半纤维素提取技术及综合利用研究进展
热水预抽提半纤维素工艺的研究进展
热水预处理方法不使用酸 、 碱等化学药品， 以不需 所
１ 水预 抽 提 半 纤 维 素 的原 理 热
热水预抽提过程中， 半纤维素上的乙酰基 、 糠醛 酸取代物生成 了乙酸及其他有机酸 。乙酸等有机酸 的形 成有 助于 打破纤 维原 料细 胞壁 的醚 键 连接 ， 低 对
聚糖 的形 成及 去 除起 到 了催 化 作 用 。在 酸 的催 化 作
在 相 同的工艺条 件下进行 了烧碱 一 法制浆 ， 表 蒽醌 结果 明 ， 纤维 素 预提取 后所 得浆 料 的粘 度 、 伯值 和粗 半 卡
浆得率降低 ， 白度升高。说明适当条件的高温热水预
处 理更 加 有 利 于后 续 蒸煮 过程 中木 素 的脱 除 。在相 同液 比和保温 时间 的条件 下 ， 随着预处 理温度 的升高 ， 戊糖 提取 率显 著增 加“。 华南理 工 大学还 以南 方混 合 竹 片为原 料 ， 察 了热水 预抽 提半纤 维素 对竹 子制浆 考
期 ｝ 纸 ０１ 第１ 造 ２１年 期
・
综述 与专 论 ・
水预抛提 半鲜雏砉 互 的石 完递展 哥
杨 恒 张 素风
（ 西科技 大学造 纸工程 学院 ， 陕 陕西西安 ７ ０ ２ ） １０ １
摘 要 对 制浆前 热水预抽提半 纤维素 的工艺进行 了综述 。抽提液 中的半纤维素经分 离后可以用 来生产 乙醇或 乙酸等化学品 ， 抽提后 的植物 纤维原料仍用于制浆造纸 。
物可 以直 接用 来发 酵 生成 乙 醇 。
目 ， 前 生物质乙醇生产 中常用的预处理方法主要 有物 理法 、 学 法 、 化 物理 化学 法 和生 物法 。化 学法 预 处理虽然能够达到较好的预处理效果 ， 但仍存在一定 的局限性 ， 如操作危险ｌ强 、 生 环境污染大、 能耗高、 反
一种从秸秆中提取纤维素和半纤维素的预处理方法与流程
一种从秸秆中提取纤维素和半纤维素的预处理方法与流程全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：秸秆是一种丰富的可再生资源，其主要成分为纤维素和半纤维素，对环境的污染有一定的影响。
从秸秆中提取纤维素和半纤维素具有重要的意义，可以实现资源的利用和回收，减少对环境的影响。
第一步，选择合适的秸秆原料。
秸秆的种类繁多，不同种类的秸秆具有不同的化学成分和结构特点，对于提取纤维素和半纤维素的效果也有影响。
在选择秸秆原料时，应综合考虑其纤维素和半纤维素含量、成分结构、含水量等因素，选取适合提取的秸秆种类。
第二步，粗加工处理。
将选择好的秸秆原料进行清洗、切碎、烘干等处理，以去除杂质和降低含水量，为后续提取纤维素和半纤维素做准备。
第三步，碱液预处理。
将经过粗加工处理的秸秆原料用碱液进行预处理，这是提取纤维素和半纤维素的关键步骤。
碱液能够破坏秸秆纤维素和半纤维素之间的结合，使其更容易溶解和析出，提高提取效率。
第四步，酶解处理。
经过碱液预处理后的秸秆原料进入酶解处理环节，酶解是将秸秆中的纤维素和半纤维素转化为可溶解的糖类物质的过程。
在酶解过程中，需要添加适量的酶和调节条件，使酶能够更有效地降解纤维素和半纤维素。
第五步，分离提取。
经过酶解处理后的秸秆原料进入分离提取环节，通过离心、过滤等方法将酶解液中的纤维素和半纤维素与其他杂质分离开来，得到纯净的纤维素和半纤维素产物。
第六步，纯化精制。
最后对提取得到的纤维素和半纤维素进行纯化精制处理，去除残留的酶、杂质等物质，得到高纯度的纤维素和半纤维素产品。
通过以上几个步骤的处理，就可以实现从秸秆中提取纤维素和半纤维素的预处理方法与流程。
这种方法不仅能够实现秸秆资源的充分利用，还能减少对环境的污染，并为生物质能源、生物材料等领域的发展提供重要支持。
期待这种方法能够得到更广泛的应用和推广，为可持续发展做出贡献。
第二篇示例：秸秆是一种常见的农业废弃物，通常被视为垃圾丢弃或焚烧处理。
秸秆中含有丰富的纤维素和半纤维素等植物纤维素，在适当的处理方法下可以被提取出来，用于生产纸张、生物燃料、生物材料等。
半纤维素的分离和分析方法及其应用研究进展
第1期
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论文与综述
半纤维素的分离和分析方法及其应用研究进展
崔红艳
( 山东轻工业学院 , 山东 济南 250353)
[摘
要]
介绍了半纤维素的特点及其分布 , 在此基础上重点介绍了半纤维素的分离和分析方
法, 对每一种结构研究方法给出了相应的反应历程 , 概括了半纤维素的应用前景及其研究进展 。 [ 关键词] 半纤维素 ; 分离; 分析方法; 研究进展 半纤维素( hem icellulo se) 是指高等植物细胞 壁中非纤维素也非果胶类物质的多糖。有两种或 两种以上的糖基组成的不均一聚糖 , 大多带有短 的支链。半纤维素是无定形物质, 聚合度较低 , 易 吸水润胀。半纤维素存在于植物细胞壁中, 是植 物细胞壁三大组分之一, 是地球上最丰富、 最廉价 的可再生资源之一。 不同植物原料 , 半纤维素含量、 种类不一样: 针叶木中半纤维素的含量在 25% ~ 35% , 聚糖种 类主要是聚半乳糖葡萄糖甘露糖类和聚木糖类; 阔叶木中半纤维素含量 20% ~ 38% , 聚糖种类主 要是聚木糖类和聚甘露糖类; 非木材原料半纤维 素的含量在 25% ~ 35% 之间, 双子叶植物中大部 分半纤维素是木糖葡萄糖聚糖。 1 半纤维素的分离 半纤维素存在于植物原料中, 为了研究半纤 维素的结构 , 必须先将半纤维素从原料中分离出 来。 在分离半纤维素之前 , 要对原料进行处理 , 除 去一些次要成分 , 一般的无机物不必分离。 1. 1 分离前的准备 制取无抽提物试样: 先用水抽提 , 再用苯 乙 冷水或 70% 乙醇抽 提可 除去 单糖、 配糖 化 物、 少量低聚糖、 水溶性聚糖, 苯醇或丙酮抽提可 除去萜烯类化合物、 脂肪、 蜡、 鞣质等。 对阔叶木和禾本科原料可直接从无抽提物试 样中分离半纤维素。
半纤维素的提取及功能化应用
半纤维素的提取及功能化应用摘要：进入新世纪以后，全面可持续发展的科学发展观不断深入人心，为贯彻这一思想，可再生木质纤维素类生物质资源的开发和利用得到了人们的极大重视和关注。
半纤维素是农林生物质的主要组分之一，含量仅次于纤维素，是地球上最丰富、最廉价的可再生资源之一。
