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[硕士论文] 王悦海
化学工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:作为最具代表性的功能糖,低聚木糖(Xylo-oligosaccharides,XOS)的应用领域和市场需求逐年扩大。而玉米秸秆作为国内最具代表性的木质纤维素原料,数量庞大且廉价易得,无疑成为生产低聚木糖的理想原料。由于玉米秸秆的结构和组成更为复杂,利用玉米秸秆生产的低聚木糖纯度较低,颜色较深,严重影响了产品的品质。为此,玉米秸秆低聚木糖的精制纯化成为本研究的重点。本课题首先探究了玉米秸秆组织差异对半纤维素碱提及酶解生产低聚木糖的影响,随后针对低聚木糖生产过程酶解液中发色物质的去除工艺展开研究,最后对活性炭-乙醇法精制低聚木糖过程中活性炭吸附条件以及乙醇梯度洗脱浓度进行了系统探究。主要结论如下:
  (1)为研究玉米秸秆组织差异对半纤维素的提取及酶解的影响,将玉米秸秆分成叶、皮及髓芯三部分,预处理后碱提半纤维素,随后酶解制备低聚木糖。结果表明,以髓芯提取所得木聚糖纯度最高,达到84.89%;色值最低,为1.43×105;半纤维素回收率最高,达到91.03%。酶解数据表明,髓芯酶解效率最好,酶解率达40.09%;叶次之,为37.57%;皮组织酶解效果较差,酶解率基本在20%以下。综合考虑,髓芯组织更有利于玉米秸秆半纤维素的提取以及酶解生产低聚木糖。
  (2)为脱除酶解液中的发色物质,提高玉米秸秆低聚木糖产品品质,首先采用酸析法脱除酶解液中的发色物质,然后在优化活性炭吸附条件后,对低聚木糖的乙醇洗脱浓度进行系统探究。结果表明,酸析pH为2时,所得的XOS纯度提高19.97%,为87.28%;色值降低77.57%,为1050。在酸析基础之上,采用最优的吸附条件及洗脱体积,所得XOS纯度最高,达97.87%;色值最低,为780,达到了商业低聚木糖的标准。
  (3)为探究乙醇洗脱过程中的解吸规律,以提高玉米秸秆低聚木糖的产品品质及抗氧化活性,本研究在优化乙醇洗脱条件后对寡糖解吸规律进行了系统探究。结果表明:乙醇洗脱体积为2∶1为洗脱分水岭,且在乙醇逐级洗脱过程中,低聚木糖存在明显的解吸优先顺序。30%乙醇洗脱所得的寡糖纯度最高,为98.12%。抗氧化活性数据表明:当浓度为3mg/mL时,70%乙醇洗脱所得低聚木糖的自由基清除能力最高,达89.89%,可用于抗氧化性食品及饲料添加剂。
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