D．肌糖原分解的产物是乳酸

范文一：D．肌糖原分解的产物是乳酸

D(肌糖原分解的产物是乳酸

E(肌肉组织缺乏葡萄糖激酶

26(GGC密码子(5'?3')与下列哪种反密码于(5'?3')配对?

A(GCC B(CCG

C(CGC D(CCC

E(GGC

27(嘌呤核苷酸合成和嘧啶核苷酸合成共同需要的物质是

A(延胡索酸 B(甲酸

C(天冬酰胺 D(谷氨酰胺

E(核糖-1-磷酸

28(肝脏在脂肪代谢中产生过多酮体意味着

A(肝功能不好 B(肝中脂肪代谢紊乱

C(酮体是病理性产物 D(脂肪摄食过多

E(糖的供应不足

29(脂肪酸不能转变为葡萄糖，下述理由中错误的是

A(脂肪酸氧化成乙酰CoA即入三羧酸循环氧化成C02及H20

B(乙酰CoA不能直接转移到线粒体外

C(丙酮酸?乙酰CoA反应是不可逆的

D(乙酰CoA不能净生成三羧酸循环的中间产物

E(脂肪酸氧化的唯一产物是乙酰CoA

30(指出下列胰岛素对糖代谢影响的错误论述

A(促进糖的异生

B(促进糖变为脂肪

C(促进细胞膜对葡萄糖的通透性

D(促进肝葡萄糟激酶的活性

E(促进糖的氧化

二、多项选择题(每小题1分，共10分)

[在备选答案中有二个以上是正确的，将其全部选出并把它们的标号写在答卷相应的题号后。

错选或未选全的均不给分]

1(谷氨酸在氨基酸代谢中的枢纽性作用表现在

A(参与氨基酸的代谢 B(参与氨的运输、储存和利用

C(参与尿素合成 D(合成非必需氨基酸

2(原发性高脂蛋白血症发病的原因常由于

A(脂肪食人过多 B(载脂蛋白缺陷

C(磷脂合成不足 D(LDL受体缺陷

3(可存在于蛋白质分子中，而无遗传密码子的氨基酸有

A(羟脯氨酸 B(谷氨酰胺

C(羟赖氨酸 D(天冬酰胺

4(血浆脂蛋白通常都含有

A(载脂蛋白 D(磷脂

C(胆固醇 D(甘油三酯

5(琥珀酸氧化呼吸链中氢原子或电子的传递顺序为

A(琥珀酸?FAD B(FMN?CoQ?Cyt

C(FAD?CoQ D(b?c1?a?c?aa3

6(下列关于tRNA的叙述哪些是正确的?

A(含有次黄嘌呤核苷酸 B(含有假尿嘧啶核苷酸

C(含有二氢尿嘧啶核苷酸 D(含有脱氧胸腺嘧啶核苷酸

7(肝脏调节血糖浓度相对恒定的途径有

A(肝糖原合成 B(肝糖原分解

C(糖异生作用 D(使脂肪酸转变成葡萄糖

8(促进铁吸收的因素有

范文二：稻草秸秆超低酸水解及水解产物分析_王为国

2013 年第 42 卷第 3 期

?339?

石油化工

PETROCHEMICAL TECHNOLOGY

[收稿日期 ] 2012 - 08 - 23;[修改稿日期 ] 2012 - 12 - 30。 [作者简介 ] 王为国(1963—),男,江苏省建湖县人,硕士,副教授,电话 15007137234。联系人:王存文,电话 13437140123, 电邮 wangcw118@hotmail.com。

[基金项目 ] 国家自然科学基金资助项目(20976140);湖北省自然科学基金项目(2008CDA024)。

分析测试

世界人口的不断增长、城市的日趋工业化导致对能源的需求量日益增大,加之近一个世纪以来人们对化石资源的过度使用,生态危机和能源危

机已经成为制约人类可持续发展的关键因素

[1]

。因此,探索新的、可替代能源迫在眉睫。利用生物质水解制取燃料乙醇始于 20世纪初,并逐渐成为全世界研究的焦点。其基本思路是:含大量半纤维素和

纤维素的生物质资源经水解生成还原糖,还原糖经

稻草秸秆超低酸水解及水解产物分析

王为国,李自豪,覃远航,吕仁亮,张俊峰,王存文

(武汉工程大学绿色化工过程省部共建教育部重点实验室,湖北武汉 430074)

[摘要 ] 用 0.05%(w ) 的稀硫酸对湖北省稻草秸秆进行水解,考察了混合原料中固体含量和搅拌转速对稻草秸秆水解的影响。实验结果表明,最佳秸秆颗粒的质量浓度为 0.050 0 g/mL,最佳转速为 700 r/min。研究了稻草秸秆在 160~210 ℃内的水解趋势。研究结果表明, 160 ℃时,稻草秸秆水解得到的还原糖含量随水解的进行呈单峰趋势;在 170~200 ℃时呈双峰趋势;当温度达到 210 ℃时又呈现单峰趋势,这与稻草秸秆中纤维素和半纤维素水解得到的两个还原糖峰随水解的进行呈现叠加和分离有关。表征固体残渣并分析水解产物组成的结果显示,水解后半纤维素大部分水解,木质素的结构在一定程度上被破坏, 纤维素的聚合度急剧降低但结晶度仍较高;水解产物主要为纤维三糖、纤维二糖、葡萄糖、木糖、丙酮醛和未知混合物。 [关键词 ] 稻草秸秆;超低酸;水解;还原糖;纤维素;半纤维素

[文章编号 ] 1000 - 8144(2013) 03 - 0339 - 07 [中图分类号 ] TQ 352.78 [文献标志码 ] A

Hydrolysis of Rice Straw with Extremely Dilute Acid and Products Analysis

Wang Weiguo, Li Zihao, Qin Yuanhang, Lü Renliang, Zhang Junfeng, Wang Cunwen

(Key Laboratory for Green Chemical Process of Ministry of Education, Wuhan Institute of Technology, Wuhan Hubei 430074, China )

[Abstract ] The hydrolysis of rice straw with extremely dilute sulfuric acid(0.05%(w )) was conducted. It was found that the optimal solid content and stirring speed for the rice straw hydrolysis were 0.050 0 g/mL and 700 r/min, respectively. The change of the hydrolysis with time was investigated in the temperature range of 160-210 ℃ . The results indicated that, in the hydrolysis, there was a single-peak of reducing sugar content at 160 ℃, in the temperature range of 170-200 ℃ there was a double-peak, and a single-peak reappeared at 210 ℃ . The reason was that the reducing sugar concentration from the hydrolysis of hemicellulose and cellulose showed two peaks, and the peaks superimposed or separated as the hydrolysis temperature changed. The hydrolysis products and solid residues were characterized by means of FTIR and HPLC. The results showed that, most of hemicellulose hydrolyzed and disappeared, the structure of the lignin was destroyed to a certain extent , the polymerization degree of the cellulose decreased greatly but its crystallinity was still high. The main hydrolysis products were cellotriose, cellobiose , glucose , xylose , methylglyoxal and some unknown compounds.

[Keywords ] rice straw; extremely dilute acid; hydrolysis ; reducing sugar; cellulose ; hemicellulose

?340?

2013 年第 42 卷

石油化工

PETROCHEMICAL TECHNOLOGY

进一步处理变成可发酵的单糖,单糖经发酵制取

燃料乙醇

[2-3]

。该方法具有原料来源广、洁净程度高、环境效益和经济效益高以及潜在的转化效率高

等优点

[4]

。利用生物质资源制取燃料乙醇的关键在于如何打破木质纤维素中阻碍糖化和发酵的结构和组分、消除木质素对纤维素的保护、打破木质素致

密的微晶体结构

[5]

。利用木质纤维素水解制取可发酵糖的方法主要有酶水解法和稀酸水解法两种

[6]

。酶水解法由于生产费用昂贵、原料需要预处理、水解周期长等原因,很难达到技术和经济上的可行性。稀酸水解法不仅可直接用木质纤维素水解制取单糖,而且可作为酶水解的预处理步骤。另外稀酸水解法对反应器的腐蚀较小,因此在可操

作性、经济和环境等方面都具有较好的可行性

[7]

。本实验室研究了不同种类的木质纤维素秸秆在高温、高压及超低酸条件下的水解情况。实验结果发现,湖北省稻草秸秆水解的适宜条件为:反应温度

210 ℃、反应时间 10 min、硫酸含量 0. 05%(w ) 、液

体体积与固体质量的比 (简称液固比 ) 15∶ 1、搅拌转速 500 r/min。在此条件下,还原糖的质量浓度为 10. 97 g/L,还原糖收率为 30. 05%,半纤维素水解率

为 76. 28%,但纤维素水解率仅为 20. 64%

[8]

。因此, 在高温超低酸条件下进一步研究半纤维素和纤维素的水解规律具有十分重要的意义。

本工作在前期工作

[8]

的基础上,以湖北省稻草秸秆为原料,考察了混合原料中固体含量和搅拌转速对稻草秸秆水解的影响,研究了稻草秸秆在不同水解温度下的水解趋势,并分析了水解产物及固体残渣,为进一步探索半纤维素和纤维素的水解规律与还原糖的生成规律提供参考依据。

1 实验部分

1.1 实验装置

实验装置

[9]

由反应部分、加热部分、冷却部分和控制部分构成。主体为高压釜式反应器,材质以 316 L不锈钢为主,有效容积为 150 mL、额定压力为 16 MPa、额定温度为 300 ℃,并安装有搅拌装置。釜体采用功率为 2 kW的电热炉加热,釜内温度及釜内搅拌转速由控制面板控制,并通过电热偶和测速仪进行测量,其中控温精度为 0. 5 ℃,控速精度为 0. 1 r/min。 1.2 原料和仪器

以湖北省稻草秸秆为原料,粉碎至粒径约为

0. 075 mm的粉末,烘干备用。稻草秸秆中半纤维

素、纤维素和木质素的含量 (w ) 分别为 28. 60%,

33. 42%, 8. 30%

[9]