本文主要对半纤维素的提取及功能化应用进行综述。
关键词：生物质；半纤维素；功能化应用Extraction and functional application of HemicellulosesAbstract: After entering the new century, the comprehensive sustainable development of the concept of scientific development unceasingly thorough popular feeling, lignocelluloses biomass resources development and utilization of the people's great attention and concern to carry out the idea of renewable class. Hemicelluloses is a major component of forestry biomass, content, second only to cellulose is the most abundant on earth, one of the most cheap renewable resource. This article mainly summarized the extraction and functional application of hemicelluloses.Key Words: biomass ; hemicelluloses; functional applications1.引言植物体内通常含有纤维素、半纤维素、木质素、果胶和特种化合物。
半纤维素论文
半纤维素材料制备、表征及材料化的应用摘要：随着石油煤炭的日渐枯竭和环境的日益恶化，全球面临着经济可持续发展的压力。
生物质是地球上最重要、最广泛的可再生资源，生物质资源俨然成为了国家和地区可持续发展的重要战略资源，以农作物秸秆（半纤维素）为代表的一类原料成为大家研究和开发的热点。
本实验通过绝干玉米芯和菜籽秆粉状物与碱溶液kOH（80g/L）进行提取，提取时间为2h，收集温度75度。
收集上清液后用乙酸-乙醇进行沉淀得到半纤维素沉淀物。
沉淀物经大量的乙醇-水清洗得到纯净半纤维素然后进行半纤维素XRD、红外、GPC表征。
通过表征现象可分析出半纤维素的基团、包含的单糖以及单糖的含量。
半纤维素材料化应用是通过传统凝胶方法在试管中与水和乙醇等溶剂在高温下进行物理作用形成温度敏感水凝胶。
关键词:半纤维素、表征、水凝胶Abstrzact：As oil coal draining and worsening environment, the world faces the dual pressure of economic sustainable development and environmental protection. Biomass resources has become the important strategic resources for the sustainable development of countries and regions, with crop stalks (hemicellulose) as the representative of the raw material become the hotspot of research and development。
Key words：hemicellulose、Characterization、Hydrogel第一章前言1.1半纤维素的背景研究近年来，由于环境污染、石化资源的枯竭问题，全世界已经面临着保护环境和经济可持续发展的双重压力。
半纤维素利用开发的进展情况
半纤维素利用开发的进展情况1.半纤维素的应用研究进展1. 1 降解产物制备低分子产品1. 1. 1 己糖的利用生产乙醇, 这是亚硫酸盐纸浆厂废液综合利用的主要方向;生产山梨糖醇( 己六醇) , 甜度= 60% 蔗糖, 热量值= 碳水化合物, 代谢速度< 碳水化合物, 在肝脏中大部分转化为果糖, 不会引起糖尿病; 用在冰淇淋、巧克力、口香糖中, 可以起到防治肥胖的作用; 可以作为制造炸药、维生素C 的原料等。
1. 1. 2 戊糖的利用生产饲料酵母, 如亚硫酸盐制浆废液;生产糠醛, 可用于润滑油的精制, 还可以用于生产溶剂、呋喃树脂、尼龙等;生产木糖, 可用于糖果、水果罐头、冰淇淋的制造, 木糖被微生物( 细菌、真菌、酵母菌) 发酵生产乙醇;生产木糖醇, 木糖经氢化可还原制成, 作为甜味剂其甜度和热容量= 蔗糖, 能量值仅为11. 7~12. 1kJ/ g, 消除人体内有害酮体的产生, 具有减肥功能; 能调整糖的代谢, 是糖尿病人的营养剂和治疗剂; 减慢血浆中产生脂肪酸的速度, 但不会使血糖上升, 是肝炎病人的保肝药物; 不能被口腔细菌利用, 口感凉爽, 适用于在口香糖类糖果中应用。
1. 2 在生物和医药上的应用低聚木糖具有表面活性部位, 可吸附肠道内有毒物质及病原菌, 提高机体抗病力, 激活免疫系统, 因此可在医药中广泛应用。
聚阿拉伯糖葡萄糖醛酸木糖可免疫刺激行为; 4 O 甲基葡萄糖醛酸木糖可抑止恶性肿瘤; 羧甲基化聚木糖的木材半纤维素可刺激T 淋巴细胞和免疫细胞, 被称为中国新的抗癌药物。
1. 3 在食品工业中的应用半纤维素可作为食品黏合剂、增稠剂、稳定剂、水凝剂、食用纤维、薄膜形成剂及乳化剂等。
膳食纤维由纤维素、半纤维素和木质素组成,半纤维素占膳食纤维总量的50% 以上, 它的功能有: 预防便秘、肥胖、高血压、大肠癌等。
用碱性溶液从植物原料中抽提的半纤维素是混合聚糖, 其产品可以制成脂肪替代品, 能耐高温, 可用于肉制品中。
乙醇沉淀法提取木质纤维预水解液中半纤维素研究
2019 年 6 月 Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities June 2019 文章编号：1003-9015(2019)03-0636-09乙醇沉淀法提取木质纤维预水解液中半纤维素研究王雷明1, 石海强1,2, 王鑫1, 周妙方1, 李娜1, 牛梅红1(1. 大连工业大学轻工与化学工程学院，辽宁大连 116034;2. 华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室, 广东广州 510640)摘要：硫酸盐法溶解浆生产时，预水解液(PHL)中含有大量半纤维素，将其分离可用于多种高附加值产品的制备。
