机械辅助碱法对玉米秸秆木聚糖的提取及其机制研究

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玉米秸秆作为年产量最大的农作废弃物之一,是所有农作物中半纤维素含量最多的一种,其具有极高的利用价值。且木糖作为半纤维素的主要成分,因其独特的理化性质和生理功能在功能食品和制药领域有广泛应用。而目前我国低聚木糖生产成本高、产品纯度低,严重制约着低聚木糖的应用。因此本课题以玉米秸秆为研究对象,采用碱法提取木聚糖从而可以很好地保护其主链及结构,为后续的木糖应用提供了广泛的空间。首先通过对碱浓、温度、时间、液比等单因素试验来探究碱法对木聚糖的溶出规律,并通过正交实验得到最佳提取条件为,碱浓10%、温度120°C、时间100min、液比1:4,木聚糖的溶出率达到89.34%。在此基础上,通过p H分级醇沉木聚糖来提高目标产物纯度,发现在调节p H至3分离出木质素后再醇沉木聚糖纯度可以提高12.32%,高达65.81%,证明此方法具有明显的效果。在单一碱法提取木聚糖的基础上,采用机械辅助碱法来提取玉米秸秆中木聚糖,探究三种不同机械处理法对原料结构的改变从而对碱提木聚糖产生不一样的影响。发现通过盘磨机械处理辅助碱法可以在较低的碱浓条件下就可以提取到78.60%的木聚糖,且木糖纯度高达77.79%。由此证明,在保证较高得率的情况下,机械辅助碱法可以大大降低用碱量。并且通过SEM、XRD分析了机械处理对原料纤维内部结构产生的影响;热分析及分子量分布结果表明,所得产物具有较好的热稳定及较高的分子量,为后期木聚糖在各方面的应用提供基础性能;FTIR、~1H及2D HSQC结果表明所得产物的主链结构是以D-木糖以β-(1→4)-糖苷键连接,支链为α-L-Araf和4-O-Me-α-D-Glcp A。采用机械辅助碱法提取木聚糖,首先由于碱的作用使得90%的木质素得以溶出,其次通过盘磨机械作用保留了纤维的完整结构,因此在保证较高木聚糖提取率的情况下,所剩余的纤维物料可以用于抄纸工艺;其次在p H分级醇沉木聚糖的过程中分离得到的木质素可以用于吸附方面的研究。通过实验探究发现所得纤维在各方面指标上均具有较好的纤维形态,具有再利用潜质,其次是所得的木质素具有较好的吸附染料潜质,可以用于染料工业的废水处理。从而使得木聚糖提取工艺过程产生的副产物也能够充分发挥利用价值,符合当代可持续发展的要求。
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