甘蔗渣脱木素后半纤维素的分离与纯化
甘蔗渣的酶降解研究进展
文章编号:10052927X(2004)0420052205甘蔗渣的酶降解研究进展黄祖新1,陈由强1,陈如凯2(1.福建师范大学生物工程学院,福建福州350007;2.农业部甘蔗生理生态与遗传改良重点开发实验室,福建福州350007)摘要:鉴于能源、环境、再生资源利用等问题,对蔗渣的开发利用势必可行。
本文介绍蔗渣成分及结构,蔗渣预处理、酶解糖化以及蔗渣酶解糖化高效方法的研究进展。
关键词:蔗渣;酶解;糖化;纤维素酶中图分类号:S566.1 文献标识码:A甘蔗是光合能力最强的C4作物,也是人类迄今所栽培的生物量最高的大田作物。
甘蔗可作为燃料酒精的生物原料。
甘蔗汁含有的糖分可以用于发酵酒精,但甘蔗提取蔗汁后留下大量纤维性废渣即蔗渣,一般甘蔗的干蔗渣产率为11.5%-13%。
我国2001年甘蔗种植面积约120万hm2,甘蔗榨汁制糖后可得干蔗渣约900万t。
目前蔗渣有利用价值的部分是制纸浆,而大多数蔗渣作为燃料烧掉。
如果以含纤维素的蔗渣酶解发酵转化为燃料酒精,对提高甘蔗的全生物量利用率,具有非常重大的意义。
1 蔗渣的成分及结构经过烘干的干蔗渣成分如表1所示。
蔗渣的组成化合物以纤维素、半纤维素、木质素为主,淀粉和可溶性糖含量较少。
表1 干蔗渣成分成分干重损失粗蛋白糖醛酸纤维素半纤维素淀粉木质素灰分可溶性糖%5.73.83.335.420.61.518.68.32.8 1.1 纤维素纤维素的结构式为(C6H10O5)n H2O,葡萄糖基由Β21,4糖苷键结合而成链状高分子化合物。
蔗渣纤维素大多数属于植物的次生壁一类纤维素分子,其平均聚合度约为1000左右,其中大约30-100个纤维素分子在氢键作用下,形成结晶的或类结晶的微纤丝。
微纤丝的结晶部分是由纤维素分子整齐规则地折叠排列,在微纤丝的结晶部分里,葡萄糖分子的羟基在分子内部或分子外部的氢离子相结合,没有游离的羟基存在而具有牢固的结晶构造。
因此,纤维素结晶部分比较难分解。
蔗渣纤维素分离纯化预处理工艺条件优化
关键词
蔗渣 纤维 素 稀硝酸处理 无水亚硫酸钠
Ｔ Ｑ ３ ５ ２ ． ４； 文献标志码 Ａ
中图法分类号
纤维素是丰富的可再生 天然高分子化合物 ， 对 其进 行 醚化 、 酯化 、 降解糖 化 、 接枝 共 聚 等 一 系列 化 学改性 ， 可 使其应 用 于更 为广 泛 的领域。赵 耀 明 等 …利 用棉 纤维 素 合成 了水 溶 性 好 的 季 铵 盐 阳 离
２ ０ １ ５年 ６月 １ ６ 日收到 国 家 自然 科 学 基 金 项 目（ ４ １ ０ ６ １ ０ ４ ４，
４ １ ４ ６ １ ０ ９ ２ ） 、 广 西 自然 科 学 基 金 面 上 项 目
取一 定量 经过粉 碎且 过 ４ ０目筛子 的蔗渣 ， 用 去
离 子水抽 提至 抽提 管 里 浸 泡蔗 渣 的水 无黄 褐 色 ， 干 燥 后再 用无水 乙醇 抽提 至抽提 管 的无水 乙醇无 黄褐 色， 干燥 备用 。称 取一定 量经 抽提 的蔗渣 ， 于 三 口烧 瓶 中加 入一 定 质 量 浓 度 的硝 酸 溶 液 ， 固 液 比为 １ ： １ ５ ， 加入 少量无 水 乙醇 ， 水 浴加 热 至 一 定 温度 ， 磁 力 搅 拌 回流反应 一定 时 间 ， 抽滤 ， 所得 滤渣 用蒸馏 水洗 涤至 中性 ， 在７ ０℃烘 箱干 燥备 用 。
无水 乙醇 、 硝酸 、 氢 氧 化钠 、 无 水 亚硫 酸 钠 、 硫酸 、 十 六烷 基三 甲基 溴化 铵 、 萘烷 、 丙 酮 均为 分 析 纯 ， 所 用
不仅提纯了纤维素而且增加 比表面积 ， 提高后续反
应过程 的可及度 。
水 为去离 子水 。
１ ． ２ 蔗渣 酸处 理
李春 光 等 利 用 蔗 渣 只 用 质 量 分 数 为 ４ ％ 的 Ｎ ａ Ｏ Ｈ溶 液 ， ８ ０。 （ ＝ 处理 ４ ｈ纯 化 得 到纤 维 素 含 量 为 ６ ８ ． ３ ０ ％ 。张学 金 等 采 用 １ ０ ％的 Ｎ ａ Ｏ Ｈ用量 ， 液 比１ ： ８ ， 预处 理温度 ９ ０℃ ， 预处 理 时 间 ２ ０ ｍｉ ｎ ， 纤 维
甘蔗渣纤维发展现状与技术状况
第一节甘蔗渣纤维行业发展情况一、甘蔗渣纤维定义甘蔗渣纤维是用甘蔗渣制造成的纤维。
甘蔗是制糖的主要原料之一。
经过榨糖之后剩下的甘蔗渣，约有50%的纤维可以用来造纸。
不过，其中尚有部分蔗髓（髓细胞）没有交织力，制浆过程前应予除去。
甘蔗渣纤维长度约为0.65－2.17mm，宽度是21－28μm。
其纤维形态虽然比不上木材和竹子，但是比稻、麦草纤维则略胜一筹。
浆料可以配入部分木浆后，抄制胶版印刷纸、水泥袋纸等。