针对乙醇法回收半纤维素得率以及纯度较低的问题，优化了乙醇沉降半纤维素预水解条件以及乙醇-预水解液(ET-PHL)的体积比，通过浓缩、酸化、聚氧化乙烯絮凝处理及碱化处理显著地提高了半纤维素产品的得率。
结果显示，在ET-PHL体积比为10、P因子为200时，最有利于半纤维素分离，得率及纯度为3.43 g⋅L-1和69.57%。
进一步实验结果表明在浓缩90%后得率及纯度为6.11 g⋅L-1和71.38%，酸化至pH值为2再经400 mg⋅L-1聚氧化乙烯絮凝处理两步去除木质素后得率为4.98 g⋅L-1，但纯度提高到了82%，而再碱化至pH值为6时，得率提高到了9.87 g⋅L-1但纯度下降到了76.47%，进一步提高pH，虽然沉淀得率继续有所提升，但灰分含量会显著上升。
关键词：预水解；半纤维素；酸化；絮凝处理；碱化中图分类号：TQ353.9；TS79 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-9015.2019.03.017Extraction of hemicellulose from pre-hydrolysis liquor of lignocelluloseby ethanol precipitationWANG Lei-ming1, SHI Hai-qiang1,2, WANG Xin1, ZHOU Miao-fang 1, LI Na1, NIU Mei-hong1(1. School of Light Industry & Chemical Engineering, Dalian Polytechnic University, Dalian 116034, China;2. State Key Laboratory of Pulp and Paper Engineering, South China University of Technology,Guangzhou 510640, China)Abstract: Pre-hydrolysis liquor contains large amount of hemicellulose in dissolving pulp production via kraft-based processes. These hemicelluloses can be isolated, purified and converted into many high value-added products. The yield and purity of hemicellulose recovered by ethanol are usually low. In this study, the pre-hydrolysis conditions of acacia wood and volume ratio of ET-PHL(ethanol—pre-hydrolysis liquor) were optimized for higher yield of hemicellulos recovery by ethanol precipitation. Hemicellulose yield was greatly improved after concentration, acidification, polyethylene oxide flocculation and alkali treatments. The results show that the best separation performance happens when the volume ratio of ET-PHL is 10 and the P factor is 200, and the yield and purity are 3.43 g⋅L-1 and 69.57 %, respectively. Further experimental results show that the yield and purity are 6.11 g⋅L-1 and 71.38 % after concentrating by 90 %. After adjusting to pH 2 and with polyethylene oxide flocculation treatment (400 mg⋅L-1), the yield is reduced to 4.98 g⋅L-1 but the purity is increased to 82 %. When adjusted to pH 6, the yield is increased to 9.87 g⋅L-1 but the purity decreases to 76.47 %. Further increase of pH can keep improving the yield, but the ash content increases significantly.Key words: pre-hydrolysis; hemicellulose; acidification; flocculation; alkalization1前言半纤维素广泛存在于高等植物的细胞壁中[1]，在自然界中的储量丰富。
甘蔗渣脱木素后半纤维素的分离与纯化
甘蔗渣脱木素后半纤维素的分离与纯化庞春生 林 鹿 陈 鹏 徐丽丽 杨 柳 徐晓峰(华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,资源科学与工程系,广州510640)摘 要:通过对甘蔗渣采用不同方法脱除木素后,再用碱液抽提半纤维素。
结果表明,脱除木素后所得的粗半纤维素得率降低,纯度则上升,木素脱除率越高,纯度越高。
关键词:半纤维素;提取;脱木素中图分类号:TS71+.1 文献标识码:A 文章编号:1671-4571(2006)20120013204 半纤维素是植物中三大组份(纤维素、半纤维素和木素)之一,具有来源丰富,可再生等特点。