。 WFZ -26A 型紫外可见分光光度计:天津拓

普仪器有限公司; AGILENT 1100型高效液相色谱仪:安捷伦公司; 6700型傅里叶变换红外光谱仪:Nicolet 公司。 1.3 实验方法

量取 45 mL0. 05%(w ) 的硫酸溶液,按一定的液固比加入稻草秸秆,密封釜体。打开反应釜的氮气阀,向反应釜内充入 1. 6 MPa的氮气。开启搅拌,使反应釜内的液体和固体混合均匀以避免反应釜内的稻草秸秆因局部受热不均匀而发生碳化。待反应釜内液体和固体搅拌均匀后,停止搅拌,开启加热开关。待反应釜内温度达到设定值时,以一定转速开始搅拌并计时。搅拌转速控制为 300~1 700 r/min,反应时间为 2. 5~60. 0 min。反应结束,停止计时,迅速将反应釜放入冷却池内冷却至室温。打开反应釜,取出反应釜内的产品并过滤。收集滤液并分析滤液中的水解产物。滤饼 (即固体残渣) 经 65 ℃烘干后进行组分分析和 FTIR 表征。 1.4 分析方法

液体产物中的还原糖含量和收率通过 DNS

法

[10-11]

测定,计算公式如下:ρ=0. 9α(1. 043 5A +0. 104 3) y =ρV /m ×100%

式中, ρ为还原糖的质量浓度, g/L; A 为还原糖的

吸光度; α为稀释倍数; y 为还原糖收率,%; V 为液体产物体积, L ; m 为秸秆中可转化为还原糖的组分质量,即纤维素和半纤维素的总质量, g 。

采用 HPLC 法测定液体产物中低聚糖和单糖的含量,色谱柱为 Shodex SUGAR KS系列色谱柱,蒸发光散射检测器,柱温 50 ℃, HPLC 级水流动相, 流量 0. 9 L/min,进样量 5 μL 。

采用范氏法 [12]定量分析固体残渣组分的含量;用 FTIR 表征固体残渣的结构及纤维素的结晶度 [13];采用黏度法分析固体残渣中纤维素聚

合度

[14-15]

的变化。 2 结果与讨论

2.1 固体含量对水解反应的影响

固定液相体积为 45 mL,改变固体质量,考察固体含量对稻草秸秆水解的影响,实验结果见图 1。由图 1可见,随固体含量的增加,还原糖含量增

?341?

第 3 期大,但还原糖收率减小。其原因可能是,在高温、超低酸、水解时间较短的条件下,木质纤维素的水解主要取决于半纤维素的水解。半纤维素的水解过程是一个连续解聚过程,即在温度较低水解速率受到限制的情况下,半纤维素糖苷键在酸性介质中首先降解成聚合度不同的低聚糖,低聚糖再进一步水

解生成单糖

[16]

。当固体含量高于一定值后,继续增加固体含量,作为反应物水的含量降低,稻草原料中半纤维素的水解速率受到一定限制,此时水解可能会停留在半纤维素水解成低聚糖的层面上,虽然还原糖含量有所增加 (固体含量增加,其中半纤维素和纤维素的水解量有所增大 ) ,但还原糖收率明显减小,半纤维素水解效率明显降低。固体含量降低,半纤维素水解速率加快,半纤维素解聚生成的低聚糖几乎可完全水解成单糖,增加水量虽导致还原糖的含量降低,但半纤维素的水解效率明显提高。从分子在固体颗粒表面的扩散来看,固体含量越低,越有利于溶液中 H +在固体颗粒内部的渗透及还原糖向固体表面的扩散,同时也可避免还原糖因含量高而发生降解;固体含量增大,分子的扩散阻力增大,同时还原糖分解导致还原糖收率降低

[17-18]

。

此时还原糖的最大收率分别为 31. 49%, 29. 76%。当固体质量浓度分别为 0. 066 7, 0. 088 9, 0. 111 1,

0. 155 6 g/mL时,还原糖的含量要在搅拌转速分别达到 900, 900, 1 100, 1 300 r/min时才能趋于稳定,且这 4个条件下的还原糖含量的最大值变化较大,还原糖的最大收率分别为 28. 13%, 25. 76%, 23. 84%, 17. 81%,表明固体含量越大,搅拌作用

对稻草秸秆的水解影响越大。为使搅拌转速对稻草秸秆水解的影响降到最低,选用最佳固体质量浓度为 0. 050 0 g/mL,最佳搅拌转速为 700 r/min。

图 1 固体含量对水解反应的影响 Fig.1 Effect of solid content on the hydrolysis.

Hydrolysis conditions:w (sulphuric acid)=0.05%, liquid volume 45

mL , stirring speed 1 100 r/min, 210 ℃, 10 min.

●

Reducing sugar concentration; ■ Reducing sugar yield

0.02

0.04

0.060.08Solid concentration/(ge mL -1)

0.100.12

0.14

0.16

R e d u c i n g s u g a r c o n c e n t r a t i o n /(g e

L -1) R e d u c i n g s u g a r y i e l d / 2.2 搅拌转速对水解反应的影响

搅拌转速对水解反应的影响见图 2。由图 2可见,在固体含量一定的情况下,随搅拌转速的增大,还原糖含量呈现先增大后趋于稳定的趋势。当固体质量浓度分别为 0. 050 0, 0. 055 6 g/mL时,搅拌转率对还原糖含量的影响较小,即在 700 r/min的搅拌转速下,还原糖的含量几乎达到最大值,

图 2 搅拌转速对水解反应的影响 Fig.2 Effect of stirring speed on the hydrolysis.Hydrolysis conditions:w (sulphuric acid)=0.05%,

liquid volume 45 mL, 210 ℃, 10 min.

Solid content/(g? mL -1) :● 0.050 0; ■ 0.055 6; ▲ 0.066 7;

▲

0.088 9; ◆ 0.111 1; ○ 0.155 6

200

4006008001 0001 200

1 4001 6001 800

R e d u c i n g s u g a r c o n c e n t r a t i o n /(g e L -1)

Stirring speed/(re min -1

)

2.3 水解温度和水解时间对水解反应的影响

2. 3. 1 水解反应随水解温度和水解时间的变化趋势不同水解温度下还原糖含量随水解时间的变化趋势见图 3。

由图 3可见,当水解温度为 160 ℃时 (见图

3A ) ,稻草秸秆水解后还原糖含量随水解时间的变化仅出现单峰现象;当水解温度在 170~200 ℃ 内时,还原糖含量随水解时间的变化出现双峰现象,水解温度越高,出现双峰的时间越提前,如图 3B ~E 所示。当水解温度为 210 ℃时,还原糖含量

随水解时间的延长又呈现单峰现象,如图 3F 所示。出现这种现象的原因可能是:首先,从半纤维素和纤维素的水解机理来看,在超低酸水解过程中,半

纤维素和纤维素的水解是两个并列的反应过程

[19]

, 半纤维素的水解产物为木糖,纤维素的水解产物主要为葡萄糖。木糖含量和葡萄糖含量随水解的进行可能出现两个不同的还原糖峰 (温度越高,峰值出现的时间越提前,反之,则越滞后 ) 。因为半纤维素比纤维素更易水解,因此,木糖还原峰比葡萄糖

王为国等 . 稻草秸秆超低酸水解及水解产物分析

?342?

2013 年第 42 卷

石油化工

PETROCHEMICAL TECHNOLOGY

还原峰出现得更早。

在较低水解温度下,这两种还原糖峰均出现得较晚且出现峰值的时间差较小,导致两者叠加, 表现为还原糖含量随水解时间的延长呈现单峰趋势。随水解温度的升高,半纤维素和纤维素的水解速率加快,但半纤维素水解速率的增幅更大,两种还原糖峰出现的时间间隔变大,表现为还原糖含量随水解的进行呈现双峰。当水解温度超过一定值 (210 ℃ ) 时,半纤维素和纤维素的水解速率急剧加快,此时半纤维素和纤维素几乎同时水解,两种还原糖峰重新叠加,又出现单峰。另外,从还原糖的生成与分解机理来看,在较低水解温度下,半纤维素水解生成木糖的生成速率比木糖自身的分解速

率快

[20]

,有利于木糖的积累;同时,随反应的进行,纤维素开始水解成葡萄糖且葡萄糖含量逐渐增

大,根据 Qian 等

[21]

的综合性动力学模型可知,葡萄糖在较低温度下的稳定性较强,有利于葡萄糖的积累,因此,在较低水解温度下,木糖和葡萄糖共同积累使还原糖含量随反应的进行出现单峰。随水解温度的升高,木糖的生成速率和分解速率均明显加快,但后者的增幅更大,导致还原糖含量在出现峰值后开始下降,同时随反应的进行,纤维素开始水解成葡萄糖并快速积累,导致还原糖含量再次出现峰值,表现为双峰。当水解温度升至 210 ℃时, 半纤维素、纤维素的水解速率和木糖、葡萄糖的分解速率均加快,但因反应初期体系中木糖和葡萄糖的含量较低,使得半纤维素、纤维素水解速率的增幅远大于木糖、葡萄糖的分解速率,因此木糖和葡萄糖的含量在较短时间内急剧增加,共同形成一个还原糖峰,又出现了单峰。

图 3 不同水解温度下还原糖含量随水解时间的变化趋势

Fig.3 Reducing sugar concentration vs hydrolysis time at different hydrolysis temperatures.

Hydrolysis conditions:w (sulphuric acid)=0.05%, liquid volume 45 mL, solid content 0.050 0 g/mL, stirring speed 700 r/min.