甘蔗渣纤维特性甘蔗渣是糖厂的副产品，是具有广西特色的造纸纤维原料。
甘蔗渣是糖厂的副产品，是具有广西特色的造纸纤维原料。
甘蔗是一年生长的茎状植物纤维原料，国内外的数据表明，各种甘蔗的纤维形态有所不同、种植地域、气候条件及生长期不同，也可能造成纤维形态的差异。
一般来说，甘蔗纤维的长度为1.0～2.0mm，宽度为14～28um、宽度比为60～80，壁腔比远小于1，具有长度中等、宽度较大、壁腔比很小的特点。
与木材纤维相比，甘蔗渣纤维的长度仅为针叶木的一半，和阔叶木基本相当甚至略优，宽度小于针叶木，而与阔叶木纤维相近，长度比与多数木材纤维相似，而壁腔比则远小于木材原料。
在禾本科类原料中，甘蔗渣纤维原料的长度比较长，宽度远大于其他品种，壁腔比则是禾本科原料中的最小者。
通常认为，纤维长度小于45的纤维就失去了造纸价值，因其缺乏交织能力，成纸强度太低。
当纤维壁腔比大于1时，纤维就比较僵硬。
作为无纺纤维材料印度人利用一种称为麦克菲森（McPherson）的净化机进行净化处理，然后按不同比例混合部分棉纤维，蒙麻或聚丙烯，然后作为纤维用于生产无纺布。
当然，无纺材料又分为多种。
这些纤维大多分有数层，依据用途不同，层数也各异。
无纺材料用途十分广泛。
有些种类材料据称可经受150℃的高温，而高温时间仅为一分钟。
其厚度也根据需要而定。
当然，更多的用于工业，如汽车隔热、垫圈、密封材料，也有用作清洁抹布和地毯生产等等。
这类材料在300℃的高温下会迅速碳化，碳化的无纺纤维具有很强的吸附性，用来吸油，抗污等用途。
半纤维素的提炼及改性应用
半纤维素的提炼及改性应用
概述
半纤维素是一种天然聚合物，广泛存在于植物细胞壁中。
它的
提炼和改性可以为各种应用领域提供新的材料和方法。
本文将探讨
半纤维素的提炼过程以及改性后的应用。
提炼方法
半纤维素的提炼过程一般包括以下步骤：
1. 原料准备：选择富含半纤维素的植物作为原料，如木材、秸
秆等。
2. 预处理：将原料进行切割、研磨等处理，以增加提取效率。
3. 提取：采用化学酶解或物理处理等方法将半纤维素从原料中
提取出来。
4. 分离和纯化：通过过滤、离心等工艺将提取得到的半纤维素
进行分离和纯化，得到纯净的半纤维素产物。
改性应用
经过提炼后的半纤维素可以通过各种改性方法进行进一步处理，以满足不同的应用需求。
以下是一些半纤维素改性的应用领域：
生物医学领域
半纤维素在生物医学领域的应用广泛。
例如，通过改性后的半纤维素可以制备生物可降解的医用材料，用于修复组织和器官。
纤维素醚的制备
通过对半纤维素进行醚化反应，可以合成纤维素醚。
纤维素醚具有良好的溶解性和可加工性，可用于制备纤维素基复合材料、涂料和胶粘剂等。
食品工业
半纤维素可以作为食品工业中的添加剂，用于增加食品的纤维含量，改善食品的质地和口感。
环境保护
将半纤维素改性后应用于环境保护领域，例如制备可降解的吸附材料，用于处理水污染和废弃物处理等。
结论
半纤维素的提炼和改性应用是一个具有广泛发展前景的领域。
通过不断提升提炼技术和改性方法的研究，我们可以为各个应用领域提供更多可持续、高效、环保的材料和解决方案。
蔗渣半纤维素·纤维素和木质素分离条件研究
蔗渣半纤维素纤维素和木质素分离条件研究张晓峰;吴丁丁;刘琴;宋航;兰先秋【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2012(000)027【摘要】[目的]研究蔗渣中半纤维素、纤维素和木质素的分离条件.[方法]在溶剂-酸-水混合体系中对蔗渣半纤维素、纤维素和木质素进行蒸煮分离,利用单因素试验和响应面分析法对主要影响因素进行分析优化,得到最佳的分离条件.[结果]通过响应面分析法预测最佳的分离工艺条件为溶剂浓度( v/v)69.63％、酸浓度(v/v)6.41％、反应时间4h,此条件下模型预测的半纤维素水解率为98.07％、纤维素存留率为92.49％、木质素去除率为66.72％,验证试验半纤维素水解率为99.00％、纤维素存留率为92.08％、木质素去除率为67.06％,接近理论值.[结论]研究结果可较好地用于蔗渣半纤维素、纤维素和木质素的分离.【总页数】3页(P13549-13551)【作者】张晓峰;吴丁丁;刘琴;宋航;兰先秋【作者单位】四川大学化学工程学院,四川成都610064;四川大学化学工程学院,四川成都610064;四川大学化学工程学院,四川成都610064;四川大学化学工程学院,四川成都610064;四川大学化学工程学院,四川成都610064【正文语种】中文【中图分类】S566.1;TS249.2【相关文献】1.