我国是一个农业大国,每年都产生大量的如麦、稻、玉米等秸杆和甘蔗渣等。
这些除了作为造纸工业用原料之外,还可以利用其中的组分,如半纤维素转化为能源或化工原料及其它如食品、医药等新型材料。
目前,进行此类的研究对于发展未来国民经济之急需,实现工农业可持续发展具有积极的意义。
对于植物中半纤维素的应用问题,无论在基础理论的研究中或在工艺理论的研究中,往往需要先把半纤维素分离出来。
由于植物纤维原料由多种组分构成,有些组分之间还有化学联接(比如半纤维素与木素之间就存在着化学键结合形成LCC结构),所以半纤维素的分离是比较复杂的[1]。
要完全分离出纯净的半纤维素也是很困难的。
很多研究都指出,植物纤维原料中部分木质素与部分碳水化合物(主要是半纤维素)间有化学键的联接,并形成木质素-碳水化合物复合体(LCC)。
研究表明,对于不同原料,LCC结构也不同[2],对含有聚戊糖的半纤维素如蔗渣、麦草半纤维素来说, LCC木质素是与阿拉伯糖基或木糖基组成的复合体[3]。
木质素与这些糖基之间是通过共价键形成复合体的。
原料的这种复合体,在半纤维素的提取过程中,会随着半纤维素的溶出而部分溶解出来,另一部分则继续以复合体的形式留在原抽提液中。
为了最大限度的提取半纤维素,并提高半纤维素的纯度,本文尝试先去除部分木素,使LCC结构中的木质素与半纤维素之间的共价键断裂,使木素与半纤维素的糖基断开,这样在半纤维素的溶出过程中就不会牵带着木素一起溶出了,从而提高半纤维素的纯度。
分离半纤维素和纤维素的方法
离心分离（转速为3000～10000r/min，离心时间10～30m i n）、干燥处理（冷冻干燥处理的条件为：温度为-60～-30℃，时间为12～36h），得到固态的纳米纤维素。
纳米纤维素的性能指标：得率为21.63%～36.07%；直径为14～284nm；长度为79～1286nm。
对于NCC而言，结晶度越高，热稳定性越好。
现有市场上购买的NCC的结晶度一般在70％～75％左右。
NCC结晶度的提高是比较困难，不仅要考虑得率，还要兼顾尺寸方面的要求，另外制备过程还要考虑成本等相关问题。
通常，一般得率增加，结晶度呈现增加的趋势，直径和长度会呈现下降的趋势，这是因为纤维素降解过程的实质就是去掉无定形区，保留结晶区的过程。
得率越高，结晶区保留的就越多，无定形区去掉的就多，结晶度相对越高；与此同时，纤维长度就变短。
采用“低强度超声波辅助氨基酸离子液体”结合法，能解决单一的氨基酸离子液体制备的NCC结晶度不高﹑热稳定性较差等问题，能提高NCC的产品质量。
有益效果：（1）采用农业废弃物玉米秸秆作为初始原料，具有原料来源丰富、成本低的特点，符合国家废弃物循环利用及可持续发展战略。
（2）超声波没有选择性，采用低强度超声波，是一种绿色环保的物理手段。
超声强度过高，会同时去掉纤维素分子链中的结晶区和无定型区，导致得到的NCC结晶度降低。
采用低强度的超声波，是一种很温和的超声环境，有利于促进纤维素中的无定形区降解而保留结晶区。
（3）采用的氨基酸离子液体是一种绿色溶剂，不但化学稳定性好﹑能回收利用﹑无毒，还具有优良的生物溶解性﹑预处理温度低﹑高效快速的特性，因此符合绿色节能的理念。
（4）采用的“低强度超声波辅助氨基酸离子液体”结合法，能解决单一的氨基酸离子液体制备的NCC结晶度不高﹑热稳定性较差等问题，能提高NCC 的产品质量。
（5）制备纳米纤维素的设备和操作简单，适宜于规模化的大生产。
发明人：李建国 倪永浩 马晓娟 黄方 黄六莲 陈礼辉申请人：福建农林大学现然的纤维素基植物纤维是自然界中含量最为丰富的自然资源之一，它具有绿色环保以及可再生等优良特性。
玉米芯的综合利用研究技术进展
玉米芯的综合利用研究技术进展李昌文1，2，张丽华1，2，纵伟1，2，李江涛1（1.郑州轻工业学院食品与生物工程学院，河南郑州450002；2.食品生产与安全河南省协同创新中心，河南郑州450002）摘要：玉米芯是玉米生产和加工的副产物，资源丰富。
玉米芯通常被当作饲料和燃料使用或作为废弃物，未能充分利用。
对玉米芯进行开发和综合利用，可提高农副产品的经济效益和社会效益。
叙述了以玉米芯为原料生产还原糖、木糖、木聚糖、多酚、多糖、糠醛、黄原胶、生物质活性炭、木质素、丁醇、2，3－丁二醇、改性玉米芯的生产工艺和研究进展，为玉米芯的综合利用提供参考。
关键词：玉米芯；副产物；综合利用；技术Research Progress in Comprehensive Utilization of Corn Cobs LI Chang-wen 1，2，ZHANG Li-hua 1，2，ZONG Wei 1，2，LI Jiang-tao 1（1.School of Food and Biological Engineering ，Zhengzhou University of Light Industry ，Zhengzhou 450002，Henan ，China ；2.Henan Collaborative Innovation Center for Food Production and Safety ，Zhengzhou 450002，Henan ，China ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：As the by-product of corn processing ，corn cob abounds in China.Corn cob is usually used in feed and fuel field or discarded.The economic and social benefit of agricultural product can be increased by the comprehensive utilization of corn cob.The development of studies on processing techniques of glucose ，xylose ，xylan ，polyphenol ，polysaccharide ，furfural ，xamthan gum ，activated carbon ，lignin ，butanol ，2，3-butanediol and modified corncob powder with corn cob as material were mainly introduced ，which provided the references of comprehensive utilization of corn cob.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：corn cob ；by-product ；comprehensive utilization ；techniquesDOI ：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.15.034基金项目：2012国家级大学生创新创业训练项目（201210462007）作者简介：李昌文（1976—），男（汉），副教授，硕士，主要从事农产品加工研究。
