竹材料及加工剩余物的预处理技术研究.doc

竹材料及加工剩余物的预处理技术研究一、研究目的稀碱预处理对原料酶解特性的影响；预处理前后纤维素、半纤维素和木质素的变化；预处理过程中产生的有害物质如糠醛、羟甲基糠醛、甲酸、乙酸等的情况。二、研究内容(一)原料全分析1总固形物(水份含量)2可溶性固形物分析3灰分的测定分析4苯醇提取物分析测定5纤维素测定分析6综纤维素测定分析7木素分析8糖分析(二) 原料的预处理选取毛竹，风干，经磨碎后得到一定大小的粉末为原料。1 稀碱预处理的影响 (1)稀碱浓度的影响： 0.5% 1% 1.5% 2% (w/w) (2) 温度对稀碱水解的影响： 110 120 130 140 (3) 时间对稀碱水解的影响 30405060min (4) 固液比对稀碱水解的影响 1:151:101:81:5 2. 采用相关的试验设计方案来优化处理条件 3 热水抽提预处理的影响(三) 预处理洗涤后渣和洗涤水分析渣：纤维素、半纤维素、酸不溶木质素；洗涤水：戊糖、有害物质(四) 酶解效果评价用统一的酶水解预处理后的原料，计算得到还原糖的含量。三、实验步骤(一) 原料全分析参照国标法(二) 原料的预处理1不同因素对稀碱水解的影响称取原料粉末5.0g（绝干），装于反应器中，加入一定浓度碱液浸满浸透，放入水浴锅中加热，反应一定时间。反应结束后，吸滤，用热水洗5遍后吸干，置于4冰箱中平衡水分2天，备用。注意事项： (1)每个样品做一个平行实验；(2)每次用热水浸泡一会，使颗粒内外液体充分交换，然后再吸滤。(三) 预处理后原料的洗涤取一部分中和至中性，另取一部分用100ml蒸馏水洗涤至中性。分别留存渣与洗涤水用于分析。(四) 原料的酶水解1 酶解实验步骤 称取相当于2.0g的绝干预处理玉米秸秆于50ml三角瓶中，加入1mol/l柠檬酸缓冲溶液1ml，再加一定量的酶液和水，定容至20ml，充分搅拌均匀后用塑料纸扎紧瓶口，置于50、振幅80的恒温水浴中酶解48h。酶解结束后于3000r/min下离心10min，取清液稀释后测还原糖，纤维素酶水解得率（y）可用下式计算：y% =（c 0.02 0.9）（g w） 100式中：y纤维素酶水解得率，%；c水解液中葡萄糖和纤维二糖质量浓度，g/l；0.9纤维素和葡萄糖之间的转换系数；g原料质量，g；w原料中纤维素的质量分数之和，%。2 酶水解液中糖组分的测定原料分析测定方法水分含量的测定测定方法基于试样在105士3烘干至恒重后所失去的水分。精确称取3 -5g(精确至0.0001 g)粉碎试样于洁净烘干恒重的扁形称量瓶中，置于烘箱，在105土3下烘4h。将称量瓶取出，置于干燥器中，冷却0.5h后，称重。再移入烘箱，继续烘干1h，冷却称重。如此继续施行，直至恒重为止。同时，进行两次测取其算术平均值作为测定结果，要求准确到小数点后第二位。两次测定平行试验间误得大于0.20%。水分含量按下式计算，以百分数表示之：水分%=(g1-g2) /(g1-g)*100式中：g 扁形称量瓶重量，g； g1扁形称量瓶与试样在烘干前的重量，g； g2扁形称量瓶与试样在烘干后的重量，g；醇抽提测定以中性有机溶剂提取试样，其中树脂、脂肪、蜡、单宁等物溶于溶剂中，然后将所得抽出液加以蒸发、烘干，称量不易挥发的残渣。精确称取23g（准确至0.0001g）粉碎试样，用预先以苯醇混合液抽提过的滤纸及线包扎好。在底瓶中加入约2/3容积的苯醇混合液，然后将抽提器和冷凝器底瓶连接起来，并把仪器放在水浴上加热，加热程度以保持底瓶中苯醇混合液沸腾较为激烈，每小时抽提46次为原则。如此抽提6h。抽提完毕，提起冷凝器，并从抽提器中取出盛有试样的滤纸包。然后将冷凝器重新和抽提器连接起来，回收一部分溶剂，直至底瓶中仅剩有少量的苯醇混合液为止。取下底瓶，将其内容物移入已烘干恒重的扁形称量瓶中，并用苯醇混合液漂洗烧瓶34次，每次用极少量混合液，并将洗液亦倾入扁形称量瓶中。然后将称量瓶置于水浴上，仔细加热，以蒸去多余的溶剂。