Hydrolysis temperature/℃:A 160; B 170; C 180; D 190; E 200; F 210

45678910R e d u c i n g s u g a r c o n c e n t r a t i o n /(g e L -1)

Hydrolysis time/min

R e d u c i n g s u g a r c o n c e n t r a t i o n /(g e L -1)

Hydrolysis time/min

R e d u c i n g s u g a r c o n c e n t r a t i o n /(g e L -1)

Hydrolysis time/min

R e d u c i n g s u g a r c o n c e n t r a t i o n /(g e L -1)

Hydrolysis time/min

R e d u c i n g s u g a r c o n c e n t r a t i o n /(g e L -1)

Hydrolysis time/min

2. 3. 2 水解过程中半纤维素和纤维素随水解时间的变化规律

为进一步验证稻草秸秆中半纤维素和纤维素的水解情况,本实验对稻草秸秆在 180 ℃下的水解残渣进行了组分分析,得到了半纤维素转化率和纤维素转化率随水解时间的变化趋势,实验结果见图 4。由图 4可见,当水解时间小于 20 min时,半纤维素大量水解,表现为半纤维素转化率急剧增大, 纤维素转化率的增幅较小;当水解时间大于 20 min

时,半纤维素转化率逐渐趋于平稳,纤维素开始大量水解,表现为纤维素的转化率急剧增大;当水解时间为 60 min时,纤维素的水解率接近 50%。这说明稻草秸秆中半纤维素和纤维素的最佳水解时间不同可能是导致还原糖含量出现两个最大值的原因,当两者的最佳水解时间相差较大时,还原糖含量随时间的延长会呈现双峰趋势。此外,根

据 Kobayashi 等

[22-23]

的理论,在木质纤维素的水解过程中,当有 70%的半纤维素和一部分纤维素水解

?343?

第 3 期的吸收峰已消失,表明半纤维素已大部分被水解; 1 630 cm-1处的吸收峰为木质素共轭芳香化合物侧链 C O 键的伸缩振动,水解后该峰强度逐渐减弱,表明木质素中醚键逐渐断裂,木质素的结构逐渐被破坏。 902 cm-1处的吸收峰由环振动和 O — H 键弯曲振动形成,是纤维素的特征峰,水解 35. 0 min后,该吸收峰强度明显减弱,表明纤维素部分发生水解。

根据木质纤维素中纤维素结晶度和聚合度的计算方法,稻草秸秆水解 0, 22. 5, 35. 0, 45. 0, 60. 0 min后,固体残渣中纤维素结晶度分别为 0. 472 7, 0. 446 0, 0. 290 6, 0. 245 1, 0. 238 5,纤维素聚合度分别为 1 211. 251, 232. 250, 116. 897, 76. 292, 54. 776。由此可见,随水解时间的延长,固体残渣中纤维素聚合度急剧降低但结晶度仍较高,这与

Nelson

[26]

的结论相一致。 2.5 水解产物的 HPLC 分析

木质纤维素水解的产物主要包括多糖 (纤维五糖、纤维四糖、纤维三糖、纤维二糖和木聚糖等 ) 、单糖 (木糖、阿拉伯糖、果糖、葡萄糖等 ) 和糖的分解产物。对不同水解时间下的水解产物进行 HPLC 分析,分析结果见图 6。

由图 6可见,稻草秸秆水解产物主要为纤维三糖、纤维二糖、葡萄糖、木糖、丙酮醛 (葡萄糖分

解产物) 及未知混合物 [27]

(可能来自于糖类的降解及半纤维素结构单元中的中性糖基 ) 。随水解时间的延长,未知混合物和丙酮醛的峰面积逐渐增大, 表明糖类正在逐渐降解。在 0~15 min内,木糖的峰面积有所增大,在 22. 5 min时达到最大值,表明此时稻草秸秆中半纤维素发生水解。在 0~35. 0 min内葡萄糖的峰面积呈增大趋势,其中 0~15. 0 min

内增幅较小, 15. 0 min后快速增大, 35. 0 min时达到最大值,这可能是因为稻草秸秆中半纤维素和木

质素的缠绕和包裹作用,使纤维素的水解受到一定限制,随半纤维素逐渐被水解和木质素溶于水解液中,纤维素开始逐渐水解,葡萄糖含量逐渐增大。纤维二糖、葡萄糖和木糖为还原性糖,三者的峰面积之和随水解时间的变化趋势与图 3C 中还原糖含量随水解时间的变化趋势基本一致,即在 22. 5 min处 (见图 6C ) 和 35. 0 min处 (见图 6E ) 三者的峰面积之和最大,与图 3C 中还原糖含量在 22. 5 min和 35. 0 min 处出现最大值相对应,表明还原糖含量随水解时间的变化规律与同种条件下稻草秸秆中半纤维素和纤维素随时间的水解规律基本一致。

图 4 半纤维素转化率和纤维素转化率随水解时间的变化趋势 Fig.4 Hemicellulose conversion and cellulose conversion vs

hydrolysis time.

Hydrolysis conditions:w (sulphuric acid)=0.05%, liquid volume 45 mL , solid content 0.050 0 g/mL, stirring speed 700 r/min, 180 ℃ .

■

Hemicellulose conversion ; ● Cellulose conversion

Hydrolysis time/min

H e m i c e l l u l o s e c o n v e r s i o n r a t e / C e l l u l o s e c o n v e r s i o n r a t e / 图 5　不同水解时间下固体残渣的 FTIR 谱图 Fig.5 FTIR spectra of residues at different hydrolysis time.

Hydrolysis conditions referred to Fig.4

Hydrolysis time/min:(a) 0; (b) 22.5; (c) 35.0;

(d) 45.0; (e) 60.0

8001 200

1 6002 0002 400

2 800

3 200

Wavenumber/cm-1

1 245

1 630

2 900

b c

d e

后,水解速率会显著降低,他们认为半纤维素和纤维素均分为快速水解部分和难水解部分,因此,在木质纤维素的水解过程中,半纤维素和纤维素的转化率很难达到 100%。

2.4 水解前后固体残渣的变化

由于木质纤维素的水解是非均相反应,同时影响纤维素水解的因素较多,如纤维素的结晶度、

润张状态及纤维素的分解机制等

[24-25]

,因此对稻草秸秆在 180 ℃、不同水解时间下的固体残渣进行 FTIR 表征,以分析其结构中分子官能团的变化, 实验结果见图 5。

王为国等 . 稻草秸秆超低酸水解及水解产物分析

由图 5可见,在 180 ℃下,随水解反应的进行,固体残渣在 2 900 cm-1处的吸收峰强度逐渐减弱,即木质纤维素的蜡质成分部分溶解到溶液中; 水解 22. 5 min后,固体残渣在 1 720, 1 245 cm-1处

?344?

2013 年第 42 卷

石油化工

PETROCHEMICAL TECHNOLOGY

3 结论

1) 用 0. 05%(w ) 的稀硫酸对湖北省稻草秸秆进

行超低酸水解,水解的最佳秸秆颗粒质量浓度为 0. 050 0 g/mL、最佳转速为 700 r/min。

2) 考察稻草秸秆在 160~210 ℃内的水解趋势发现, 160 ℃时稻草秸秆水解得到的还原糖含量随水解的进行呈单峰趋势, 170~200 ℃时还原糖含量随水解的进行呈双峰趋势,当温度达到 210 ℃时还原糖含量随水解的进行又呈现单峰趋势。这与稻草秸秆中半纤维素和纤维素的水解得到的两个还原糖峰随水解的进行呈现叠加和分离有关。

3) FTIR 表征结果显示,稻草秸秆水解后半纤

维素大部分水解,木质素的结构在一定程度上被破坏,纤维素部分水解,纤维素的聚合度急剧降低但结晶度仍较高。

4) 稻草秸秆的水解产物主要为纤维三糖、纤

维二糖、葡萄糖、木糖、丙酮醛和未知混合物, 还原糖含量随水解时间的变化规律与同种条件下稻草秸秆中半纤维素和纤维素随时间的水解规律基本一致。

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图 6 水解产物的 HPLC 谱图

Fig.6 HPLC spectra of the hydrolysis products.

Hydrolysis conditions referred to Fig.4.

1 Unknown compounds ; 2　 Cellotriose ; 3　 Cellobiose ; 4 Glucose; 5 Xylose; 6 Methylglyoxal

Hydrolysis time/min: A 10.0; B 15.0; C 22.5; D 30.0; E 35.0; F 50.0

468

Retention time/min

468

Retention time/min

46810Retention time/min

Retention time/min

46810

Retention time/min

456

D E F

?345? 第 3 期

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(编辑李明辉 )

王为国等 . 稻草秸秆超低酸水解及水解产物分析

?最新专利文摘?

一种并流式加氢裂化方法

该专利涉及一种并流式加氢裂化方法。将新鲜原料油

以并流的方式同时引入加氢精制反应器和加氢裂化反应

器;加氢精制反应器的反应流出物经分离得到轻石脑油馏分、重石脑油馏分、中间馏分油和尾油馏分;全部或部分尾油馏分进入加氢裂化反应器,加氢裂化反应器的反应流出物与部分原料油一起进入加氢精制反应器。该方法可防止系统在无氨环境下加氢裂化催化剂的裂化活性过高, 造成较多中间馏分油二次裂化,从而有效提高中间馏分油的收率,同时提高 H 2S 的分压,有效保护了硫化态加氢裂化催化剂的活性和选择性。 (中国石油化工股份有限公司,中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院 ) /CN

102807893A , 2012-12-05

一种环保催化氧化制备己二酸的方法

该专利涉及一种环保催化氧化制备己二酸的方法。将环己烷、溶剂丁酮、引发剂环己酮和活性炭负载型纳米金催化剂加入到不锈钢高压反应釜中,在温度 100~150℃、压力 0. 9~2. 1 MPa下,以氧气为氧化剂进行催化氧化反应 3~14h ;反应结束后经分离得到活性炭负载型纳米金催化剂与反应液,处理反应液得到己二酸结晶固体;真空旋蒸油相收集环己酮;活性炭负载型纳米金催化剂经洗涤干燥后循环利用。该方法中丁酮的溶剂效应尤其适合纳米金催化剂催化环己烷选择性氧化生成己二酸,解决了该催化剂在反应中低活性和易失活的难题。该工艺流程简单,催化剂制备、分离方便,反应条件温和,工艺成本低,节能一种丙烯聚合催化剂及其制备和应用