半纤维素—壳聚糖基生物功能材料研究及其应用
半纤维素—壳聚糖基生物功能材料研究及其应用一、本文概述随着科学技术的不断发展和环保理念的深入人心，生物功能材料作为一种绿色、可持续的新型材料，正日益受到人们的关注和重视。
半纤维素—壳聚糖基生物功能材料，作为一种具有代表性的生物功能材料，凭借其独特的生物相容性、生物可降解性和优异的物理化学性能，在众多领域展现出广阔的应用前景。
本文旨在全面探讨半纤维素—壳聚糖基生物功能材料的制备技术、性能特点以及实际应用情况。
文章首先概述了半纤维素和壳聚糖的来源、结构和性质，为后续的研究和应用提供了理论基础。
接着，详细介绍了半纤维素—壳聚糖基生物功能材料的制备方法，包括化学法、物理法和生物法等，并对各种方法的优缺点进行了比较和分析。
在此基础上，文章进一步探讨了半纤维素—壳聚糖基生物功能材料的性能特点，如机械性能、热稳定性、吸水性、生物相容性等，并通过实验数据验证了其优越性能。
文章还重点关注了半纤维素—壳聚糖基生物功能材料在生物医药、农业、环保等领域的应用情况，展示了其在实际应用中的潜力和价值。
文章对半纤维素—壳聚糖基生物功能材料的研究现状进行了总结，并展望了其未来的发展方向和应用前景。
通过本文的研究，旨在为相关领域的研究人员和从业者提供有益的参考和启示，推动半纤维素—壳聚糖基生物功能材料的深入研究和广泛应用。
二、半纤维素与壳聚糖的基本性质半纤维素（Hemicellulose）是一类复杂的复合多糖，主要存在于植物细胞壁中，与纤维素和木质素相互连接。
它是一种无定形的聚合物，主要由己糖、戊糖和一些酸性糖基组成。
由于半纤维素的结构多样性，其分子量、聚合度和糖组成因植物种类和部位而异。
半纤维素的主要特点是易于水解，并且在自然界中易被微生物分解。
壳聚糖（Chitosan）是一种天然多糖，由甲壳动物壳（如虾壳、蟹壳）中的甲壳素（Chitin）经过脱乙酰作用制得。
壳聚糖分子由β-1,4-糖苷键连接的氨基葡萄糖单元组成，具有良好的生物相容性、生物降解性和抗菌活性。
半纤维素的提取、 改性与表征
半纤维素的提取、化学改性及表征林产化学加工工程2011102012012 汪欢欢摘要半纤维素是生物质的重要组成成分，综合利用潜力大，可以将其转化为高附加值、多元化的产品。
对近十年半纤维素的化学改性如：醚化改性、酯化改性进行了综述，主要从多相反应和均相反应两个方面进行了归纳说明，最后提出了半纤维素改性的前景。
关键词半纤维素改性表征引言随着石油资源的日益枯竭和世界森林面积的急剧减少，以农作物秸秆为代表的非木材纤维原料成为人们研究和开发利用的热点。
全世界每年生产大量的秸秆，主要为麦草、稻草、甘蔗和玉米秸秆等。
半纤维素作为一种可再生的绿色化学品可广泛应用于化学、食品、造纸等行业，具有广阔的利用前景。
但目前半纤维素的价值仍然没有被人们充分利用。
研究半纤维素的化学组成和结构对合理利用半纤维素是必不可少的，只有充分认识半纤维素的化学组成和结构，才有可能开发出更合理的利用途径，所以对半纤维素的分离及表征具有一定的研究意义。
1.半纤维素提取传统化学法制浆一般是直接处理原料，原料中的生物质尤其是半纤维素大部分进入制浆废液而被浪费掉，忽略了半纤维素作为生物质资源的潜在价值。
例如：半纤维素可以通过水解发酵生产燃料乙醇，也可以用作造纸助剂等。
因此，可以考虑在制浆工段之前采用条件比较温和的预处理方法分离出纤维原料中的一部分半纤维素，然后将此半纤维素水解发酵制得乙醇或直接提取乙酸等化学品。
尽管人们研究了多种预处理的方法，如生物法、化学法、物理法等，但是预处理的研究还有待进一步加强，因为现在的预处理方法成本缺乏优势，与化工燃料相比，优势不明显1．1 高温液态水预处理提取半纤维素热抽提半纤维素的方法主要有两种，分别是微波辐射法和水蒸汽法。
Alexandra[33等人研究了从大麦壳中抽提水溶性的半纤维素，研究表明，相对其他抽提方法而言，水蒸气抽提更具有潜力，因为水蒸气抽提工艺条件温和，使用化学品减少，从而降低了对环境的影响。
相比碱法而言，这种抽提方法的优势在于，半纤维素的破坏程度小，无论是低聚阿拉伯基木聚糖，还是多聚阿拉伯基木聚糖，其乙酰基团没有受到破坏，从而保证了半纤维素的多种用途，比如通过化学改性，增加半纤维素的疏水性，开发新材料。
玉米芯的综合利用研究现状
玉米芯的综合利用研究现状玉米是世界上最重要的粮食作物之一，被广泛种植，其果实是我们常见的食物原料。
在加工过程中产生的玉米芯通常被视为废弃物，被随意丢弃。
随着人们对资源的重视和环保意识的提高，玉米芯的综合利用研究逐渐受到重视。
本文将对玉米芯的综合利用研究现状进行探讨，以期为玉米芯的资源化利用提供一些思路和借鉴。
玉米芯的化学成分主要包括纤维素、半纤维素、蛋白质、脂肪、灰分、维生素、矿物质等。
其中纤维素和半纤维素是玉米芯的主要成分，具有很高的利用价值。
玉米芯所含有的纤维素和半纤维素可以用于生产纸张、生物燃料、生物基材料等，被称为“黄金纤维素”，在资源的有效利用上有着不可替代的作用。
玉米芯的综合利用研究主要包括以下几个方面：1. 纤维素生产纤维素经过一系列的化学处理过程可以被提取出来，用于纸张、生物燃料等的生产。
纤维素的提取工艺是玉米芯综合利用研究的重要方向之一，其目的是实现对玉米芯的高效利用，同时也为环保事业做出了积极贡献。
2. 半纤维素的提取与利用半纤维素是一种重要的天然生物高分子，其在食品工业、医药工业和化工等领域有着广泛的应用前景。