秸秆饲料中纤维素、半纤维素和木质素的定量分析研究 [J], 李华;孔新刚;王俊2.FIBERTEC 2010半自动纤维分析仪测定饲料中纤维素、半纤维素、木质素的方法研究 [J], 刘文静;潘葳;任丽花3.双孢蘑菇生产中木质素、纤维素和半纤维素的降解及利用研究 [J], 李晓博;李晓;李玉4.树脂吸附-超滤协同分离甘蔗渣碱法半纤维素 [J], 杜娟;龚志强;黄曹兴;梁辰;姚双全;刘杨5.甘蔗渣纤维素提取及木质素与半纤维素脱除工艺探讨 [J], 李春光;周伟铎;田魏;商执峰;李攀登;何雪梅因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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。
五种甘蔗渣分离木质素热解特性及动力学
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2017年第36卷第8期·2910·化 工 进展五种甘蔗渣分离木质素热解特性及动力学崔兴凯1，赵雪冰1，2，刘德华1，2（1清华大学化学工程系，北京 100084；2东莞深圳清华大学研究院创新中心，广东 东莞 523808） 摘要：木质素是自然界中最丰富的芳香类化合物，也是制浆造纸和木质纤维素生物炼制过程的主要副产物。
热解是将木质素资源化、能源化利用的一个有效途径。
但由于分离方法不同，所得的木质素产品具有不同的热解特性。
本文通过有机酸处理、碱处理和氧化处理从甘蔗渣中分离得到5种木质素，即乙酸木质素（AAL ）、Acetosolv 木质素（AsL ）、Milox 木质素（ML ）、过氧乙酸木质素（PAAL ）和碱木质素（AL ）。
采用差示扫描量热（DSC ）和热重分析（TGA ）对5种木质素的热解性质进行了研究。
发现5种木质素的热解过程均可分为水分脱除、玻璃化转变、热解和缓慢结焦4个阶段。
采用非等温的Coats-Redfern 积分法对热重数据进行动力学拟合。
结果表明，PAAL 在200～700℃范围内的热解为二级动力学反应，另外4种木质素则在250～700℃范围内为二级动力学反应。
5种木质素的热解表观活化能分别为AAL 33.33kJ/mol 、AsL 36.36kJ/mol 、ML 31.10kJ/mol 、PAAL 24.74kJ/mol 以及AL 36.93 kJ/mol 。
关键词：甘蔗渣；分离木质素；热解；动力学；分子量中图分类号：O636.2；TQ351 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）08–2910–06 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0002Pyrolysis characteristics and kinetics of five isolated lignins fromsugarcane bagasseCUI Xingkai 1，ZHAO Xuebing 1，2，LIU Dehua 1，2（1Department of Chemical Engineering ，Tsinghua University ，Beijing 100084，China ； 2 Tsinghua Innovation Centerin Dongguan ，Dongguan 523808，Guangdong ，China ）Abstract ：Lignin is the most abundant natural aromatic polymer on earth. It is also a major byproduct of pulp and papermaking industry and lignocellulose biorefinery. Pyrolysis is one of the most promising ways to utilize lignin for production of fuels and chemicals. However ，the pyrolysis characteristics of lignin products are greatly dependent on the isolation methods. In present work ，five lignin products were isolated from sugarcane bagasse by organic acid ，alkaline ，and oxidative pretreatments ，respectively ，namely acetic acid lignin （AAL ），acetosolve lignin （AsL ），milox lignin （ML ），peracetic acid lignin （PAAL ）and alkaline lignin （AL ）. The pyrolysis of these isolated lignins was investigated using differential scanning calorimetry （DSC ）and thermogravimetric analysis （TGA ）. As indicated by TGA ，all of the lignin products showed four stages of weight losses ，namely water removal ，glass transition ，pyrolysis to small molecules and slow coking. The pyrolysis kinetics was analyzed by Coats-Redfern method. The results indicated that the pyrolysis process could be described as a second-order reaction in temperature range of 200—700℃ for PAAL ，and 200―700℃ for the other four lignins. The activation energies were determined as 33.33kJ/mol ，36.36kJ/mol ，31.10kJ/mol ，维素基生物源。
甘蔗渣纤维素提取分离技术进展
甘蔗渣纤维素提取分离技术进展∗生瑜;颜荣宾;朱德钦【摘要】Sugar cane bagasse ( SCB ) is abundant, cheap, important renewable resources, high quality fiber is extracted from SCB applied in industrial production is the development direction of contemporary SCB high value using. The cellulose extraction method from SCB raw material was systematically summarized, the influencing factors of SCB cellulose in the process of extraction were analyzed, and SCB cellulose’s application in the adsorbent, high water absorbing resin and textile was introduced. SCB cellulose separation technology should be simple and high - efficient, environmentally friendly and low-cost.%甘蔗渣( sugar cane bagasse,简称SCB)来源丰富,成本低廉,是一种重要的可再生资源,从SCB中提取出优质的纤维素应用于工业生产是当代SCB高值化利用的发展方向之一。
系统地介绍了SCB纤维素提取分离技术、 SCB纤维素提取过程中的影响因素以及SCB纤维素在吸附剂、高吸水树脂和纺织方面的应用,并建议SCB纤维素提取分离技术应向着工艺简单高效、绿色环保、开发成本低等方向发展。
甘蔗渣中纤维素在离子液体中的溶解、衍生以及离子液体的纯化回收
ＡＢＳＴＲＡＣＴＡＢＳＴＲＡＣＴＡｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔａｂｕｎｄａｎｔａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｗａｓｔｅｓ，ｓｕｇａｒｃａｎｅｂａｇａｓｓｅａｒｅｒｉｃｈｉｎｃｅｌｌｕｌｏｓｅｗｉｔｈａｈｉｇｈｖａｌｕｅ．