该专利涉及一种烯烃聚合催化剂及其制备和应用。镁化合物与有机醇化合物在 0~30℃下相互作用,反应产物与羧酸衍生物在 40~80℃下接触,原位生成内给电子体; 将混合物在-40~40℃下与钛化合物混合,加入乳化剂和湍流减弱剂,形成稳定的液液两相体系;将液液两相体系按 0. 1~2. 0℃ /min的升温速度升至-35~120℃;析出催化剂颗粒,得到悬浮液;将悬浮液用惰性烃溶剂洗涤,在热氮气中干燥,得到催化剂颗粒。采用该方法制备的催化剂呈现良好的球型形貌,用于丙烯聚合时具有较高的活性, 聚丙烯产物堆密度较高且细粉少。 (中国石油天然气股有限公司 ) /CN 102816266A , 2012-12-12

高效,用分子氧替代硝酸作为氧化剂,绿色环保无污染。 (浙江大学 ) /CN 102816054A , 2012-12-12

一种乙烯 /丁烯歧化反应制丙烯的方法

该专利涉及一种乙烯与丁烯进行歧化反应制备丙烯的方法。将乙烯和 2-丁烯与含有金属钌或锇的卡宾催化剂溶液接触生成丙烯。特别是在乙烯与 2-丁烯摩尔比 1∶ 1~10∶ 1、反应温度 0~50℃、反应压力 0. 1~10 MPa的条件下,乙烯和 2-丁烯与一种含有金属钌或锇的卡宾催化剂溶液接触生成丙烯。该方法具有工艺过程简单、工艺条件温和、反应转化率和选择性更好、催化剂无需再生等优点。 (中国石油化工股份有限公司,中国石油化工股份有限公司北京化工研究院 ) /CN 102826948A , 2012-12-19

范文三：当归多糖的水解特征及其水解产物分析

【摘要】对当归多糖ASP3的水解特征及其水解产物的组成和红外光谱特征进行了研究。分别采用0.05、0.2和0.5 mol/L三氟乙酸(trifluoroacetic acid, TFA)和内切α(1?4)半乳糖醛酸酶对ASP3进行部分酸水解和酶水解，并研究其水解特征;结合GC、FTIR等方法对其水解产物的组成和红外光谱特征进行分析。实验结果表明，ASP3是一种果胶多糖，主要由光滑区(半乳糖醛酸聚糖)和毛发区(富含中性糖侧链的鼠李半乳糖醛酸聚糖)两部分组成:GalA和Rha位于多糖分子的主链，由于Rha含量较低，大部分GalA相连形成半乳糖醛酸聚糖光滑区;Gal、Ara、Man及Glc位于多糖分子的支链，其中Gal以较高的聚合度(半乳聚糖)与主链相连，Ara以还原性末端或低聚寡糖的形式与主链相连或与半乳聚糖末端相连形成阿拉伯半乳聚糖。

【关键词】当归,果胶多糖,部分酸水解,酶水解,傅里叶变换红外光谱

Hydrolytic ,haracteristics and ,nalysis of ,ydrolysis ,roduct of ,olysaccharide from Angelica ,inensis

Sun Yuanin, Shen Ruiing, Tang Jian, Gu Xiao

,ong, Li Deuan

1(Department of Life Science, Yuncheng University, Yuncheng 044000)

2(College of Food and Biological Engineering, Zhengzhou Institute of Light Industry, Zhengzhou 450002) 3(State Key Laboratory of Food Science and Technology, School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122)

4(Nutrition and Food Research Institute, Wuhan Economic College, Wuhan 430035)

Abstract To study the hydrolytic characteristics of polysaccharide angelica sinensis polysaccharide(ASP3), compositions and FTIR spectral characteristics of its hydrolysis product, ASP3 was hydrolyzed with 0.05, 0.2, 0.5 mol/L trifluoroacetic acid (TFA), respectively, and was hydrolyzed with endoα(1→4)

polygalacturonases to study its hydrolytic

characteristics. The compositions and FTIR spectral

characteristics of hydrolysis product were studied using GC and FTIR. The results indicated that ASP3 is a kind of pectic polysaccharide which contained the main part of

homogalacturonan fragments as "smooth regions" with galacturonic acid (GalA) and rhaminose (Rha), and rhamnogalacturonan segments as "hairy regions" backbone. ,alactose, arabinose, mannose and glucose were linked as arabinogalactan, galactan and arabinan, which were the mainly constitution of the branch.

Keywords Angelica sinensis, pectic polysaccharide, partial acid hydrolysis, enzymic digestion, Fourier transform infrared

本文系山西省青年科研基金(2007021042)、院级重点科研基金

(No.20060102)和院级学术带头人基金资助项目

* Email: sylwts@yahoo.com.cn

1 引言

当归为伞形科植物当归(Angelica sinensis (Oliv.) Diels)的干燥根，具有补血、活血、调经止痛、润肠通便等功效。近年

来研究发现，当归多糖是其主要活性成分，具有调节免疫力[1]、

抗肿瘤[2]、抗辐射[3]等功效，且多糖中的主要组成是果胶类物

质[1,4]。果胶多糖具有优良的胶凝性和乳化性[5]，在食品工

业中被用作增稠剂、胶凝剂、乳化剂和稳定剂。此外，果胶多糖

因具有降血糖、降血脂、抗癌、止泻和解毒等功效，被用于预防

不同疾病的保健食品和药品中

,,,,,。

就化学组成和结构而言，果胶多糖是植物细胞壁多糖家族中最为复杂的一员。Albersheim等[,]用高纯的内切聚半乳糖醛酸酶水解悬铃木细胞，释放出果胶多糖片段，推测其结构特征，并应用HPLC、GC等方法证实了上述推测

,,,,。在我国，果胶在食品、医药行业已得到广泛应用，但对于不同植物中果胶多糖的组成、结构及其分析方法的深入研究较少。作为一种新的药物资源和保健食品功能因子，果胶多糖还需要深入研究和大力开发。本实验采用部分酸水解和酶水解等方法，结合GC和FTIR等方法对当归多糖ASP3的水解特征及其水解产物进行分析。

2 实验部分

2.1 材料、试剂和仪器

实验材料:当归，购自无锡山禾药业有限公司，经鉴定为二级岷归。当归多糖ASP3 [3]，当归经热水提取、乙醇沉淀、透析，经DEAESepharose CL6B柱层析梯度洗脱，透析、冻干。经Sepharose CL6B柱层析为单一对称峰，表明为分子量相对均一组分。

α(1→4)E.C. 3.2.1.15, 467 U/g，Fluka公司);Sepharose CL6B(Pharmacia公司);间羟联苯、半乳糖醛酸、葡萄糖醛酸和标准单糖均购自Sigma 公司。

Nexus型傅里叶变换红外光谱仪(Nicolet公司);GC14A型

气相色谱仪(日本Shimadzu公司)。

2.2 实验方法

2.2.1 部分酸水解

将,份20 mg ASP3分别溶于4 mL 0.05、0.2和0.5 mol/L 三氟乙酸(TFA)溶液，100 ?水解1 h。水解液对水透析(截留

PXL(X代表0.05、Mw 3500 Da)，得到低分子量透过液ASP3

0.2和0.5，分别表示TFA的浓度)和高分子量截留液ASP3PXH，用N2除去多余的TFA后，加水复溶，冷冻干燥，得到ASP3部分酸水解产物。

2.2.2 酶水解(EndoPG)

称取20 mg ASP3于具塞瓶，溶于2 mL 0.2 mol/L NaOH溶液，充N2后于室温反应2 h，再用乙酸中和，旋转蒸发至干。用20 mmol/L乙酸盐缓冲液(pH 5.5α(1→4)EndoPG，E.C. 3.2.1.15, 467

U/g，Fluka)，于30 ?反应72 h。反应结束后，于沸水中加热10 min去酶活，离心。酶解液浓缩，经Sephrose CL6B柱层析(120 cm×1.0 cm o.d.)纯化，每管4 mL分部收集，逐管检测多糖含量和糖醛酸含量，分别得到高分子量组分(ASP3

EH)和低分子量组分(ASP3EL)两个酶解产物。 2.2.3 部分酸水解和酶解产物的组成分析

样品的单糖组成分析:取多糖样品5 mg于具塞管中，溶于2 mL 2 mol/L TFA溶液，水解1 h，除尽过量的TFA后，真空干燥。

采用糖腈乙酸酯衍生化法，反应产物进行GC分析。采用OV1701弹性石英毛细管色谱柱(30 m×0.32 mm)，载气为N2，流速1.5 mL/min，FID氢焰检测器，气化室温度260 ?，检测器温度250 ?。采用程序升温:起始温度150 ?(1 min)10 ?/min 190 ?(1 min)3 ?/min240 ?(20 min)。

[1,] 。糖醛酸含量测定采用

间羟联苯法[1,]。

3 结果与讨论

3.1 部分酸水解产物的化学组成分析

部分酸水解可用于对多糖的糖苷键进行选择性水解。ASP3含有呋喃糖、吡喃糖以及脱氧糖和糖醛酸，水解难易程度不同。采用不同程度的部分酸水解反应，通过分析单糖组成及含量的变化，可以初步确定多糖主链和支链的糖残基组成。分别采用0.05、0.2、0.5 mol/L TFA对ASP3进行水解，不同程度酸水解产物的单糖组成见表1。表1 ASP 3部分酸水解产物的单糖组成(略) 比较表1中水解前多糖ASP3和水解后透过液组分ASP3P0.05L 与截留液组分ASP3P0.05H的单糖组成，可以看出，ASP3经0.05 mol/L TFA水解后，ASP3P0.05L主要由Ara、Gal、Man和Glc组成，ASP3P0.05H的Ara、Man和Glc含量急剧下降，GalA和Rha的含量相对增加，表明绝大部分Ara、Man和Glc被水解，而Gal只水解了一部分;ASP3经0.2 mol/L TFA水解后，透过液ASP3P0.2L中的Ara含量达到最高，同时Gal的含量

也增加了近一倍;经0.5 mol/L TFA水解后，透过液ASP3P0.5L中Gal的含量达到最高，表明随着酸水解浓度的增加，Gal的水解程度逐步增加。

不同程度酸水解后，截留液(未水解组分)的单糖组成变化如图1所示。图1显示，ASP3分别经0.05、0.2和0.5 mol/L TFA水解后，截留液组分随着酸水解程度的增加，GalA和Rha的含

