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本研究探讨了麦草半纤维素在麦草半纤维素.盐酸混合溶液中水解产木糖的得率变化,分析了水解木糖在该混合酸溶液中的降解情况,得出了麦草半纤维素在甲酸.盐酸混合溶液中水解的较佳条件;分别采用了阴阳离子树脂交换法、过量碱法、有机溶剂萃取法以及电渗析法脱除残余甲酸及其他发酵抑制物;利用热带假丝酵母(Candida.tropicalis)菌株AS2.1776对麦草半纤维素水解后的主要产物--木糖进行发酵,得到木糖醇。
本研究通过单因素实验设定不同的水解时间、温度、盐酸浓度、液固比、粒径,对麦草粉进行水解,比较不同条件下水解液中的木糖浓度及得率变化,确定在含盐酸催化剂10%的甲酸溶液中于65℃下水解30 min为最佳水解条件,此时木糖的水解得率达到89.61%。
本研究进行了不同浓度甲酸及甲酸根对D-木糖的发酵抑制实验,发现在2 g/L的甲酸或5 g/L的甲酸根条件下,D-木糖实现发酵并得到较高产率的木糖醇,高浓度的甲酸及甲酸根都会抑制D-木糖的发酵。实验发现,发酵液中糠醛的浓度越高对发酵的抑制作用越明显,当糠醛浓度高于10 g/L时,发酵不能进行;发酵液中乙酸的浓度越高越抑制发酵作用,但1 g/L的乙酸对发酵有促进作用;糠醛对发酵的抑制作用强于乙酸。采用电渗析法脱除甲酸,甲酸浓度越高,电渗析法对甲酸的去除效果越明显,100g/L时可以去除约45%,10 g/L时只能去除约17%。采用D311树脂脱毒,可以基本去除甲酸,但不能完全去除糠醛、乙酸以及酚类物质,采用过量碱法与D311树脂交换法联用处理水解液,甲酸根、糠醛、乙酸以及酚类物质的去除率分别达到77.78%,90.36%,96.29%,77.44%。采用热带假丝酵母(Candida.tropicalis)菌株AS2.1776发酵经树脂脱毒后的麦草水解液中的木糖,木糖醇的最高得率为41.88%(木糖醇/木糖)。
水解液以及发酵液经过分离纯化一系列步骤以后可以得到木糖和木糖醇晶体,纯度分别为95.84%和96.60%。本研究还进行了麦草水解残渣制备活性炭实验。制备的活性炭能应用于麦草半纤维素水解液的脱色,降低木糖醇转化成本。