ＨｏｗｔｏｍａｋｅｂｅｔｔｅｒＵＳｅｏｆｔｈｅｃｅｌｌｕｌｏｓｅｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｓｕｇａｒｃａｎｅｂａｇａｓｓｅａｓａｖｅｒｙｉｎｔｅｒｅｓｔｉｎｇｒｅｓｅａｒｃｈｆｉｅｌｄｇｅｔａｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅａｔｔｅｎｔｉｏｎ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｃｅｌｌｕｌｏｓｅｉｎｓｕｇａｒｃａｎｅｂａｇａｓｓｅｂｙｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｉｏｎｉｃｌｉｑｕｉｄｓ：１－Ｂｕｔｙｌ－３一ｍｅｔｈｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍｃｈｌｏｒｉｄｅ（ＢＭＩＭＣｌ）ａｎｄ１－ｅｔｈｙｌ－３－ｍｅｔｈｙｌｉｍｉｄ－ａｚｏｌｉｕｍａｃｅｔａｔｅ（ＥＭＩＭＯＡｃ）ｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．ＡｎｄｗｅａｌｓｏｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｃｅｌｌｕｌｏｓｅｗｉｔｈＢＭＩＭＣｌａｎｄｃｅｌｌｕｌｏｓｅｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｆｒｏｍｓｕｇａｒｃａｎｅ２－ｔｈｉｏｐｈｅｎｅｃａｒｂｏｘｙｌｉｃａｃｉｄｉｎＥＭＩＭＯＡｃ．Ｗａｔｅｒａｎｄｓｅｖｅｒａｌｏｒｇａｎｉｃｌｉｑｕｉｄｓｓｕｃｈｂａｇａｓｓｅｗｉｔｈ２－ｔｈｅｎｏｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅｉｎａｓｅｔｈｙｌａｃｅｔａｔｅ，ｎ—ｐｒｏｐｙｌａｃｅｔａｔｅ，ｉｓｏｐｒｏｐｙｌａｃｅｔａｔｅ，ＴＨＦａｎｄａｃｅｔｉｃａｃｉｄｓｅｐａｒａｔｅｄｆｒｏｍＥＭＩＭＯＡｃｗａｓａｌＳＯｓｔｕｄｉｅｄ．ＢＭＩＭＣｌｗａｓｕｓｅｄｔｏｄｉｓｓｏｌｖｅｃｅｌｌｕｌｏｓｅｉｎｓｕｇａｒｃａｎｅｂａｇａｓｓｅａｎｄｃｅｌｌｕｌｏｓｅａｎｄｔｉｍｅｏｎｔｈｅｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ＮａＯＨｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｃｅｌｌｕｌｏｓｅｉｎｓｕｇａｒｃａｎｅｂａｇａｓｓｅｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｃｅｌｌｕｌｏｓｅｆｒｏｍｉｏｎｉｃｌｉｑｕｉｄ（ＩＬ）ｗａｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｕｓｉｎｇＸ—ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，ＦＴ－ＩＲｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙａｎｄＴＧＡ．ＲｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔＢＭＩＭＣｌｉｓａｇｏｏｄｓｏｌｖｅｎｔｆｏｒｃｅｌｌｕｌｏｓｅａｎｄａｔｏｐｔｉｍａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆ８０。
半纤维素分离纯化研究进展
，－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－１Ｉ专题论坛·半纤维素分离·作者简介：林妲女士，在读硕士研究生；主要研究方向：生物质能源。
半纤维素分离纯化研究进展林妲彭红余紫苹阮榕生胡峥嵘王娜刘玉环张锦胜（南昌大学生物质转化教育部工程技术研究中心，江西南昌，３３００４７）摘要：就近二十年来国内外在半纤维素分离纯化领域取得的成果进行了综述，介绍了半纤维素分离纯化的最新方法，包括碱提取法、有机溶剂法、柱层析法和膜分离法等，并比较ｒ不同方法的优缺点。