Gal、Man和Glc的含量逐渐下降。量相应增加，而Ara、

研究发现，糖苷键的水解难易程度与糖链的单糖种类、糖环构型、糖苷键类型以及是否有取代基有关。通常位于支链的糖苷键较主链糖苷键易于水解;呋喃糖较吡喃糖易于水解;位于非还原性末端的中性糖，尤其是呋喃糖，更易水解[11];与糖醛酸相连的糖苷键难水解。以上结果表明:(1)Ara、Man、Glc及Gal位于ASP3多糖分子的支链上。Gal的水解速度较慢，表明Gal以较高的聚合度与主链相连，而Ara水解速度快，0.05 mol/L TFA水解后即被大部分水解，表明Ara以还原性末端或低聚寡糖的形式与主链相连或与半乳聚糖末端相连形成阿拉伯半乳聚糖。(2)截留液组分随着酸水解程度的增加，GalA和Rha的含量逐渐增加，而Ara、Gal、Man和Glc的含量逐渐下降。表明GalA和Rha位于主链上。由于Rha含量较低，所以大部分GalA相连形成果胶多糖的光滑区(半乳糖醛酸聚糖)。同时进一步证明Gal、Ara、Man及Glc位于ASP3多糖分子的支链上。

取适量样品加KBr研磨压片，作红外扫描。图2为ASP3经0.2 mol/L TFA水解后产物的FTIR光谱图。红外光谱显示，与透过液组分ASP3P0.2L比较，截留液组分ASP3P0.2H在3600,2400 cm,1的吸收强度明显高于其它基团，这是由于其GalA含量相对增加，使信号增强;1735 cm,1和1630 cm,1的吸收峰分别由酯键(COOR)的羰基(CO)和羧酸盐(COO,)的伸缩振

,]。由于ASP3P0.2H 的中性糖含量降低，GalA含动引起[1

量升高(76.48%)，使其甲酯含量增加，因此ASP3P0.2H在1735 cm,1处的吸收强度相对于1630 cm,1的吸收强度明显增强;同时由于ASP3P0.2H甲氧基(OCH3)含量的增加，使其在2929 cm,1附近CH(CH, CH2和CH3)的伸缩振动强度高于ASP3P0.2L。ASP3P0.2H在1260、1143、1020和1100 cm,1处有强吸收，是果胶多糖中的GalA在指纹区(800,1300 cm,1)的特征吸收峰[1,]。

3.2 酶解产物的Sepharose CL6B 柱层析

ASP3及其酶解产物的Sepharose CL6B凝胶色谱柱洗脱曲线如图3所示。洗脱曲线显示，相对分子质量均一的ASP3被酶解为2个分子量不同的组分。与ASP3的凝胶柱洗脱曲线(对称单一峰)比较，ASP3EH的洗脱时间与ASP3相差不大，相对分子质量略有降低，表明对水解酶具有一定抑制性。ASP3EH的得率为样品量的29.71%。ASP3EL是低分子量组分，为酶水解部分，其得率为样品量的62.26%。酶解产物的单糖组成见表2。

结果显示: ASP3EH主要含Gal、Ara、Rha和GalA，其GalA含量(35.62%)较ASP3(58.27%)有较大程度降低，表明主链光滑区的半乳糖醛酸聚糖被α(1→4)酸酶降解，但依然有35.62% GalA没被降解，这是由于聚半乳糖醛酸酶只水解未酯化的GalA链，DE值越高，酶解程度越低。此

2和O3位乙酰外，中性糖侧链的存在，以及半乳糖醛酸O

基的取代也会影响酶的水解。尽管ASP3在酶解前已进行脱酯处理，但推测在主链光滑区上仍存在一部分乙酰基、甲氧基以及被中性糖分支取代的GalA，由此产生的空间位阻效应影响了酶的水解。表2 ASP3的酶解(EndoPG)产物经凝胶层析后分级组分的单糖组成(略)

ASP3EH的中性糖Rha、Ara和Gal含量较ASP3都有所增加，表明多数Ara和Gal结合于毛发区，由部分酸水解分析结果，推测ASP3EH可能是含有较多分支的"毛发区"鼠李半乳糖醛酸聚糖，Ara和Gal聚合形成的半乳聚糖或阿拉伯半乳聚糖是其主要分支，由于中性糖侧链的存在，使毛发区糖链不易被酶水解。ASP3

EL主要由GalA组成，其GalA含量为83.04%，是被酶解组分。ASP3EL还含有少量的Ara、Glc和Gal，说明这些少量的中性糖短链或单糖残基与光滑区的半乳糖醛酸聚糖相连，同时被酶解下来。以上酶解分析结果表明，果胶多糖ASP3由两部分组成，即光滑区(半乳糖醛酸聚糖)和富含中性糖侧链的毛发区(鼠李半乳糖醛酸聚糖)。

3.3 酶解产物的FTIR光谱分析

ASP3酶解产物分级组分的FTIR谱图见图4。酶解后，高分子量组分ASP3EH中的鼠李糖含量(4.58%)较ASP3(1.92%)有所升高。鼠李糖为C6位甲基糖，因此CH3含量的增加使其在2925 cm,1处的吸收强度高于低分子量组分ASP3EL。由于ASP3酶解前经过皂化脱酯，因此酶解产物在1735 cm,1处酯键的吸收不明显。ASP3EL主要含半乳糖醛酸低聚糖和游离的GalA，因此在指纹区可以看到GalA的特征吸收(1260、1100和1050 cm,1)。ASP3EH在指纹区的吸收与ASP3及ASP3EL有所不同:其最大吸收峰在1075和1040 cm,1处，这主要归属于组分中的毛发区(鼠李半乳糖醛酸聚糖)及其主要分支半乳聚糖的特征吸收[1,]，进一步证明了ASP3EH主要为含有较多分支的毛发区(鼠李半乳糖醛酸聚糖)的判断。

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作者:孙元琳, 申瑞玲汤坚顾小红李德远作者单位:1(运城学院生命科学系，运城 044000)2(郑州轻工业学院食品与生物工程学院，郑州 450002)3(江南大学食品科学与安全教育部重点实验室，无锡 214122)4(军事经济学院营养食品研究所，武汉 430045)

范文四：当归多糖的水解特征及其水解产物分析

当归多糖的水解特征及其水解产物分析

第36卷

2008年3月

分析化学(FENXIHUAXUE)研究报告

ChineseJournalofAnalyticalChemistry

第3期

348,352

当归多糖的水解特征及其水解产物分析

孙元琳申瑞玲汤坚顾小红李德远

(运城学院生命科学系,运城044000)(郑州轻工业学院食品与生物工程学院,郑州450002)

.(江南大学食品科学与安全教育部重点实验室,无锡214122)(军事经济学院营养食品研究所,武汉430045)

摘要对当归多糖ASP3的水解特征及其水解产物的组成和红外光谱特征进行了研究.分别采用0.05,

0.2和0.5mol/L三氟乙酸(trifluoroaceticacid,TFA)和内切一O/一(1---~4)一聚半乳糖醛酸酶对ASP3进行部分酸

水解和酶水解,并研究其水解特征;结合GC,FT—IR等方法对其水解产物的组成和红外光谱特征进行分析.

实验结果表明,ASP3是一种果胶多糖,主要由光滑区(半乳糖醛酸聚

糖)和毛发区(富含中性糖侧链的鼠李半

乳糖醛酸聚糖)两部分组成:GalA和Rha位于多糖分子的主链,由于Rha含量较低,大部分GalA相连形成半

乳糖醛酸聚糖光滑区;Gal,Ara,Man及Glc位于多糖分子的支链,其中Gal以较高的聚合度(半乳聚糖)与主

链相连,Am以还原性末端或低聚寡糖的形式与主链相连或与半乳聚糖末端相连形成阿拉伯半乳聚糖.

关键词当归,果胶多糖,部分酸水解,酶水解,傅里叶变换红外光谱

1引言

当归为伞形科植物当归(Angelicasinens~(Oliv.)Diels)的干燥根,具有补血,活血,调经止痛,润肠

通便等功效.近年来研究发现,当归多糖是其主要活性成分,具有调节免疫力J,抗肿瘤,抗辐射

等功效,且多糖中的主要组成是果胶类物质J.果胶多糖具有优良的胶凝性和乳化性J,在食品工业

中被用作增稠剂,胶凝剂,乳化剂和稳定剂.此外,果胶多糖因具有降血糖,降血脂,抗癌,止泻和解毒等

功效,被用于预防不同疾病的保健食品和药品中J.

就化学组成和结构而言,果胶多糖是植物细胞壁多糖家族中最为复杂的一员.Albersheim等用

高纯的内切聚半乳糖醛酸酶水解悬铃木细胞,释放出果胶多糖片段,推测其结构特征,并应用HPLC,GC

等方法证实了上述推测.在我国,果胶在食品,医药行业已得到广泛应用,但对于不同植物中果胶多

糖的组成,结构及其分析方法的深入研究较少.作为一种新的药物资源和保健食品功能因子,果胶多糖

还需要深入研究和大力开发.本实验采用部分酸水解和酶水解等方法,结合GC和FT—IR等方法对当

归多糖ASP3的水解特征及其水解产物进行分析.

2实验部分

2.1材料,试剂和仪器

实验材料:当归,购自无锡山禾药业有限公司,经鉴定为二级岷归.当归多糖ASP3,当归经热水

提取,乙醇沉淀,透析,经DEAE.SepharoseCL一6B柱层析梯度洗脱,透析,冻干.经SepharoseCL一6B柱层

析为单一对称峰,表明为分子量相对均一组分.

内切一OZ一(1一—)一聚半乳糖醛酸酶(E.C.3.2.1.15,467U/g,Fluka

公司);SepharoseCL一6B(Pharma—

cia公司);间羟联苯,半乳糖醛酸,葡萄糖醛酸和标准单糖均购自Sigma公司.

Nexus型傅里叶变换红外光谱仪(Nicolet公司);GC一14A型气相色谱仪(日本Shimadzu公司).