然后将称量瓶外部擦净，置入烘箱内，于1053温度下烘干至恒重。苯醇抽提物含量计算公式如下： 苯醇可溶物%=（g1-g）（g2（1-w）100式中：g扁形称量瓶恒重，g; g1盛有烘干残渣的扁形称量瓶恒重，g; g2风干试样重，g灰分含量的测定测定方法基于将试样加以燃烧和灼烧后，称取其矿物质残渣的重量。非木材原料灰分中由于含二氧化硅过多，在灼烧时灰分易熔融结成块状物，导致炭素不易烧尽，因此应用下列方法测定。精确称取2-3g(精确至0.0001 g)粉碎试样，置入预先灼烧并已恒重的瓷坩埚中，用移液管吸取5ml醋酸镁乙醇溶液(溶解4.054g mg (ac)24h20于50ml蒸馏水中，加入95%化学纯乙醇稀释成为1000ml)注入其中，用铂丝仔细搅和至样品全部被润湿，铂丝上所沾的样品，微火蒸干并炭化后，移人高温炉，并在不超过575士25温度下燃烧至灰渣中无黑色炭素并且恒重为止。同时做一空白试验，吸取5ml醋酸镁乙醇溶液于另一已知重量的瓷坩埚中，微火蒸干移入高温炉灼烧至恒重。灰分含量按下式计算，以百分数表示之。灰分(%)=(gg2)/(g1 * (1 w)x 100式中：g灰渣重量，g； g2空白试验残渣重，g； g1风干试样重量，g； w试样水分，%。同时，进行两次测定，取其算术平均值作为测定结果，要求准确到小数点后第二位，两次测定计算值间误差不应大于0.20%综纤维素含量的测定综纤维素是指脱脂植物原料在除去木质素后所保留的全部半纤维素及纤维素的总量。测定方法是在ph约为4.5下用亚硫氯钠处理已抽出树脂的试样以除去其中所含有木质素，从而定量地测定残余物（综纤维素）量。一、应用仪器、器皿及试剂1 能调节温度的恒温水浴；2 索式抽提器（容量150ml）；3 容量250ml锥形瓶；4 容量25ml锥形瓶；5 1g2玻璃滤器；6 化学纯乙醇；7 化学纯苯；8 化学纯亚氯酸钠；9 化学纯冰醋酸。二、测定方法和计算精确称取2克（称准至0.0001克）试样，用滤纸包好，并用线扎住，放入索式抽提器中（同时另称取试样测定水分），加入苯醇混合液，置沸水浴中抽提6小时（控制抽提液循环次数约为每小时不少于4次）。将试样取出风干，解开滤纸包，仔细移入容量250ml锥形瓶中，加入65ml蒸馏水，10滴（0.5ml）冰醋酸及0.6克亚氯酸钠，摇匀，在锥形瓶上倒扣一容量25ml小锥形瓶，放在75恒温水浴中加热1小时。在加热过程中，应经常旋转并摇动锥形瓶，1小时后，不必等溶液冷却可再加入10滴（0.5ml）冰醋酸及0.6克亚氯酸钠，摇匀，继续在75恒温水浴中加热1小时。如此重复进行，直至试样变白，木质素含量在2-4%为止。最后将锥形瓶自水浴中取出，放进冰水中冷却。用已恒重的1g2玻璃滤器过滤，用冰冷的蒸馏水反复洗涤至洗液不呈酸性反应为止。最后用丙酮洗涤3次，吸干洗液，取出滤器，用蒸馏水将滤器外部吹洗洁净，移入烘箱，于1053烘干至恒重。冷却，稳重，所增之重，即为综纤维素量。如为草类原料，则尚须测定综纤维素中所含灰分，为此可将已恒重的盛有综纤维素的玻璃滤器置于一较大的磁坩锅中，移入高温炉中，徐徐升温至500-550，并继续保持此温度灼烧，直至残渣全部灰化，达恒重为止。综纤维素含量（x）以%表示，按下式计算：（1）木材原料（g1g）100x100g2(100w)式中：g烘干后的玻璃滤器重（克）；g1盛有烘干综纤维素的玻璃滤器重（克）；g2风干试样重（克）；w试样水分（2）草类原料（g3g4）100（g1g）100100100xg2(100w)g2(100w)g、g1、g2、w与（1）相同g3灼烧后玻璃滤器连同灰分重（克）；g4灼烧后玻璃滤器重（克）。同时，进行两次测定，取其算术平均值作为测定结果。要求准确到小数点后第二位，两次测定计算值间误差不应超过0.40%。纤维素含量的测定测定方法是基于用20%硝酸及80%乙醇混合液处理后原料，使其中所含的木素变为硝化木素，从而溶于乙醇中。剩余残渣过滤后，用水洗涤并烘干，测定其含量。