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摘 要

稻草是一种重要的生物质资源，分布广、数量大，本论文以稻草秸秆为原料，采用稀酸预处理工艺，降解稻草秸秆中的半纤维素组分以制备木糖水解液。论文重点研究了木糖制备的稀酸水解工艺过程，利用紫外分光光度计和高效液相色谱（HPLC）对木糖溶液进行初步的分析，优化出较佳的稀酸水解工艺。实验结果表明：当稻草秸秆与2.5%的稀硫酸溶液以固液比1:25、反应温度为115℃、反应时间为2小时时，可以获得较好的稀酸水解效果，水解液总糖含量为14.045g/L，水解后总糖得率达到17.556%，水解产物主要含有木糖、葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖等，稻草制备木糖的得率为6.516%。

关键字：稻草，木糖，稀酸水解

 Abstract：Rice straw is an important biomass resource which is widely distributed with large quantity. In this paper, rice straw was used as raw material to prepare xylose and dilute acid pretreatment technology was adopted to make the hydrolysis of hemicellulose in rice straw. The ultraviolet spectrophotometer and high performance liquid chromatography (HPLC) were carried on to analyse xylose solution and the condition of dilute acid hydrolysis was optimized. The optimized condition of dilute acid hydrolysis of hemicellulose was as followed: the rice straw was mixed with 2.5 % dilute sulphuric acid solution by solid-liquid ratio of 1:25, reaction temperature was 115 ℃, reaction time was 2 h then the content of total sugar from hydrolysis could reach to 14.045 g/L with hydrolysis efficiency of 17.556%. The hydrolysis product mainly contained xylose, glucose, arabinose, galactose. The yield of xylose was 6.516%.

Key words: straw, xylose, dilute acid hydrolysis

目 录

1.绪论 4

1.1选题背景和意义 4

1.2生物质基本组成 4

1.3半纤维素的水解 7

2.稻草半纤维素水解制备木糖液 7

2.1实验材料 7

2.2实验步骤 8

2.2.1木糖液制备及其组分分析 8

2.2.2不同酸水解条件工艺比较 15

结论 18

参 考 文 献 19

致 谢 21

1.绪论

1.1选题背景和意义

随着社会的发展，人类对能源需求大大增加，长期以来，人类所利用的能源主要是煤、石油和天然气等化石类燃料，但化石类燃料资源的有限性及不可再生性所导致的能源缺乏成为阻碍社会发展的障碍，专家估计，可开采石油储量仅还可供人类使用大约50年，天然气还可用75年，而煤炭则为200-300年^[1]。所以，我们应该寻找可再生能源来代替这些不可再生资源。

我国是一个农业大国，具有巨大的农业资源，其中作物秸秆年产量达6亿吨左右。稻草是我国的农作物秸秆主要废弃物之一，稻草的应用主要集中在传统用途，如作为食草动物的饲料、柴禾、造纸的原料和肥田等，无更有效的开发利用。农村传统的方式是将稻草大量焚烧，既破坏了生态平衡，造成土壤衰竭，也污染了环境，并释放出大量温室气体,导致全球气候变暖^[2]。所以我们要开发利用这些废弃物，防止浪费资源和污染环境。

木糖是一种戊糖，其结构如图1所示。天然D-木糖是以多糖的形态存在于植物中。因为它们特别在农产品的废弃部分中（例如玉米的穗轴、秸秆）含量很多。木糖为白色结晶或结晶性粉末，易溶于水。木糖可以发酵转化为酒精减少对不可再生资源的消耗，在医药、食品等方面也有广泛的应用，而且可以利用农作物废弃制作木糖，既增加了农民收入，也减少了对环境的污染，一举多得^[3,4]。

图1 木糖结构

1.2生物质基本组成

（1）纤维素

纤维素（cellulose）是由类似于多个葡萄糖分子组成的大分子多糖，如图2所示。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。只要人体每天摄入10g的纤维素，就可以减少15%的热量吸收，一个月能轻松瘦8斤。另外人体每日摄取纤维的上限是35g，如果超过，很可能影响其他营养素如钙、铁、锌、叶酸的吸收，甚至产生胀气、腹泻等副作用^[5,6]。

图2 纤维素结构

麻、麦秆、稻草、甘蔗渣等，都是纤维素的丰富来源。纤维素是重要的造纸原料。此外，以纤维素为原料的产品也广泛用于塑料、炸药、电工及科研器材等方面。食物中的纤维素（即膳食纤维）对人体的健康也有着重要的作用。

纤维素的分子式(C6H10O5)n，由D-葡萄糖以β-1，4糖苷键组成的大分子多糖，分子量50000～2500000，相当于300～15000个葡萄糖基^[7]。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。全世界用于纺织造纸的纤维素，每年达800万吨。此外，用分离纯化的纤维素做原料，可以制造人造丝，赛璐玢以及硝酸酯、醋酸酯等酯类衍生物和甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素钠等醚类衍生物，用于石油钻井、食品、陶瓷釉料、日化、合成洗涤、石墨制品、铅笔制造、电池、涂料、建筑建材、装饰、蚊香、烟草、造纸、橡胶、农业、胶粘剂、塑料、炸药、电工及科研器材等方面。

（2）半纤维素

半纤维素(hemicellulose)：是由几种不同类型的单糖构成的异质多聚体，如图3所示，这些糖是五碳糖和六碳糖，包括木糖、阿拉伯糖和半乳糖等。半纤维素木聚糖在木质组织中占总量的50%，它结合在纤维素微纤维的表面，并且相互连接，这些纤维构成了坚硬的细胞相互连接的网络。

图3 半纤维素结构

植物细胞壁构成纤维素小纤维间的间质凝胶的多糖群中除去果胶质以外的物质，是构成初生壁的主要成分。包括葡萄糖、木糖、甘露糖、阿拉伯糖和半乳糖等，单糖聚合体间分别以共价键、氢键、醚键和酯键连接，他们与伸展蛋白、其他结构蛋白、壁酶、纤维素和果胶等构成具有一定硬度和弹性的细胞壁，因而呈现稳定的化学结构^[8-10]。原来是从总纤维素中以17.5%NaOH以至24%KOH提取出来的多糖成分的总称，而没有相应的特定的化学结构。碱提取液用醋酸中和沉淀的部分是半纤维素A，上清液用乙醇沉淀的部分是半纤维素B。作为重要的多糖除木聚糖、葡聚糖、阿拉伯木聚糖、葡萄甘露聚糖、阿拉伯半乳聚糖等中性多糖外。

（3）木质素

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