关键词：半纤维素；分离；纯化中图分类号：ＴＳＴｌ文献标识码：Ａ文章编号：０２５４·５０８Ｘ（２０１１）０１—００６０－０５ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＳｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄＰｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＨｅｍｉｃｅｌｌｕｌｏｓｅＬＩＮＤａＰＥＮＧＨｏｎｇ‘ＹＵＺｉ－ｐｉｎｇＲＵＡＮＲｏｎｇ－ｓｈｅｎｇＨＵＺｈｅｎｇ—ｒｏｎｇＷＡＮＧＮａＬＩＵＹｕ．ｈｕａｎＺＨＡｒ、（『ＧＪｉｎ．ｓｈｅｎｇ（ＴｈｅＥ，１．ｇｉｎｃｅｎｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＢｉｏｍａｓｓＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，ＭＯＥ，Ｎａｎｃｈａｎｇ，ＪｉａｎｇｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅ，３３００４７）（·Ｅ·ｍａｉｌ：ｐｅｎｇｈｏｎｇ＠ｎｃｕ．ｅｄｕ．ｃｎ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓｏｂｔａｉｎｅｄｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｈｅｍｉｃｅｌｌｕｌｏｓｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｌａｓｔｔｗｅｎｔｙｙｅａｒｓｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅｎ删ｓｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ８ｕｍｍ８１４．ｚｅｄ。
ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅＭｋＭｉｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ。
ｔｈｅｏｒｇａｎｉｃｓｏｌｖｅｎｔｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｃｏｌｕｍｎｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａ－ｐｈｙａｎｄｔｈｅｍｅｍｂｒａｎｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎ，ｅｔｃ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｈｅｓｅｍｅｔｈｏｄｓｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｅｍｉｃｅＵｕｌｏｓｅｓ；ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ；ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ半纤维素是指由不同糖基组成的非纤维素类杂多糖，不同类型植物中的半纤维素结构和含量有明显差异。
农业秸秆半纤维素分离及纯化技术研究进展
摘要:我国是农业大国，每年有大量的农业秸秆没有完全充分利用。
农业秸秆中半纤维素含量一般在28%-35%之间。
在秸秆细胞壁中，半纤维素与木质素之间有化学键的联接，与纤维素之间有氢键的联接，因此限制了半纤维素从细胞壁中的分离。
分离半纤维素的技术有化学法、机械法与化学法相结合、热处理法、膜分离等，但到目前为止还没有一种分离技术能够较完整地将半纤维素从植物细胞壁中分离出来。
文章综述近年来农业秸秆半纤维素的分离技术，并提出了存在的主要问题。
关键词:秸秆;半纤维素;分离;纯化我国农作物播种面积居世界第一位，每年农业秸秆产量超过7亿吨，其中稻秸约1.8亿吨，麦秸1.1亿吨，玉米秸2.0亿吨。
另外，蔗渣是制糖工业的副产品，是一种最重要的非木材可再生性的农业固体废弃物资源之一，我国蔗渣产量700万吨。
这些农业废弃物主要用于直接燃烧产热，还有一部分用作饲料、肥料和制浆造纸工业的原料，但在这些领域的利用量不足农业废弃物总量的20%}"。
因此，有效利用如此巨大量的农业废弃物，将对我国农业的发展起到积极的推动作用。
农业秸秆可再生天然资源转化为化学原料或可降解材料一般有两种方式:一种是采用直接转化的方式，将秸秆全组分直接转化为工业产品，由于这种转化不需要对组分进行分离，工艺简单，可显著降低成本，但是由于各组分混杂在一起，转化效率低;另一种是采用间接转化的方式，将农业秸秆生物质各组分采用先分离后转化，这种转化效率高，农业秸秆生物质可获得最大程度高值化的利用，其中组分分离和组分转化是两个关键的过程。
组分分离是将生物质三种组分纤维素、半纤维素和木质素分离，而组分转化是根据生物质组分结构特点，通过物理、化学和生物方法转化为具有重要意义的燃料和材料。