2.2实验方法

2.2.1部分酸水解将3份20mgASP3分别溶于4mL0.05,0.2和

0.5mol/L三氟乙酸(TFA)溶液,

100cC水解1h.水解液对水透析(截留Mw3500Da),得到低分子量透过液ASP3-PXL(X代表0.05,

0.2和0.5,分别表示TFA的浓度)和高分子量截留液ASP3-PXH,用N除去多余的TFA后,加水复溶,

2007-08~1收稿;2007—10-29接受

本文系山西省青年科研基金(2007021042),院级重点科研基金(No.20060102)和院级学术带头人基金资助项目

E—mail:sylwts@yahoo.com.cn

第3期孙元琳等:当归多糖的水解特征及其水解产物分析349

冷冻干燥,得到ASP3部分酸水解产物.

2.2.2酶水解(EndoPG)称取20mgASP3于具塞瓶,溶于2mL0.2mol/LNaOH溶液,充N,后于室

温反应2h,再用乙酸中和,旋转蒸发至干.用20mmol/L乙酸盐缓冲液(pH5.5)溶解,加入内切一O/一

(1—)一聚半乳糖醛酸酶(EndoPG,E.C.3.2.1.15,467U/g,Fluka),于30?反应72h.反应结束后,

于沸水中加热10rain去酶活,离心.酶解液浓缩,经SephroseCL一6B柱层析(120cm×1.0cmo.d.)纯

化,每管4mL分部收集,逐管检测多糖含量和糖醛酸含量,分别得到高分子量组分(ASP3一EH)和低分

子量组分(ASP3一EL)两个酶解产物.

2.2.3部分酸水解和酶解产物的组成分析样品的单糖组成分析:取多糖样品5mg于具塞管中,溶于

2mL2mol/LTFA溶液,水解lh,除尽过量的TFA后,真空干燥.采用糖腈乙酸酯衍生化法,反应产物

进行GC分析.采用OV1701弹性石英毛细管色谱柱(30m×0.32mm),载气为N,流速1.5mL/min,

FID氢焰检测器,气化室温度260?,检测器温度250?.采用程序升温:起始温度150?(1rain)

190?(1min)翌240?(20min).

多糖含量测定采用苯酚.硫酸法.糖醛酸含量测定采用间羟联苯法?.

3结果与讨论

3.1部分酸水解产物的化学组成分析

部分酸水解可用于对多糖的糖苷键进行选择性水解.ASP3含有呋喃糖,吡喃糖以及脱氧糖和糖醛

酸,水解难易程度不同.采用不同程度的部分酸水解反应,通过分析单糖组成及含量的变化,可以初步

确定多糖主链和支链的糖残基组成.分别采用0.05,0.2,0.5mol/LTFA

对ASP3进行水解,不同程度

酸水解产物的单糖组成见表1.

表1ASP3部分酸水解产物的单糖组成

Table1SugarcompositionoffractionsfromAngalicaSinensispolysaccharid

e3(ASP3)bypartialacidhydrlysis

半乳糖醛酸含量用wt.%表示,中件糖含量用mo1.%表示(contentofGalAistalc,,latedaswt.%,an(1neutralsugarsaregiveniu

mo1%ofthetotalneutralsugars).

比较表1中水解前多糖ASP3和水解后透过液组分ASP3一P0.05L与截留液组分ASP3一P0.05H的单

糖组成,可以看出,ASP3经0.05mol/LTFA水解后,ASP3一P0.05L主要南Ara,Gal,Mail和Glc组成,

ASP3.P0.05H的Ara,Man和Glc含量急剧下降,GalA和Rha的含量相对增加,表明绝大部分Ara,Man

和Glc被水解,而Ga1只水解了一部分;ASP3经0.2mo]/LTFA水解后,透过液ASP3一P0.2L叶J的Ara

遣达到最高,同时Gal的含量也增加r近--一倍;经0.5mol/LTFA水解后,透过液ASP3一P0.5L巾Gal的

含量达到最高,表明随着酸水解浓度的增加,Gal的水解程度逐步增加.

不同程度酸水解后,截留液(未水解组分)的单糖组成变化如罔1所示.网1显示,ASP3分别经

0.05,0.2和0.5mol/LTFA水解后,截留液组分随着酸水解程度的增加,GalA和Rha的含量十H应增加,

而Ara,Gal,Man和Glc的含量逐渐下降

研究发现,糖苷键的水解难易程度与糖链的单糖种类,糖环构型,糖苷

键类型以及是否有取代基有

天.通常位于支链的糖苷键较主链糖苷键易于水解;呋喃糖较吡哺糖

易于水解;位于非还原性末端的巾

性糖,尤其是呋呐精,更易水解;与糖醛酸相连的糖什键难水解以上结

果表明:(1)Ara,Man,Glc及

350第36卷

Gal位于ASP3多糖分子的支链上.Gal的水解速度

较慢,表明Gal以较高的聚合度与主链相连,而Ara

水解速度快,0.05mol/LTFA水解后即被大部分水

解,表明Ara以还原性末端或低聚寡糖的形式与主

链相连或与半乳聚糖末端相连形成阿拉伯半乳聚

糖.(2)截留液组分随着酸水解程度的增加,GalA

和Rha的含量逐渐增加,而Ara,Gal,Man和Glc的含

量逐渐下降.表明Gala和Rha位于主链上.由于

Rha含量较低,所以大部分Gala相连形成果胶多糖

的光滑区(半乳糖醛酸聚糖).同时进一步证明Gal,

Ara,Man及Glc位于ASP3多糖分子的支链上.

取适量样品加KBr研磨压片,作红外扫描.图2

为ASP3经0.2mol/LTFA水解后产物的FT—IR光谱

图.红外光谱显示,与透过液组分ASP3一P0.2L比

较,截留液组分ASP3一P0.2H在3600,2400cm的

吸收强度明显高于其它基团,这是由于其Gala含量

相对增加,使信号增强;1735cm和1630cm的吸

收峰分别由酯键(一COOR)的羰基(C—O)和羧酸

盐(一cO0一)的伸缩振动引起.由于ASP3一

P0.2H的中性糖含量降低,Gala含量升高

(76.48%),使其甲酯含量增加,因此ASP3一P0.2H

在1735cm处的吸收强度相对于1630cm的吸收

强度明显增强;同时由于ASP3一P0.2H甲氧基

(一OcH)含量的增加,使其在2929cm附近

图1ASP3部分酸水解后截留液(未水解组分)的单

糖组成变化

Fig.1Changesofsugarcomposittonofretentatefrom

ASP3bypartialacidhydrlysis

圈:ASP3-P0.05H:?:ASP3Po.2H;口:ASP3一P0.5H.

基60

譬30

萄20

3500300025O02000l500l0005O0

Cln一

图2ASP3的0.2moL/LTFA部分酸水解产物的

FT-IR谱图

Fig.2FT-IRspectraoffractionsfromASP3afterpartial

acidhydrlysisby0.2moL/Ltrifluoroaceticacid(TFA)

c—H(CH,CH2和CH3)的伸缩振动强度高于ASP3一P0.2L.ASP3一P0.2H在1260,1143,1020和1100

cm一处有强吸收,是果胶多糖中的GalA在指纹区(800,1300cm一)的特征吸收峰.

3.2酶解产物的SepharoseCL-6B柱层析

ASP3及其酶解产物的SepharoseCL-6B凝胶色谱柱洗脱曲线如图3所示.洗脱曲线显示,相对分

管数Fractionnumber管教Fractionnumber

图3ASP3(a)和ASP3酶解(EndoPG)产物(b)的SepharoseCL-6B柱层析洗脱曲线

Fig.3ElutionprofileofASP3(a)andtheproducts(b)fromASP3degradedbyE

ndoPGonSepha-

roseCL-6Bcolumn

1.半乳糖醛酸Gala;2多糖Polysaecharide.

子质量均一的ASP3被酶解为2个分子量不同的组分.与ASP3的凝胶柱洗脱曲线(对称单一峰)比较,

ASP3一Eli的洗脱时间与ASP3相差不大,相对分子质量略有降低,表明对水解酶具有一定抑制性.

ASP3一Eli的得率为样品量的29.71%.ASP3一EL是低分子量组分,为酶水解部分,其得率为样品量的

62.26%.酶解产物的单糖组成见表2.结果显示:ASP3.Eli主要含Gal,Ara,Rha和Gala,其GalA含

86420

00000

一

第3期孙元琳等:当归多糖的水解特征及其水解产物分析35l

量(35.62%)较ASP3(58.27%)有较大程度降低,表明主链光滑区的半乳糖醛酸聚糖被一(1——4)一聚半

乳糖醛酸酶降解,但依然有35.62%GalA没被降解,这是由于聚半乳糖醛酸酶只水解未酯化的Ga1A

链,DE值越高,酶解程度越低.此外,中性糖侧链的存在,以及半乳糖醛酸O一2和O.3位乙酰基的取代

也会影响酶的水解.尽管ASP3在酶解前已进行脱酯处理,但推测在主链光滑区上仍存在一部分乙酰

基,甲氧基以及被中性糖分支取代的GalA,由此产生的空间位阻效应影响了酶的水解.

表2ASP3的酶解(EndoPG)产物经凝胶层析后分级组分的单糖组成

—

ble2SugarcompositionoftheSECfractionsfromASP3bydegradationofend

0p0lygalactur0nase(EndoPG)

半乳糖醛酸含量用wt.%表不,中性糖含量用too1.%表不(contentofGalawasealculatedaswt.%,andneutralsugarsweregivenin

tool%ofthetotalneutralsugars).

ASP3一EH的中性糖Rha,Ara和Gal含量较ASP3都有所增加,表明多数Ara和Gal结合于毛发区,

由部分酸水解分析结果,推测ASP3一EH可能是含有较多分支的”毛发区”鼠李半乳糖醛酸聚糖,Ara和

Gal聚合形成的半乳聚糖或阿拉伯半乳聚糖是其主要分支,由于中性糖侧链的存在,使毛发区糖链不易

被酶水解.ASP3一EL主要由GalA组成,其GalA含量为83.04%,是被酶解组分.ASP3一EL还含有少量

的Ara,Glc和Gal,说明这些少量的中性糖短链或单糖残基与光滑区的半乳糖醛酸聚糖相连,同时被酶

解下来.以上酶解分析结果表明,果胶多糖ASP3由两部分组成,即光滑区(半乳糖醛酸聚糖)和富含中

性糖侧链的毛发区(鼠李半乳糖醛酸聚糖).