精确称取1.00001.0500g试样于洁净平滑的纸上，再将其移人容量为250m1的干燥锥形瓶中，加人25m1硝酸一乙醇混合液。装上回流冷凝器，置沸水浴上加热1h，在加热过程中，应随时摇荡锥形瓶，以防止残渣蹦跳。如残渣溅入冷凝管中应弃去重做。移去冷凝管，将锥形瓶取下，静置片刻以使残渣沉淀，然后用倾泻法滤经已恒重的g2玻璃滤器，尽量不使残渣流出。利用真空泵将滤器中滤液吸干。将滤器中的残渣全部移人原锥形瓶。量取25m1硝酸一乙醇混合液，分数次将滤器中及锥形瓶口上附着的残渣洗回锥形瓶中。装上回流冷凝器，再在沸水浴上加热1h。在加热过程中，应注意不停地摇荡锥形瓶。如此重复进行数次，直至纤维变白为止。每次过滤，皆用原来的恒重滤器。最后将锥形瓶自水浴上取下，过滤，以l0ml硝酸乙醇混合液洗涤残渣及锥形瓶，然后以热水洗涤，并将残渣全部移入滤器中。继续以热水洗涤，直至洗液用甲基橙试之不呈酸性反应为止。最后再用乙醇洗涤两次(每次10ml)。吸干洗液取出滤器，用蒸馏水将滤器外部吹洗洁净，移入烘箱，于105烘干至恒重，即为纤维素重。如为草类原料，则尚需测定其中的灰分含量。为此可将烘干后的带残渣的玻璃滤器移入高温炉中，在 500 550灼烧0.5h，至残渣全部灰化并达恒重为止。纤维素含量按下式汁算，以百分数表示之：草类纤维素%=(g1-g3)/(g2 * (1-w)*100式中：g1烘干后玻璃滤器连同残渣的重，g； g2风干试样重，g； g3灼烧后玻璃滤器连同灰分重，g； w试样水分，%。酸不溶木质素含量的测定用72%的硫酸处理已经脱去提取物的木粉，其中,不溶于酸的部分为酸不溶木质素(即克拉桑木质索)。木材中的碳水化合物在硫酸的作用下发生水解而溶出，只需定量地测定其残余物，即可测得酸不溶木质素的含量。精确称取相当于绝干1g的脱脂木粉(准确至0.0001 g)放人100m1的烧杯内，缓慢加入预先冷至1015 的72%的硫酸15m1，同时用玻棒搅拌使其浸渍。样品分散以后用表面皿盖住烧杯，将烧杯置于20的水浴中保温2.5h，在这期间不断搅拌。到达规定时间后，将烧杯中反应物转移到锥形瓶中。用蒸馏水吹洗所用的烧杯，所有洗液亦倾入锥形瓶中，然后加水稀释至酸的浓度为3%，加入蒸馏水量包括吹洗在内总共560m1。将1000m1的锥形瓶装上回流冷凝器，在电炉上煮沸4h。静置，使不溶物沉淀。用预先恒重的g3玻璃滤器过滤，再用热蒸馏水洗涤，至洗液用10%的氯化钡试之不显混浊为止。然后用蒸馏水漂洗滤器外部，移入烘箱中于105士3烘干至恒重。如为草类原料，则尚需测定其中的灰分含量。为此可将烘干后的带残渣的玻璃滤器移入高温炉中，在不超过575士25 的温度下灼烧至无黑色炭素为止。酸不溶木质素含量按下式计算：酸不溶木质素%=(g1一g3) / (g2* (1-w)* 100式中：g1烘干后玻璃滤器连同残渣的重，g g2风干试样重，g； g3灼烧后玻璃滤器连同灰分重，g； w试样水分，%；酸溶木质素的测定将试验样品溶液放入吸收池中，以3%硫酸滤液作参比溶液，用紫外分光光度计于波长205处测量其吸收值。如果试验样品溶液的吸收值大于0.7，则用3%硫酸溶液在容量瓶中稀释滤液，以便得到0.20.7吸收值，并用此稀释后的滤液作为试验品溶液进行吸收值测定。酸溶木质素含量按下式计算：（1）计算滤液中的酸溶木素含量（b），以每1000ml中的质量（g）表示，按下式计算：b=a*d/110(g/1000ml)式中 a吸收值 d滤液的稀释倍数，以vd/vo表示。此处vd为稀释后滤液的体积，；vo为原滤液的体积，ml。未稀释溶液d=1 110吸光系数,l/(g*cm)。该数值是由不同原料和纸浆的平均求得的(2)原料与纸浆试样中酸溶木素含量x（%），按下式计算； x=b*v/1000*m0100%式中 b滤液中酸溶木素的含量，以g/1000ml表示v滤液的总体积，如原料为575ml，纸浆为1540mlm0绝干试样质量，以g表示用两次测定的算术平均值，准确至第一位小数报告结果。还原糖及抑制物含量测定各种还原糖浓度测定采用高效液相色谱（agile