但传统的分离方法与技术不能把生物质组分清洁解离，组分转化过程效率低、产物类型少、污染严重(如纤维素工业)。
因此，探讨农业生物质组分分离及纯化、各组分的化学转化，将为农业生物质可再生资源的高效转化利用提供理论基础。
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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 。
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 :TS 71+. 1 文献标识码 :A 文章编号 :1671 - 4571(2006)-01-0013-04
度加快 , 超过了半纤维素和纤维素的降解速度 , 这是 2. 1. 3 亚氯酸钠脱木素后再用白腐菌处理过程
因为第一阶段白腐菌已经自行将碳水化合物分解为
如果用亚氯酸钠多处理样品几次 , 不再用白腐
其生长提供了动力 , 白腐菌大量生长繁殖 , 我们可以 菌进行后处理 , 这样可能会更多的脱除木素 , 但是化
这种脱木素方法是利用亚氯酸钠分解产物中的 二氧化氯与木素作用而将其脱除 , 测定时需要用酸
从第六天开始 , 碳水化合物的降解速度加快 , 半纤维 素开始快速被降解 , 纤维素也被一定程度的降解 , 而
/%
/%
44. 9
0
3天
22. 4 1. 30 24. 9 2. 70 44. 1 1. 80
6天
20. 3 10. 60 23. 8 7. 00 43. 2 3. 80
9天
19. 9 12. 30 22. 7 11. 30 42. 9 4. 45
从表 1可以看出 , 经过白腐菌处理过的蔗渣 , 木 素 、半纤维素和纤维素的含量都有所下降 , 说明白腐
作者简介 :庞春生 , 男 , 硕士 , 主要研究方向为 植物资源转化与利用 。
P aper S cience ＆ Technology 2006 V o.l 25 No. 1
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1. 3 原料的白腐菌处理 取原料蔗渣共 3份 , 每份绝干重 (为方便计算 ,
用预处理后木质纤维的绝干重来表示 )10g, 分别装 入 150mL 的锥形 瓶中 , 向锥形 瓶加 入适量 的蒸馏 水 , 放入高压灭菌锅中 , 于 121℃下灭菌 20m in后 , 在紫外灯下静置冷却 30m in, 再注入白腐菌的菌丝 液 。然后在 39℃条件下培养一定天数后取出 , 测定 木素降解情况 。 1. 4 原料的亚氯酸钠处理
变化进行检测 。通过比较脱木素与不脱木素或者用 不同方法脱木素的原料经过碱抽提后得到的半纤维
素 , 其得率和纯度的区别 , 对实验结果进行分析 , 从 而得出脱木素方法对半纤维素的提取效果的影响 。 2. 1 木素脱除过程甘蔗渣主要组份的变化 2. 1. 1 白腐菌处理过程
白腐菌对蔗渣主要成分均有一定的降解作用 ,
观察到 :经过三天的培养 , 菌丝生长良好 。 这时白腐 学法脱木素并不能将原料中的木素脱尽 , 仍会有一
菌就开始分泌出一系列木素降解酶类 , 并进入到木 定的残留 , 因此 , 本实验尝试用亚氯酸钠处理到一定
素降解阶段 , 显示出它的选择性脱木素作用 , 而更倾 程度后 , 再考虑用白腐菌进行进一步脱木素处理 , 以
菌对这三大组分都有降解作用 , 其中第 0 ～ 3d时 , 白 腐菌对半纤维素的降解最为明显 , 这是由于白腐菌
的生长需要一定的 C 源和 N 源 , 而实验中并没有添 加任何其它营养物质 , 因此白腐菌只能通过菌丝中 分泌出的半纤维素酶和纤维素酶分解蔗渣中的纤维
素和半纤维素这些碳水化合物 , 将分解所得到的单 糖或低聚糖作为其生长所需的营养物质 , 与此同时
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《造纸科学与技术 》 2006年 第 25卷 第 1期
我们发现白腐菌对半纤维素的降解比对纤维素的降 从表中我们看到 , 亚氯酸钠处理后仍然有少量
解要快 , 说明白腐菌对半纤维素的利用率要高于纤 木素残留在试样中 , 而且 , 半纤维素也有很少量的被
维素 ;而在第二阶段中 , 即第 3 ～ 6d时木素的降解速 降解了 。
向于降解木素 ;到第三阶段 , 即白腐菌生长了 6d以 观察两种方法结合处理的效果 。见表 3。
后 , 白腐菌生长速率减慢 , 半纤维素的降解仍维持在 表 3 白腐菌对已脱木素样品化学 成分的降解情况
比较高水平 , 而木素的降解速度已经开始减慢 , 这种