3.3酶解产物的FT-Ill光谱分析

ASP3酶解产物分级组分的FT—IR谱图见图4.酶解

后,高分子量组分ASP3.EH中的鼠李糖含量(4.58%)较

ASP3(1.92%)有所升高.鼠李糖为C位甲基糖,因此

cH含量的增加使其在2925cm处的吸收强度高于

低分子量组分ASP3一EL.由于ASP3酶解前经过皂化脱酯,

因此酶解产物在1735cm处酯键的吸收不明显.ASP3一

EL主要含半乳糖醛酸低聚糖和游离的GalA,因此在指纹

区可以看到GalA的特征吸收(1260,1100和1050cm).

ASP3一EH在指纹区的吸收与ASP3及ASP3一EL有所不同:

其最大吸收峰在1075和1040cm处,这主要归属于组分

40003500300025OO20001500l000500

~,/cm,’

网4ASP3的酶解(EndoPG)产物经凝胶柱层

析后分级组分的一IR谱图

Fig.4FT—IRspectraofSECfractionsfromASP3

bydegradationofEndoPG

中的毛发区(鼠李半乳糖醛酸聚糖)及其主要分支半乳聚糖的特征吸收?,进一步证明了ASP3一EH主

要为含有较多分支的毛发区(鼠李半乳糖醛酸聚糖)的判断.

Reftrences

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RidleyBL,ONeilMA,MohnenD.Phytochem.,2001,57:929,967

HydrolyticCharacteristicsandAnalysisofHydrolysisProductof

P0lysaccharidefromAngelicaSinensis

SunYuan—Lin,ShenRui—Ling,TangJian,GuXiao—Hong,LiDe—Yuan

(DepartmentofLifeScience,YunchengUniversity,Yuncheng044000)

(CollegeofFoodandBiologicalEngineering,ZhengzhouInstituteofLightIndustry,Zhengzhou450002)

(StateKeyLaboratoryofFoodScienceandTechnology,

SchoolofFoodScienceandTechnology,JiangnanUniversity,Wuxi214122)

(NutritionandFoodResearchInstitute,WuhanEconomicCollege,Wuhan430035)

AbstractTostudythehydrolyticcharacteristicsofpolysaccharideangelicasinensispolysaccharide(ASP3),

compositionsandFT—IRspectralcharacteristicsofitshydrolysisproduct,ASP3washydrolyzedwith0.05,

0.2,0.5mol/Ltrifluoroaceticacid(TFA),respectively,andwashydrolyzedwithendo—一(1—)一polygalac—

turonasestostudyitshydrolyticcharacteristics.ThecompositionsandFT—I

Rspectralcharacteristicsofhydroly—

sisproductwerestudiedusingGCandFT—IR.TheresultsindicatedthatASP3isakindofpecticpolysaccha—

ridewhichcontainedthemainpartofh0m0galactur0nanfragmentsas”smoothregions”withgalacturonicacid

(GalA)andrhaminose(Rha),andrhamn0galactur0nansegmentsas”hairyregions”backbone.Galactose,

arabinose,mannoseandglucosewerelinkedasarabinogalactan,galactanand

arabinan,whichwerethemain—

lyconstitutionofthebranch.

KeywordsAngelicasinensis,pecticpolysaccharide,partialacidhydrolysis,e

nzymicdigestion,Fourier

transforIninfrared

(Received31August2007;accepted290ctober2007)

11111111111111111111111111111111

《色谱在生命科学中的应用》

全书共分五章,介绍了目前在生命科学研究中常用的色谱技术,详细

讨论了液相色谱,气相色谱和毛细管电泳等色

谱技术在脱氧核糖核酸分析,生物技术药物的纯化,蛋白质和核酸性

质的鉴定,生物标志物检测,以及在蛋白质组学研究

中的应用与发展.

陔书为化学T业出版社出版的色谱技术丛书之一,可供从事色谱分析的人员及大专院校分析化学相关专,lk0~生学

习参考.该书由廖杰,钱小红,董方霆,张养军编着,定价29.o0元.

范文五：玉米秸秆液化产物水解制糖研究

?50　?

2008No 122

Se ri a lNo 1199

Chi na B rew i ng 　　　

Research Report

玉米秸秆液化产物水解制糖研究

李　阳, 孙岩峰, 张玉苍3, 何连芳

(大连工业大学化工与材料学院, 辽宁大连116034)

摘　要:玉米秸秆通过“液化技术”预处理后, 其主要成分为纤维素, 纤维素通过酸水解或酶水解后, 生成还原糖, 进而利用酵母菌发酵制备燃料乙醇。该文研究的主要内容是利用无机酸对玉米秸秆液化产物进行水解, 得出最佳水解条件为温度50℃, 液固比1∶20(mL /g ) , 硫酸浓度70%, 水解时间60m in 。水解产物中还原糖含量可以达到31176%。关　键　词:玉米秸秆; 液化技术; 酸水解; 还原糖

中图分类号:Q 81419　　　文献标识码:A 　　　文章编号:0254-5071(2008) 22-0050-04

Research of sugar producti on by corn straw li quef i ed products

L I Yang, S UN Yanfeng, Z HANG Yucang, HE L ianfang

(School of Che m istry Engineering &M aterial, Dalian Polytechnic U niversity, D alian )

Abstract:After being p retreated by liquefying technique of corn straw, the main on it can be hydrolyzed by acid or enzy me to prepare reducing sugar and then to produce fuel ethanol 1I n this acid to products in order t o p r oduce sugar, and got a conclusion that the best conditi on were 50℃, liquid 2s olid () , the of concentrated sulfuric acid 70%, 60m in 1The content of reducing sugar of products reached to 31176%1

Key words:corn straw; liquefying technique; 5t, 源用途的约3亿5亿合理有效的利用, 机和粮食短缺等问题。秸秆制备乙醇的工艺包括:预处理(去除木质素, 降低纤维素的结晶性) 、水解(将纤维素大分子水解为单个的葡萄糖分子—六碳糖或者将半纤维素水解为五碳糖) 、发酵(将还原糖—五碳糖和六碳糖发酵为乙醇) 。其中发酵工艺是最简单也是最容易实现的工艺。现阶段广大科学工作者研究的重点和难点则是预处理和水解工艺, 经济高效的预处理、水解方法直接关系到秸秆乙醇的成本和此技术的工业化生产。传统的预处理工艺都或多或　

收稿日期:2008209208

少的存在环境污染、能耗大、工艺复杂等缺点, 最近由

[124]

Y U 2CANG ZHANG 等研发的“液化”预处理技术是一种新型预处理方法, 该方法具有能耗低、经济高效等特点。预处理后的秸秆, 其纤维素含量大幅度提高, 木质素含量很低。无机酸和酶降解法是目前纤维质原料糖化常用的方法。酶类成本高, 生产效率低, 国内外已有纤维素酶的生产, 但主要用于纺织品处理等效益较高的行业, 还不能大规模地应用于纤维降解。本试验利用“液化”方法预处理玉米秸秆, 然后进行水解制备还原糖, 具体考察了无机酸种类、浓度、水解温度、固液比、水解时间对水解液中还原糖得率的影响。

基金项目:2007年辽宁省自然科学基金资助项目(20072163) ; 2007年辽宁省博士启动资助项目(20071077)

作者简介:李　阳(19832) , 男, 硕士研究生; 张玉苍3, 教授, 通讯作者, 研究方向为可再生能源, 天然产物资源化学。

子菌体产量及形态影响不同, 其中, 添加2mL /L的吐温280

菌丝体产量为7120g/L,提高34180%, 菌丝体大小较为均一, 且菌体较小菌丝球表面菌丝较多并呈放射状, 达到了试验目的。

3127L 发酵罐液体种子培养过程中, 调节初始pH 值为6与通过流加碱液控制整个培养过程pH 值相比, 前者菌丝体产量较低, 到达对数期的时间较长, 但菌体形态较好有利于以后发酵培养, 后者菌体产量较高, 到达对数期时间较短, 但培养后菌体形态较差不利于以后发酵培养。为了服务于以后发酵培养, 选择调节初始pH 值为6, 接种量为15%, 转速为120r/min,通气量为100L /h, 培养60h 为7L 发酵罐液体种子培养的适宜条件。

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研究报告

1实验方法111主要实验原料

　　中国酿造

2008年第22期

总第199期

?51　?

吉林当年产玉米秸秆风干后粉碎(40～60目) , 置于烘

箱105℃干燥12h; 苯酚、98%硫酸、甲醇、浓硝酸、95%v ol 乙醇、亚氯酸钠、浓盐酸、浓硝酸、菲林试剂等。112玉米秸秆的液化

绝干玉米秸秆5g 、苯酚15g 按照1∶3的比例装入250mL 三口烧瓶中, 装上搅拌器及回流冷凝装置, 将其置于100℃水浴中, 搅拌并预热10m in, 滴加01265mL 质量分数为98%的硫酸, 反应90m in, 反应产物用甲醇洗涤、过滤、中和、烘干。

113液化产物成分分析

玉米秸秆液化产物的主要成分包括纤维素、半纤维素、木质素等。其分析方法是硝酸—乙醇法测定其纤维素含量; 72%硫酸法(参见G B267718281) 测定木质素含量;

半纤维素含量的测定采用间接法:(G B2677110281) , 减去纤维素含量, 114液化产物的水解11411在液固比(20∶1, 120℃, 水解时间为180min, 015%、110%、115%、210%、215%的条件下, 研究不同浓度稀硫酸对还原糖含量的影响; 在液固比(mL /g ) 为20∶1, 水解温度为120℃, 硫酸浓度为110%, 水解时间分别为30min 、60min 、120min 、180min 、240min 的条件下, 研究不同水解时间对水解液中还原糖含量的影响; 在液固比(mL /g ) 为20∶1, 水解时间为180min, 硫酸浓度为11

0%, 水解温度分别为60℃、80℃、100℃、120℃、150℃的条件下, 研究不同水解温度对还原糖得率的影响; 在反应温度为120℃, 反应时间为180min, 硫酸浓度为110%, 液固比(mL /g ) 分别为5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、30∶1的条件下, 研究不同液固比对还原糖得率的影响。11412浓硫酸水解实验

