竹黃制備戊糖的工藝研究范文

本站小編為你精心準(zhǔn)備了竹黃制備戊糖的工藝研究參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)雜志》2014年第二期

1試驗(yàn)方法

1.1竹黃半纖維素水解稱取絕干重4.5g的竹黃廢屑于250mL磨口錐形瓶中，按一定液固比加入實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)濃度的稀硫酸，置于恒溫加熱磁力攪拌器中，開(kāi)啟磁力攪拌，并連接冷凝管進(jìn)行水解。反應(yīng)結(jié)束后，從油浴中取出錐形瓶，塞緊瓶塞，放入冷水浴中冷卻，用已恒重的G2玻璃濾器進(jìn)行抽濾，并用干凈的250mL濾瓶收集水解液。水解殘?jiān)谜麴s水反復(fù)洗滌至中性，在(105±2)℃烘箱中烘至恒重，水解液經(jīng)離心得上清液進(jìn)行戊糖含量的測(cè)定。

1.2竹黃水解戊糖收率和底物得率的計(jì)算水解液中戊糖濃度的測(cè)定采用間苯三酚比色法。該法具有靈敏度高、受葡萄糖干擾性小等優(yōu)點(diǎn)，是戊糖含量測(cè)定的常用方法。精確吸取4mL水解液，用蒸餾水定容至50mL后，分別吸取0.4～0.6mL待測(cè)水解液于25mL比色管中，補(bǔ)加蒸餾水至2.0mL，加入新配制的間苯三酚顯色劑10mL，沸水浴中加熱10min(樣品放入重新沸騰時(shí)計(jì))。反應(yīng)結(jié)束后，流水迅速冷卻至室溫，用蒸餾水定容至25mL，搖勻，以蒸餾水作參比，用1cm比色皿于553nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度值A(chǔ)553，查木糖標(biāo)準(zhǔn)曲線(見(jiàn)圖1)得水解液戊糖濃度。戊糖收率計(jì)算方法如下:1.3正交試驗(yàn)在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上選取影響戊糖收率的主要因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，根據(jù)單因素試驗(yàn)的最佳條件，分別選最優(yōu)點(diǎn)左右各一點(diǎn)作為水平進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，考察竹黃半纖維素水解最優(yōu)條件。

2結(jié)果與分析

2.1竹黃半纖維素水解單因素試驗(yàn)

2.1.1液固比固定水解溫度110℃，保溫時(shí)間2h，加藥量相同的條件下考察了液固比對(duì)竹黃稀酸水解的影響，液固比變化范圍為6∶1～12∶1(體積與質(zhì)量比，下同)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn):隨著液固比的增加，戊糖收率呈先增加后降低趨勢(shì)，在液固比為10∶1時(shí)達(dá)到最高值，且在10∶1～12∶1內(nèi)趨于穩(wěn)定。由此可知，當(dāng)液固比較低時(shí)，在加藥量一定的情況下，若液固比太低，會(huì)影響半纖維素與藥液的混合均勻性，水解反應(yīng)不充分;另外，在H+濃度較高的環(huán)境中，水解液中的戊糖發(fā)生副反應(yīng)可能是戊糖收率較低的原因;隨著液固比的增加，底物與藥液混合均勻，有較多的半纖維素發(fā)生水解，從而戊糖收率會(huì)逐漸增加;當(dāng)液固比過(guò)高時(shí)，水解體系中H+濃度較低，半纖維素水解速率較慢，與高H+體系相比，在相同時(shí)間內(nèi)溶出的戊糖減少，從而導(dǎo)致液固比高于12∶1時(shí)，戊糖收率降低。底物得率隨液固比的增加而呈下降趨勢(shì)，這是因?yàn)殡S著液固比的增加，藥液與原料混合均勻，半纖維素水解較多;但液固比過(guò)高時(shí)，硫酸濃度低，半纖維素的水解不徹底，并未完全轉(zhuǎn)化為戊單糖。液固比在6∶1～12∶1，戊糖收率可以達(dá)到最高，戊糖收率為54.08%～65.09%，液固比的變化對(duì)戊糖收率的影響不是很大;液固比在10∶1～12∶1最佳。考慮液固比太高的水解液中戊糖濃度低，不利于水解液的濃縮，所以選擇液固比10∶1為宜。

2.1.2反應(yīng)溫度固定液固比10∶1、反應(yīng)時(shí)間2.0h、硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%的條件下，探究了水解溫度對(duì)竹黃半纖維素水解的影響，溫度在90～120℃，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn):隨著溫度的增高，戊糖收率先升高后降低，底物得率線性降低。溫度為90℃，戊糖收率僅為7.45%;溫度升高到110℃時(shí)，戊糖收率增加到65.09%;溫度繼續(xù)升高到115℃，戊糖收率增加平緩;在115～120℃之間，戊糖收率出現(xiàn)緩慢下降。溫度從90℃升高到110℃，底物得率從90.03%降低到81.12%;繼續(xù)增加到120℃，底物得率降低到79.02%，僅降低了約2百分點(diǎn)。由此說(shuō)明，水解溫度對(duì)稀酸預(yù)處理效果的影響很顯著，在較低溫度時(shí)半纖維素溶出量有限，戊糖收率較低;隨著溫度的增高，大量半纖維素發(fā)生降解溶出，戊糖收率隨之增加;溫度過(guò)高時(shí)，半纖維素水解速率增加，少量纖維素也可能發(fā)生降解，從而出現(xiàn)底物得率在110℃后緩慢降低的趨勢(shì);而戊糖收率出現(xiàn)下降趨勢(shì)可能是由于戊糖副反應(yīng)速率的增加所致。綜合分析，水解溫度對(duì)提高半纖維素化學(xué)反應(yīng)活性有重要作用，選擇適宜的水解溫度為115℃。