目前，国内外对半纤维素的提取技术、改性技术、应用技术等方面进行了大量的研究，已经取得了一定的进展，但依然需要进一步深入研究。
3. 生物燃料的生产玉米芯可以通过生物质热化学转化制备生物质燃料，如生物乙醇、生物柴油等。
生物质燃料是一种清洁能源，对环境友好，对于解决能源危机、减少温室气体排放具有重要意义。
玉米芯的生物质燃料生产研究也受到了广泛的关注。
4. 生物基材料的生产玉米芯还可以用于生产生物基材料，如生物塑料、生物纤维等，具有可降解、资源可再生等优点，已经成为绿色材料研究领域的热点。
综合利用玉米芯有利于资源的有效利用和环境的保护。
玉米芯的综合利用研究也面临一些挑战。
首先是技术挑战，提取纤维素和半纤维素的技术还不够成熟，生物质热化学转化制备生物质燃料的工艺也需要进一步完善；其次是成本挑战，目前综合利用玉米芯的成本还比较高，需要进一步降低成本，提高经济效益；最后是市场挑战，生物质能源和生物基材料的市场需求还不够大，需要政府的支持和引导，促进市场的发展。
一种小麦秸秆中半纤维素的提取方法
一种小麦秸秆中半纤维素的提取方法小麦秸秆是农业废弃物中常见的一种，具有很高的综合利用价值。
其中，半纤维素是一种重要的组分，它在纤维素和木质素之间起到桥梁作用，可以用于生产各种化学品和材料。
本文将介绍一种小麦秸秆中半纤维素的提取方法。
提取半纤维素的方法有很多种，其中一种较为常见的方法就是酸碱法。
该方法采用酸碱水解的方式将小麦秸秆中的纤维素和木质素分离，并得到纯净的半纤维素。
首先，将小麦秸秆进行粉碎处理，使其颗粒变得较为细小。
这一步是为了增大接触面积，方便后续的水解反应。
可以使用颚式破碎机或者刨花机等设备进行处理。
接下来，将小麦秸秆颗粒放入酸碱溶液中进行水解。
这里的酸碱溶液一般采用稀硫酸和氢氧化钠溶液。
首先，在搅拌的情况下，将小麦秸秆放入稀硫酸溶液中，保持一定的温度和时间。
稀硫酸的作用是使纤维素变得更容易水解。
然后，在不断搅拌的情况下，将小麦秸秆转移到氢氧化钠溶液中进行碱水解。
氢氧化钠的作用是将纤维素和木质素分离。
这个过程一般需要持续一段时间，直到大部分的纤维素和木质素水解为止。
水解完成后，用滤纸或者其他合适的过滤设备将溶液中的固体颗粒分离出来。
这里的固体就是提取出来的半纤维素。
接下来，需要对提取出来的固体进行洗涤和纯化。
可以使用蒸馏水或者其他溶液将固体进行多次洗涤，去除其中的杂质和残留的酸碱物质。
最后，将洗涤干净的固体进行干燥处理。
可以采用自然晾晒或者高温烘干的方式将固体中的水分蒸发掉，得到干燥的半纤维素。
这种方法提取出的半纤维素具有一定的纯度，可以进一步用于生产化学品或者材料。
同时，该方法使用的酸碱溶液也可以进行循环利用，减少了对环境的污染。
总之，采用酸碱法提取小麦秸秆中的半纤维素是一种有效且可行的方法。
该方法简单易行，提取出的半纤维素具有一定的纯度，适用于进一步的应用。
同时，该方法对环境的污染也相对较小，具有很好的可持续性。
半纤维素的利用
半纤维素的利用
1．在制浆造纸中的应用
.
2.己糖的利用
糖利用(木糖醇)
4.其它
半纤维素
纸浆中的应用
半纤维素是纸浆的成分之一，它对制浆和纸张的性质有重 要影响。 • 半纤维素比纤维素容易水化膨胀，经过打浆后，有利于纤 维的分丝帚化和细纤维化，所以半纤维素含量高，有利于 提高纤维结合力，对提高纸张的裂断长，耐破度和耐折度 等有利。 • 在制浆工艺中，半纤维素的含量应该控制在一个适当的水 平内，半纤维素含量过大，尽管能增加纤维的结合强度， 但是相对降低了纤维素的含量从而降低了纸张的强度。 • 麦草、稻草、芦苇等草浆的半纤维素比木浆高得多，但是 这些浆料中，纤维的尺寸、纤维细胞和杂细胞的比例等对 纸张性能得影响比其化学成分对纸张性能影响大得多，就 此而言，草浆造纸性能比木浆差。
防龋齿的木糖醇
木糖醇作甜味剂
生产木糖方法：
工业化生产木糖醇的方法是首先水解富 含木聚糖的半纤维素，纯化制取木糖后， 再经过催化氢化、柱层析、重结晶等加工 得到木糖醇，它是近年发展起来的一种新 型甜味剂，为白色无臭的结晶粉末，甜度 与热容量与蔗糖相近，但是能量值低。木 糖醇能够调整人体的糖代谢，用于是糖尿 病患者的营养和治疗。
从日本山毛榉木材中分离的4－氧－甲 基葡萄糖醛酸木糖具有明显的抗发炎性和 抑制恶性肿瘤的作用，含有羧甲基化聚木 糖的木材半纤维素具有刺激淋巴细胞和免 疫细胞的作用，具有抗癌功效。
其它应用：
改性后的半纤维素可以作为表面活性剂， 应用于日用化学工业中。在食品工业中， 半纤维素可作为食品黏合剂、增稠剂、稳 定剂、水凝胶、薄膜形成剂、乳化剂等
• 木糖醇的功能 • 1. 木糖醇做糖尿病人的甜味剂、营养补 充剂和辅助治疗剂； • 2. 木糖醇改善肝功能，是肝炎并发症病 人的理想辅助药物； • 3. 木糖醇的防龋齿功能，木糖醇的防龋 齿特性在所有的甜味剂中效果最好； • 4. 木糖醇的减肥功能，可被应用于各种 减肥食品中，作为高热量白糖的代用品。
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・论文与综述・半纤维素提取技术及综合利用研究进展张伯坤,张美云,李金宝(陕西科技大学,陕西西安710021)[摘 要] 半纤维素是生物质的重要组成成分,综合利用潜力大,可以将其转化为高附加值、多元化的产品。
概述了半纤维素的提取技术及其综合利用研究进展,同时提出了对其综合利用的难点和解决建议。
[关键词] 半纤维素;生物质;综合利用 随着我国经济的持续快速发展,对能源的需求也日益增加,而石油和天然气等常规能源的储量已日益减少,并且在其利用的过程中造成了严重的环境污染,寻找新的替代能源成为21世纪最为紧迫的任务[1]。
目前,我国在大力地开发生物质资源,而鉴于造纸工业的特点,可以将造纸工业与生物质精炼结合起来,这样做无疑可以使造纸企业得到多赢。
例如:在传统的碱法制浆过程中,占木材原料质量约20%的半纤维素会溶解而进入制浆黑液,这些黑液通常是通过碱回收系统被燃烧发电等。
但其中半纤维素的热值比较低,如果将这些半纤维素转化为新的生物质产品如乙醇、聚合物等,则可以大大提高其附加值[2]。
因此,在制浆造纸工业中可采取蒸煮之前预抽提的方式,将预抽提出来的半纤维素通过多种方式进行综合利用。
1 半纤维素提取传统化学法制浆一般是直接处理原料,原料中的生物质尤其是半纤维素大部分进入制浆废液而被浪费掉,忽略了半纤维素作为生物质资源的潜在价值。