木素 /%
半纤维素 /% 纤维素 /%
情况是我们不想看到的 , 这必然会导致半纤维素得 率的下降 , 因此 , 在利用白腐菌处理蔗渣原料以降解 木素时 , 降解的时间最好控制在 6d 左右 , 既能将半
经过处理后 , 蔗渣的三大组分 , 半纤维素 、纤维素和 木素的含量都有所下降 , 但下降的程度随着降解时 间的变化而有所不同 , 具体情况见表 1。
表 1 白腐菌处理后蔗渣中化学成分的含量变化
Hale Waihona Puke 木素半纤维素含量 降解率 /% /%
含量 降解率 /% /%
0天
22. 7
0
25. 6
0
纤维素
含量 降解率
由于非木材原料中的半纤维素中基本上都是聚 戊糖 , 所以本实验中用聚戊糖含量表示原料中半纤 维素的含量 , 即粗半纤维素的纯度以粗半纤维素中 聚戊糖的含量来表示 。聚戊糖含量测定参照国家标 准 GB /T 2677. 9 - 1994, 测定时以常用的二溴化法 为标准 (溴化法参见 GB745 - 78)。 主要步骤 :样品 加氯化钠 , 用盐酸蒸馏出糠醛 , 稀释后得到馏出液 。 馏出液于 0℃下在黑暗条件下与溴酸钠 -溴化钠溶 液反应 , 达到规定的反应时间后 , 加入碘化钾溶液反 应一定时间 , 最后用 N a2 S2 O3 标准溶液滴定 。 再做 一个空白试验 , 计算出糠醛含量 X, 再按聚戊糖含量 Y =1. 38X计算 。 1. 7 半纤维素的红外光谱测定
粗半纤维素中的聚戊糖 (g) 原料中原有的聚戊糖 (g)
×1 00%
2 结果与讨论
在三种方法脱木素的过程中 , 不仅是木素被脱 除 , 纤维素和半纤维素也有可能有一定量的损失 , 这
些都会引起最终粗半纤维素得率和纯度的变化 , 因 此 , 我们不仅要检测脱木素后蔗渣原料中木素含量 的变化情况 , 同时还要对纤维素和半纤维素含量的
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 。
本实验采用了三种脱木素的方法 :一种是利用 亚氯酸钠将木素氧化去除 , 另一种则是用生物方法 脱木素 , 即利用白腐菌对木素的降解作用脱除木素 , 第三种是先用亚氯酸钠脱木素后再用白腐菌处理 。
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 。
1 实 验
1. 1 主要原料及试剂 甘蔗渣 , 取自广东江门甘化厂 ;白腐菌射脉侧菌
(Phlebia radiate)I - 5 - 6, 保存于华南理工大学制浆 造纸国家重点实验室 ;亚氯酸钠 , 分析纯 。 1. 2 白腐菌的培养
白腐菌射脉侧菌 (Ph lebia radiate)I - 5 - 6生长 的试管斜面培养基组成为 :取 17g真菌液体培养基加 入 1000毫升的蒸馏水 , 加热融解后 , 添加 3%左右的 琼脂入体系中加热溶解 。 然后量取适当的培养基入 各个试管中 , 将配制好的培养基于 121℃灭菌 30m in 后 , 再放在超净工作台上紫外线灭菌 30m in, 等固体 培养基凝固冷却后 , 将无菌的孢子接种于斜面培养基 上 , 再在 37℃条件下培养 7天得到新的孢子体 。紫外 灯灭菌 30m in后 , 将白腐菌孢子体从培养基斜面小心 的刮下 , 于无菌水中打散成孢子液 , 用于接种 。
将已用苯醇 (2 /1, v /v)抽提的蔗渣细胞壁制备 物装入 250mL 锥形瓶 , 加入 65m L蒸馏水 、0. 5m L冰 醋酸 、0. 6g亚氯酸钠 , 摇匀 , 扣上 25m L 锥形瓶 , 置于 75℃恒温水浴 中加热 , 经常旋转并摇 动锥形瓶 , 1h 后加入 0. 5mL 冰醋酸及 0. 6g 亚氯酸钠 , 继续放回 水浴锅加热 1h, 重复三次至原料变白 。 之后用 G 2 玻璃滤器抽滤 , 并用蒸馏水反复洗涤至滤液不呈酸 性 , 最后用丙酮洗涤 , 置于真空干燥箱中 60℃干燥 至恒重 。 1. 5 碱抽提制备半纤维素
有研究表明 , 白腐菌脱除纤维原料中的木素主要 有两种方式 :一种是 “选择性脱除木素 ”, 即在次生壁 和胞间层中的木素几乎全部被脱除 , 而细胞壁 S2 层 中的碳水化合物保持较完整 [ 4] , 还有一种叫做 “同步 腐蚀 ”, 它的主要特征是同时脱除纤维素 、半纤维素和 木素 , 本实验选用有良好选择性脱木素性能的白腐菌 射脉侧菌 (Phlebia radiata)I - 5 - 6进行脱木素的研 究 。亚氯酸钠法脱除木素是利用其分解产物中的二 氧化氯与木素作用 , 而将其脱除的 。 本文也进行了亚 氯酸钠脱木素后提取半纤维素的研究 。