2.1.3硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)木質(zhì)生物質(zhì)的預(yù)處理就是化學(xué)試劑與生物質(zhì)中的特定成分發(fā)生反應(yīng)，化學(xué)藥品的用量關(guān)系到化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的程度，對(duì)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行極為重要。固定液固比10∶1，溫度115℃，水解時(shí)間2.0h，改變硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%～5%，探究硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)竹黃半纖維素水解過(guò)程中的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。由圖4可見(jiàn):隨著硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，戊糖收率呈先上升后下降趨勢(shì);當(dāng)硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時(shí)，戊糖收率最高。當(dāng)硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加時(shí)，半纖維素水解速率和戊糖的副反應(yīng)速率均增加;硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高時(shí)，戊糖的副反應(yīng)速率快于其產(chǎn)生速率，導(dǎo)致戊糖收率降低，故硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于5%時(shí)，戊糖收率的變化主要是因?yàn)楦狈磻?yīng)速率的影響;硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于3%時(shí)，半纖維素的水解速率降低，反應(yīng)不完全，戊糖收率降低。綜合分析，硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)半纖維素水解反應(yīng)進(jìn)程有很大影響，對(duì)戊糖收率影響顯著，選擇硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%為宜。

2.1.4水解時(shí)間在預(yù)處理過(guò)程中，保溫時(shí)間是一個(gè)重要的參數(shù)，選擇適宜的保溫時(shí)間既能保證反應(yīng)充分又能降低能耗。固定液固比10∶1，溫度115℃，硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%，水解時(shí)間變化范圍1.0～2.5h，對(duì)竹黃廢屑進(jìn)行預(yù)處理，研究處理后的戊糖收率和底物得率，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。由圖5可見(jiàn):隨著水解時(shí)間的延長(zhǎng)，戊糖收率呈逐漸增加趨勢(shì)，底物得率呈逐漸降低趨勢(shì)，在1.0～2.0h內(nèi)增加明顯，隨后趨于平穩(wěn)，兩者變化一致。在保溫時(shí)間1.0h時(shí)，戊糖收率12.04%;時(shí)間延長(zhǎng)至2.0h時(shí)，戊糖收率增加至65.79%，提高了5倍，底物得率由85.20%降為80.89%;進(jìn)一步將保溫時(shí)間延長(zhǎng)至2.5h，戊糖得率增加至67.78%，相比2.0h時(shí)僅提高約2個(gè)百分點(diǎn)，但在2.25h時(shí)有個(gè)峰值68.15%;底物得率為80.44%，與2.0h相比基本沒(méi)有發(fā)生變化。分析原因可能是因?yàn)闀r(shí)間的延長(zhǎng)促進(jìn)了半纖維素的溶出，同時(shí)水解液中的少量戊糖發(fā)生副反應(yīng)，在半纖維素水解率達(dá)到一定時(shí)，戊糖的生成速率低于副反應(yīng)速率，導(dǎo)致戊糖收率出現(xiàn)下降趨勢(shì)。選擇適宜的保溫時(shí)間，盡量減少副反應(yīng)帶來(lái)的損失。在竹屑預(yù)處理的過(guò)程中，保溫時(shí)間為2.25h時(shí)，半纖維素的水解比較充分，戊糖收率達(dá)到最高68.15%。

2.2正交試驗(yàn)

由于液固比對(duì)預(yù)處理效果影響不明顯，所以選取A(水解溫度，℃)、B(水解時(shí)間，h)、C(硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為影響因素進(jìn)行正交試驗(yàn)。根據(jù)單因素試驗(yàn)較好的水解條件進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，水平和試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1和表2。表2中，k1，k2，k3分別表示在各因素各水平條件下戊糖收率的平均值，用來(lái)反映同一因素的各不同水平對(duì)戊糖收率影響的大小，并以此來(lái)確定各因素應(yīng)取的最佳水平;同一因素各水平條件下平均戊糖收率的極差R用來(lái)反映各因素的水平變動(dòng)對(duì)戊糖收率影響的大小，極差越大對(duì)戊糖收率的影響越明顯。由表2可見(jiàn):各因素對(duì)戊糖收率的影響由大到小的順序?yàn)锳，C，B。由表2正交試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn):竹黃半纖維素最佳水解條件為A2B2C3，即反應(yīng)溫度115℃，反應(yīng)時(shí)間2.25h，硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%。在此水解條件下，戊糖收率73.78%，底物得率78.67%。

3結(jié)論

1)在竹黃半纖維素稀酸水解過(guò)程中，反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和稀酸濃度對(duì)戊糖收率的影響較明顯，液固比對(duì)戊糖收率的影響不明顯，各因素對(duì)竹黃水解的影響由大到小順序?yàn)锳(反應(yīng)溫度)、C(稀酸濃度)、B(反應(yīng)時(shí)間)。2)在液固比為10∶1的條件下，竹黃稀酸水解的最優(yōu)條件為:水解溫度115℃，水解時(shí)間2.25h，硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%。在此條件下戊糖收率為73.78%，底物得率為78.67%。

作者：別士霞沈葵忠房桂干焦健單位：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)新技術(shù)研究所