例如:半纤维素可以通过水解发酵生产燃料乙醇,也可以用作造纸助剂等。
因此,可以考虑在制浆工段之前采用条件比较温和的预处理方法分离出纤维原料中的一部分半纤维素,然后将此半纤维素水解发酵制得乙醇或直接提取乙酸等化学品。
尽管人们研究了多种预处理的方法,如生物法、化学法、物理法等,但是预处理的研究还有待进一步加强,因为现在的预处理方法成本缺乏优势,与化工燃料相比,收稿日期:2009-04-09基金项目:陕西省“13115”科技创新工程重大科技专项(2008ZD KG -43)资助项目。
优势不明显1.1 高温液态水预处理提取半纤维素热抽提半纤维素的方法主要有两种,分别是微波辐射法和水蒸汽法。
Alexandra [3]等人研究了从大麦壳中抽提水溶性的半纤维素,研究表明,相对其他抽提方法而言,水蒸气抽提更具有潜力,因为水蒸气抽提工艺条件温和,使用化学品减少,从而降低了对环境的影响。
相比碱法而言,这种抽提方法的优势在于,半纤维素的破坏程度小,无论是低聚阿拉伯基木聚糖,还是多聚阿拉伯基木聚糖,其乙酰基团没有受到破坏,从而保证了半纤维素的多种用途,比如通过化学改性,增加半纤维素的疏水性,开发新材料。
Alexandra [4]等研究了在微波条件下用高温液态水提取半纤维素,研究发现提高温度可以提高半纤维素的提取率,但同时多聚糖的分子量变小,半纤维素受到破坏程度提高。
1.2 弱酸或弱碱提取半纤维素半纤维素在酸性条件下容易降解,但是在弱酸介质条件下,只要控制好酸解温度、时间和浓度,不仅大部分半纤维素可以抽提出来,而且纤维素受到的影响不大,这为半纤维素的综合利用创造了有利条件。
如在温和的温度条件下,Charles [5]等人用稀硫酸(约0.5%～1.0%)有效地从玉米秆中抽提出并回收大部分半纤维素,回收的形式为可溶的糖类,如果采用氨水来控制预处理液的p H ,同时加入少量Ca (O H )2,预处理效果更好,并且预处理条件也会更加温和。
与上面的高温液态水处理相比,稀酸预处理提高了半纤维素的得率,但预处理的成本增加。
曹邦威[6]等在对制浆造纸产业模式转变的思考中提出:在制浆前先从木片中抽提出半纤维素,再转化成乙醇和糖基聚合物。
在碱法制浆前,先用温度—21— 2009年 第3期 《黑 龙 江 造 纸》 100℃以上的碱液,将半纤维素从木片中抽提出来。
形成杂有若干木素的聚合半纤维素溶液。
预抽提除了能获得制取新生物产品的原料液外,还可减少碱耗、加快脱木素速率和降低黑液负荷。
它对保持甚至增加纸浆得率也很重要。
木材抽提液中的半纤维素提供了生产乙醇、糖基聚合物和化学品的原料。
糖基聚合物将开发出可再生的生物合成材料,用以取代复合木材中使用的以石油为原料的树脂。
2 半纤维素综合利用2.1 半纤维素水解发酵生产乙醇在世界范围内,目前生产燃料乙醇的原料主要是粮食,如玉米等,但是我国人口众多,粮食的供给受到限制,一味地发展粮食乙醇很可能导致粮食危机,因此我国很有必要大力发展纤维素类的生物质乙醇,其中,半纤维素也是很好的选择。
半纤维素生产乙醇的主要流程如图1所示。
2002～2004年间,美国能源部研究了木质纤维素类资源的综合利用,首先用具有氧化性的碱液在逆流条件下连续洗涤木质纤维素,将纤维素、木素、半纤维素分离,其中半纤维素用来制备乙醇燃料或其他化合物[7]。
半维维素水解发酵、蒸馏乙醇图1 半纤维素生产乙醇主要流程图2.2 半纤维素水解制备木糖醇和副产品糠醛、乙酸等目前工业化生产木糖醇主要是通过化学法,此法成本高、工艺复杂、副产物多、分离提纯较困难。
半纤维素水解物微生物发酵法制备木糖醇,可以降低生产成本,简化工艺流程,提高产品纯度。
因此,目前利用生物转化的方法生产木糖醇已成为国际上研究的热点[8]。
人们在用半纤维素水解产物制备木糖醇方面做了大量的研究,半纤维素来源广泛,如桉树、稻草、玉米轴、甘蔗渣等。
Zhang Jian2an[9]等人研究了用玉米轴制备木糖醇的水解发酵过程,并就制备过程中p H和乙酸浓度对木糖醇的转化率影响进行了研究,发现在乙酸浓度大于2g/L时,由于更多的木糖被消耗,木糖醇转化率降低。
另外,Chris2 tine[10]等人对禾本科镰刀木聚糖酶水解半纤维素的效果进行了研究,主要目的就是寻找高效的水解酶,提高半纤维素的转化率,降低生物转化的成本。
2.3 半纤维素制备氢气和烷烃生物质资源来源广泛,其组成也是千差万别,众多科学家对生物质热裂解充满兴趣,重点研究了裂解时的参数:温度、加热速率和生物质成分,并尝试着建立裂解气体的产量与生物质成分之间的数学关系[11]。
George[12]等人研究了如何在水相状态下,使用催化剂把生物质能源转化成H2和C1～C15的烷烃。
利用金属催化剂,在152～267℃情况下,可以使从生物质中提取出的含氧碳水化合物在水相中产出H2和C1～C6的烷烃,在具有双重功能的催化剂作用下,通过脱水和加氢制备而成,山梨醇在固体酸催化剂SiO22Al2O3或无机酸HCl作用下脱水,然后在金属Pt或Pd的催化下加氢,最终形成烷烃。
而C7～C15则是在结合C1～C6的烷烃制备过程,使其在逆流情况下发生醇醛缩和反应形成C-C键。
裴爱霞等人以碱性化合物K2CO3、Ca(O H)2以及Ru/C为催化剂,在间歇式高压反应釜中,对半纤维素在超临界水中的气化制氢特性进行了实验研究。
结果表明:Ru/C的催化效果最佳,当加入0.8g 时,每千克半纤维素可生成14.365mol H2,同时还有其他小分子烷烃。
2.4 半纤维素改性后做热塑性、抗水性材料半纤维素的亲水性严重束缚着半纤维素基材料的发展,化学改性被认为是解决这个问题的一个很好的办法,从而使半纤维素可以制备防水材料,通过脂肪酸氯化物的酯化作用来制备热塑性和疏水性材料就是其中一种好办法。
Ren J un2li[13]等人以N,N -二甲基甲酰胺氯化锂为介质,在42二甲基氨基吡啶催化作用下,从麦草中抽提出的半纤维素与月桂酰氯反应,使半纤维素酯化来提高疏水性,反应条件较为温和,5%的42二甲基氨基吡啶,月桂酰氯和三乙胺的摩尔浓度相当于半纤维素中羟基浓度的两倍,温度40℃,时间35min。
