的热点，而生物质纤维素乙醇转化技术的关键是如何将纤维素水解为可发酵还原糖.本文对常规加热法与微波幅射法水解纤维素制取还原粗进行了对比研究.实验结果表明，在微波辐射条件下，不仅能获得更高的还原糖收率，糖化时间更是大为缩短，极大地降

2、低了水解过程能耗.矢键词：微波辐射;纤维索;水解；乙醇中图分类号：TK6,1Q35文献标识码：A文章编号：1008・2794（2008）04・0077・05纤维素是地球上最丰富的多糖.据科学组织测算，全世界秸杆或木质纤维类生物质能约相当于640亿吨石油⑴，是目前世界上唯一可预测的为人类持续提供能源的资源.利用纤维素水解产物经发酵途径转化生产乙醇为纤维素资源化利用提供了很好的途径.纤维素是由脱水葡萄糖单元经P-1,4糖苛键组成的长链分子,长链分子进一步形成一种具有高度结晶区的超分子稳定结构，这种稳沱结构使得纤维素很难水

3、解.目前对水解工艺的研究主要集中在酸水解和酶水解陝种途径.酶制剂生产费用昂贵、水解周期长、原料需耍预处理，因此，酶水解工艺要达到技术和经济上的可行怕还有很长的路要走㈢.酸水解是通过无机或有机酸水解纤维素，使之转变为可发酵性还原糖.常用的酸催化剂是硫酸，其中浓酸（260%）水解工艺和稀酸（W1%）水解工艺研究较为成熟，浓酸水解工艺产物和酸液的分屋成本较高，稀酸水解工艺要求高温高压条件，可操作性差，并且副产物较多，还原糖收率低⑶.Iranmahboob等以木屑为原料对中等浓度酸单步水解工艺进行了研究：当硫酸浓度为26%,

4、液固比为5：1吋，在100°C下作用120min,还原糖收率即可达到78〜82%[41.本实验在Iranmahboob的研究基砒上，选用极难水解的纯纤维素为原料，引入新颖的微波方法，对比研究了单步水解工艺和两步水解工艺，发现衞1材料与方法1.1实验材料试验原料为杭州市特种纸业有限公司生产的新星牌定量纤维素滤纸，灰分质量分数为0.01%,通过元收稿日期:2007-03-27基金项H：常熟理工学院青年教师科研基金（KJ200662）资助项目.作者简介：刘龙飞（1978—），出，江西龙南人•常熟理工学院化学与材料工程系讲师

5、，工学硕士，研究方向：化工技术及生化技术.素分析后计算得出纤维素分子式为（GH“Q5）n,与标准纤维素分子结构相同•用食品加工机打碎成直径小于1mm的粉末作为本实验的试样.1.2实验装置微波实验装置采用上海新仪微波化学科技有限公司制造的MAS2II型常压微波合成芹取反应工作站，其微波功率随设定温度自动变频控制,非脉冲微波连续加热，使反应物料在设定的反应条件下得到最大限度的微波作用,微波最大功率设十档（300W〜1（）00W）,每档在最大功率以内随反应温度自动调节.1.3实验方法1.3.1单步水解工艺在带回流的三口烧瓶

6、中按液固比为5:1加入浓度为26%的硫酸和纤维素粉末⑷,置于恒温水浴（或者放入微波反应工作站屮），开动搅拌，升温到沸腾，保温一段时间，冷却出料，测试水解产物的还原糖收率.1.3.2两步水解工艺首先在带回流的三口烧瓶中加入一定体积和浓度的硫酸适量，置于恒温水浴中，开动搅拌，缓缓加入纤维素粉末,边搅拌边混合，加料完后保温2h,完成第一步水解;然后加水稀释，升温到沸腾后进行第二步水解（或者加水稀释后转入微波反应工作站进行第二步水解），保温一段时间，冷却出料，测试水解产物的还原糖收率.1.4分析方法本实验还原糖采用DNS比色

7、法测定151，还原糖收率按如下公式计算：述原糖收率一原料纤维素烹专黑專缢器龄g总量理论值XI00%2018162实验结果与讨论21微波辐射对纤维素单步水解工艺的强化微波的特点是能在极短的时间内迅速加热反应底物，这种内加热方式完全有可能使一些在常规条件下不能被活化而无法进行或难以进行的反应得以发生.这种新颖的反应方式是否也适用于破坏纤维素糖苛铤呢？我们以26%的硫酸单步水解纤维素，分别对常规水浴加热和微波功率为300W、400W、500W、600W、700W的微波辐射加热做了6组对比数据,各组实验还原糖收率随时间变化曲

8、线如图1所示.从图1可以看—一水浴-O-300W-^^400W-57—500Wf-600W—o—700W20104060801001201402010406080100120140时间/min图I微波辐射对单步水解工艺过程还原糖收率的影响出，微波辐射与酸耦合作用能显著提高纤维素的水解速率和还原糖收率，其中微波功率为500W时，水解50min获得