在液固比(mL /g ) 为20∶1, 反应温度为50℃, 水解时间为60min, 硫酸浓度分别为30%、50%、60%、70%、80%的条件下, 研究不同浓度浓硫酸对水解液中还原糖含量的影响; 在液固比(mL /g ) 为20∶1, 水解温度为50℃, 硫酸浓度为70%, 水解时间分别为20min 、30min 、60min 、90min 、120min 的条件下, 研究不同水解时间对水解液中还原糖含量的影响; 在液固比(mL /g ) 为20∶1, 水解时间为60min, 硫酸浓度为70%, 水解温度分别为20℃、40℃、50℃、60℃、70℃的条件下, 研究不同水解温度对还原糖得率的影响; 在反应温度为50℃, 反应时间为60min, 硫酸浓度为70%, 液固比(mL /g ) 分别为5∶1、10∶1、20∶1、30∶1的条件下, 研究不同液固比对还原糖收率的影响。11413盐酸、硝酸、磷酸水解实验

在液固比(mL /g ) 20∶1, 反应温度20℃, 盐酸浓度37%

水解时间分别为20min 、30min 、60min 、90min 、120min 条件

下, 研究在不同时间浓盐酸水解液化产物中还原糖的含量; 在液固比(mL /g ) 20∶1, 反应温度120℃, 反应时间60min, 硝酸、磷酸浓度分别为1%、2%、3%、4%、5%条件下研究稀硝酸与稀磷酸在不同浓度下对水解液中还原糖含量的影响。2结果与讨论

211液化产物成分分析

对液化产物进行成分分析, 经过3次平行实验, 测定其纤维素、木质素、半纤维素平均含量, 结果见表1。

表1玉米秸秆液化产物主要成分

Tabl e 11L i quefi ed p r oduc ts compo siti o n of co rn straw

产物成分纤维素/%/%

1次6911012次8415

3次6813918413

平均值

68181010413

1可知, 液化产物中主要成分为纤维素, 其次还有少量的半纤维素和木质素。212稀硫酸水解实验

稀硫酸浓度、反应时间、反应温度、液固比对液化产物水解液中还原糖含量的影响见图1。

图1稀硫酸浓度(A ) 、水解时间(B ) 、水解温度(C ) 、水解固液比(D ) 对还

原糖含量的影响

Fi gure 11Effec t of dil ute sul furi c aci d concentra ti o (A ) , reac ti o n ti m e

(B ) , tempe ra ture (C ) , li qui d 2t o so li d (D ) on the content of reduci ng suga r, re spec ti ve l y

考察稀硫酸浓度对液化产物水解液中还原糖含量的影响, 实验结果见图1A 。当稀硫酸浓度在310%以内时, 随着硫酸浓度的增加, 水解糖液中还原糖含量变化逐渐趋于平缓。硫酸浓度为1%时, 玉米秸秆液化产物水解液中还原糖含量达到最大值。

反应时间对液化产物水解液中还原糖含量的影响见图1B 。由图1B 可以看出, 反应开始时水解液中还原糖含量随

?52　?

2008No 122

Se ri a lNo 1199

Chi na B rew i ng 　　　

Research Report

着时间的增加而提高, 但随着时间的延长, 还原糖含量缓慢下降, 这是由于随着时间的延长, 一部分还原糖进一步降解为糖醛、缩甲基糠醛等副产物, 使得还原糖含量降低。反应时间为180min 时, 水解液中还原糖含量达到最大。

图1C 反映了不同温度下稀硫酸对液化产物的水解情况, 从图1C 可以明显看出, 随着温度的升高, 水解糖液中还原糖含量迅速增加, 在60℃时, 反应终止时还原糖含量只有2133%, 100℃时为9100%, 提高较大, 在150℃时提高为1610%。由此可见, 温度对还原糖含量的影响是显而易见的, 但是太高的温度, 导致能量消耗也随之增加, 同时也需要使用耐压设备, 对节约成本和环境都不利。

液固比对还原糖含量的影响见图1D 。在水解实验中, 如果固液比太小(5∶1) , 对搅拌和传达不利, 不利于液化产物的水解, 因此还原糖含量稍低。适当增加液固比, 水解液中还原糖含量有所改变, 随着固液比的增加, 水解条件得到了一定优化, 水解液中还原含量有所增加, 在液固比为20∶1到最大值。, 数增加, , 含量会有所降低, 增加213浓硫酸水解实验

浓硫酸浓度、反应时间、反应温度、液固比对液化产物水解液中还原糖含量的影响见图2

。

但是利用较高浓度的硫酸进行水解, 不利于后续的中和工艺并且必须考虑回收浓酸以降低成本, 这样就增加了工艺的复杂程度。因此实验考虑利用70%的浓硫酸。

从图2B 可以看出, 浓酸水解达到稳定的时间比稀酸水解达稳定的时间短, 60min 左右就可以达到稳定, 以后再增加反应时间对还原糖含量不会有明显提高。

从图2C 可以看出, 温度对液化产物水解液中还原糖含量的影响是明显的, 温度太低, 不利于液化产物的水解, 水解液中还原糖含量偏低, 温度太高则使得还原糖进一步分解为其他副产物如纤维二糖、糖醛等。研究表明, 当水解温度达到50℃时, 水解液中还原糖含量最高。

当液固比为5∶1时, , 出现溶胀和结块, , 使。由图2D 可, 由增加酸用量, 不会大。甚至还可以降低转化率。低液, 应该在不会大幅度降低转化率的同时, 适当提高液固比。214盐酸、硝酸、磷酸水解实验

浓盐酸水解反应时间、稀硝酸、稀磷酸对液化产物水解液中还原糖含量的影响见图3、图4

。

图3浓盐酸水解时间对还原糖含量的影响

F i gure 31Effect of concentra ted hydr ochl o ri c aci d reac ti o n ti m e on

the content of reduc i ng suga r

图2浓硫酸浓度(A ) 、水解时间(B ) 、水解温度(C ) 、水解固液比(D ) 对还

原糖含量的影响

F i gure 21Effect of concentra ted sul furi c ac i d concentra ti o n (A ) , reacti o n

ti m e (B ) , tempe ra ture (C ) , li qui d 2t o 2so li d (D ) on the content of reduc i ng suga r

从图2A 可以看出, 随着硫酸浓度的增加水解液中还原

糖含量是逐渐增加的, 当达到70%时, 还原糖含量达到最大值, 继续增加硫酸浓度, 还原糖含量不会明显升高, 这一现象可以这样解释:低浓度的硫酸不足以使所有纤维素中的糖苷键断裂, 因此液化产物水解液中还原糖的含量较低。

由图3可以看出, 反应开始时水解液中还原糖含量随着时间的延长而提高, 但继续增加反应时间, 还原糖含量增加到一定程度后将不会再增加。这是因为达到最佳反应时间后, 纤维素已经达到最大转化率。延长反应不会明显提高水解液中还原糖的含量。实验室用盐酸浓度最高为37%, 因此只考虑利用浓盐酸进行实验。稀盐酸水解需要高温高压, 并且在实验过程中易挥发, 反应过程不易控制, 在这里不对稀盐酸进行实验研究。

利用浓硝酸、浓磷酸进行水解实验很少见文献报道, 在参考部分文献后只研究稀硝酸与稀磷酸的水解实验, 稀硝酸、稀磷酸对液化产物水解液中还原糖含量的影响(图4) 可以看出, 随着酸浓度的增加, 水解液中还原糖含量均增加, 但是浓度太高,

不利于中和以及经济

研究报告

　　中国酿造

2008年第22期

总第199期

?53　?

效益的评估。在现代化工业生产中, 很少使用硝酸和磷

酸进行水解, 其原因是硝酸和磷酸不易回收, 并且其价格较硫酸也高

。

玉米秸秆稀酸水解实验条件:温度50℃, 液固比为20∶1, 硫酸浓度70%, 水解时间60min 。

液化产物稀酸水解实验条件:温度50℃, 液固比为20∶1, 硫酸浓度70%, 水解时间60min 。

表3实验结果对比

Tabl e 31The contra st of the re sults

项　目还原糖/%

玉米秸秆

23101

液化产物

31176

图4硝酸、磷酸浓度对还原糖含量的影响

F i gure 41Effec t of nitri c aci d and pho spho ri c concentra ti o n on the

content of reduc i ng suga r

215数据对比

(1) 20∶1, 硫酸浓度:温度120℃, 液固比为20∶1, 硫酸浓度1%, 水解时间180min 。

表2实验结果对比

Tabl e 21The contra st of the re sults

项　目还原糖/%

玉米秸秆

24197

利用浓酸对玉米秸秆和其液化产物进行水解, 通过数

据对比知道, 玉米秸秆经过液化后, 其主要成分为纤维素, 但是实验数据不是很理想, 分析原因:, , , 有部分还原, 但是实3结论

总结实验数据得出最佳水解条件:温度50℃, 液固比为1∶20(mL ∶g ) , 硫酸浓度70%, 水解时间60min 。水解产物中还原糖含量可以达到31176%, 但是真正实现利用无机酸水解玉米秸秆液化产物, 来制备还原糖进而发酵成乙醇的工业化生产工艺还有很长的路要走。参考文献:

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cellul ose in phenol liquefacti on[J ]1Transacti ons of materials research s o 2ciety of Japan, 2001, 26(3) :80728121

[3]张玉苍, 孙岩峰, 李　阳, 等1秸秆“液化”预处理制备生产燃料乙醇

液化产物

12186

通过对比知道, 玉米秸秆稀酸水解产物中还原糖含

量比液化产物稀酸水产物中还原糖含量高, 这是因为稀酸水解主要是水解半纤维素, 而玉米秸秆液化后, 半纤维素含量降低(相对于未经液化的玉米秸秆) 。因此还原糖含量较低。

(2) 玉米秸秆浓硫酸水解产物中还原糖含量与液化产物浓酸水解产物中还原糖含量对比。

原料的方法[P ]1中国专利:200810011695181

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