3 半纤维素综合利用难点及对策半纤维素是全球广泛存在的天然聚合物,在能源日益枯竭、温室效应日益严重的情况下,生物质的开发利用越来越受到人类的重视,但目前还存在不少难点,半纤维素的综合利用更是如此:半纤维素由于其自身的缺点,如易降解、难分离等,其利用价值往往容易被人们忽视,应在利用方式上进行创新,制浆前半纤维素的预提取就是一种新模式;半纤维素的提取成本较高,且提取纯度不够,分离难度大,限制了半纤维素的综合利用,因此,应该加大对半纤维素的基础研究和应用技术研究,使半纤维素的综合—31—半纤维素提取技术及综合利用研究进展利用成本降低,并得到市场的认可;半纤维素具有多样性,不同生物质资源所含的半纤维素存在差异,且其降解产物复杂,加大了半纤维素综合利用难度,需要进一步加强研究,形成比较统一的综合利用半纤维素的工艺技术,同时评估工艺的整体可行性。
[参 考 文 献][1] 吴承康,徐建中,金红光.能源的发展战略研究[J ].世界科技研究与发展,2000,22(4):1.[2] H EININ GEN A V.Converting a kraft pulp mill into an inte 2grated forest biorefinery [J ].Pulp &Paper Canada ,2006,107(6):38243.[3] AL EXANDRA A R.Extraction of water -soluble hemicellu 2loses from barley husks [J ].Bioresource Technology ,2008,100(2009):7632769.[4] AL EXANDRA A.Heat extraction of corn fiber hemicellulose[J ].Applied Biochemistry and Biotechnology ,2007:2532266.[5] CHARL ES E.Coordinated development of leading biomas pre 2treat ment technologies[J ].Bioresource Technology ,2005,96(2005):195921966.[6] 曹邦威.美国对制浆造纸工业关于产业模式的新思考[J ].中华纸业,2007,28(4):78282.[7] WIN GERSON pleting Pre -Pilot Tasks To Scale UpBiomass Fractionation Pretreat ment Apparatus From Batch To Continuous.A Report of USA Depart ment of Energy.[8] 关颖,赵辉,刘奇.发酵法生产木糖醇的研究进展[J ].食品工业科技,2008,29(1):2952298.[9] ZHAN G Jian 2an.Optimization of p H and acetic acid concent ra 2tion for bioconversion of hemicellulose from corncobs to xylitol by Candida tropicalis [J ].Biochemical Engineering Journal ,2008.[10] CARAPITO C.Efficient hydrolysis of hemicellulose by a Fu 2sarium graminearum xylanase blend produced at high levels in Escherichia coli [J ].Bioresource Technology ,2008,100(2009):8452850.[11] COU H ER T C.Is it possible to predict gas yields of any bio 2mass after rapid pyrolysis at high temperature from it s com 2position in cellulose ,hemicellulose and lignin ?[J ].Fuel ,2008:1210.[12] GEOR GE W.An overview of aqueous -phase catalyticprocesses for production of hydrogen and alkanes in a biore 2finery[J ].Catalysis Today ,2006,111(2006):1192132.[13] REN J un 2li.Rapid homogeneous lauroylation of wheat strawhemicelluloses under mild conditions [J ].Carbohydrate Re 2search ,2008,343(2008).R esearch Progress in Extraction T echnology and Comprehensive U tilization of H emicelluloseZHANG Bo 2kun ,ZHANG Mei 2yun ,L I Jin 2bao(S haanx i U ni versit y of S cience &Technolog y ,X i ′an ,710021Chi na )Abstract :Hemicellolose is an important compo sition of biomass.It has a large potential in comp rehensive utilization ,and we can convert it into high value 2added and multiple p roduct s.The paper summarizes t he research p rogress in ext raction technology and comp rehensive utilization of hemicellulose and p ut s forward t he comprehensive utilization difficulties and resolutions.K eyw ords :hemicellolose ;biomass ;comp rehensive utilization (上接第11页)过低、齿槽很浅,使得浆料通过量锐减、小纤维网络体之间“摩擦形变效应”减弱,纤维受切断过多等综合作用导致了能量消耗过大的缘故。