纤维素乙醇

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纤维素乙醇范文第1篇

关键词：木质纤维素生物质；预处理；纤维素乙醇；酶法水解；发酵；纤维素；半纤维素；木质素

牛皮纸浆的糖化与同步糖化及发酵

吴卓晶

纤维素乙醇范文第2篇

（浙江农林大学工程学院，浙江 临安311300）

摘要：以竹（Bambusa emeiensis）浆粕为原料，不同含水率的异丙醇和乙醇为反应介质，采用淤浆法制备羧甲基纤维素（CMC），并通过气相色谱法（GC）、傅里叶变换红外光谱法（FTIR）和X－射线衍射法（XRD）对原料和产物的结构和性能进行表征。结果表明，制备CMC的碱化和醚化条件及用量为竹浆粕5 g，30％的氢氧化钠17．5 mL，氯乙酸11．5 g，碱化温度25 ℃，醚化温度60 ℃，得到的最佳反应介质是含水率10％的乙醇。在此工艺条件下，CMC的增重率和黏度分别为30％和1 720 mPa·s。

关键词 ：竹（Bambusa emeiensis）浆粕；反应介质；含水率；羧甲基纤维素；增重率；黏度

中图分类号：Q81文献标识码：A文章编号：0439－8114（2015）03－0661-04

羧甲基纤维素（Carboxymethyl cellulose， CMC）是一种用途广，发展迅速的重要水溶性高分子纤维素醚，因具有优良的增稠、乳化、悬浮、分散、稳定、保水、膨化、赋形等功能，被广泛应用于食品、日化、医药、造纸、纺织、石油、建筑等领域，有着很好的应用前景，享有“工业味精”的美誉［1］。CMC是天然纤维素与氢氧化钠在溶剂中反应生成碱纤维素，再与氯乙酸反应生成CMC产品。CMC的重要指标有取代度和黏度。取代度是纤维素分子中葡萄糖基的羟基被羧甲基钠取代的数目，由于每个葡萄糖基上只有3个自由羟基可发生取代反应，所以其取代度最大是3［2］。CMC的黏度高低与原料的聚合度和α－纤维素含量有关，生产高黏度的CMC，就需要以高聚合度的精制棉［3，4］为原料加以制备，这是工业生产的普遍做法，具有一般代表性。本试验以竹（Bambusa emeiensis）浆粕为原料，采用淤浆法制备羧甲基纤维素，并且以黏度为主要评价指标，寻找合成高性能CMC的最优反应介质，以期为制备羧甲基纤维素提供参考。

1材料与方法

1．1材料与试剂

材料：粉碎过40目的四川永丰造纸厂慈竹（Bambusa emeiensis）硫酸盐浆粕（竹浆粕）。

试剂：无水乙醇、氢氧化钠、氯乙酸、乙酸，均为分析纯。

1．2仪器与设备

恒温水浴锅、恒速搅拌器、循环水式多用真空泵、微型植物粉碎机（FZ 102型）、送风定温干燥箱（WFO－710型）、分析天平（BS 224 S型）、旋转黏度计（HAAKE Viscotester 6 plus型）、气象色谱仪（GC－2010型）、傅里叶变换红外光谱仪（IR Prestige－21型）、X－射线衍射仪（XRD 6000型）。

1．3试验原理

纤维素与碱反应生成碱纤维素，简称碱化。碱化、醚化等主要反应

参考文献［5］。

1．4竹浆粕糖基组成及含量分析

糖基组成分析采用硫酸水解法，将高聚糖完全水解为中性糖和酸性糖，采用气相色谱法定量（Alditol－acetate procedure）［6］。在10 mL容积的玻璃试管中放入约20 mg材料，加入0．125 mL的72％硫酸，在室温下反应1 h后，加去离子水稀释成4％的硫酸，在121 ℃下水解60 min，冷却后加入内标肌醇充分混匀。用氨水将反应物pH调至中性，加入氢硼化钠还原反应液使其成为糖醇，用乙酸酐将糖醇乙酰化后，转入到2 mL小试管中，用高压氮气浓缩，按照以下条件进行气相色谱分析。分析柱用TC17毛细管柱 （25 m×0．25 mm，id），柱温210 ℃、恒温保持30 min，进样口温度和氢火焰检测器温度均为250 ℃。

1．5CMC的制备

量取不同含水率的异丙醇和乙醇溶液150 mL倒入250 mL三口圆底烧瓶中，然后再向三口圆底烧瓶滴加30％的NaOH 17．5 mL，并用玻璃棒搅拌均匀，最后加入5 g竹浆粕，在25 ℃下恒温搅拌60 min。碱化60 min后，向三口圆底烧瓶中加入11．5 g氯乙酸，并且在60 ℃下恒温搅拌120 min，得到CMC粗品。随后加入一定浓度的乙酸，在室温下中和至pH 7～8，然后用80％的乙醇洗涤2次，再用无水乙醇洗涤1次，每次200 mL，抽滤后在50 ℃下干燥至恒重，制得CMC成品。

1．6CMC增重率测定

竹浆粕质量为W0，CMC干燥至恒重测量其质量，记为W，则增重率公式为：

增重率＝（W－W0）／W0×100％

1．7CMC黏度的测定

采用黏度计（HAAKE Viscotester 6 plus型）测定2％ CMC水溶液的黏度：称取绝干的CMC 2 g，配成2％ CMC水溶液，通过搅拌使其全部溶解均匀，然后倒入小瓶内，选定合适的转子，于25 ℃下测定CMC的黏度。

2结果与分析

2．1竹浆粕糖基组成及含量分析

α－纤维素含量是表征浆粕质量最重要的指标，浆粕中α－纤维素含量高，有利于均匀地吸收碱液制得膨化均匀的碱纤维素，提高醚化反应的效率和反应均匀性，从而提高CMC产品的黏度和取代度［3］。α－纤维素是由β－D－吡喃型葡萄糖基以1，4苷键连接而成的线型高分子，其葡萄糖基的数量，即聚合度直接影响CMC水溶液黏度［7］。葡萄糖主要是α－纤维素的降解产物，得率为79．0％（为竹浆粕绝干重的百分比）。木糖得率为20．3％，是竹浆粕半纤维素的主要组分。阿拉伯糖得率为0．7％。半纤维素是具有支链、分子质量较纤维素低的非均一高聚糖，因此半纤维素的存在使α－纤维素含量减少，聚合度降低，但在工业生产中，为保证浆粕得率，尽量保留半纤维素。本研究采用半纤维素含量为20．3％的竹浆粕为原料，采用淤浆法制备CMC，研究不同反应介质及其含水率对CMC增重率和黏度的影响，确立最佳工艺条件。

2．2最优反应介质及其含水率的确定

为了取得高黏度CMC的最优反应介质及其含水率，分别选取常用的异丙醇和乙醇作为反应介质，然后设计不同含水率，分别是0、5％、10％、15％，共进行了8组试验，结果如图1和图2所示。由图1和图2可知，无论反应介质是异丙醇还是乙醇，均是在含水率10％时所制得的产物CMC的增重率和黏度最大。但是含水率10％的乙醇溶剂相对于含水率10％的异丙醇制得的CMC性能更优。说明该工艺制备CMC的最优反应介质是含水率10％的乙醇溶剂，所得到的CMC的增重率和黏度分别是30％和1 720 mPa·s。

2．3CMC的结构表征

如图3和图4所示，试验制得的羧甲基纤维素均在1 605 cm－1附近出现了强烈的吸收峰，这是羧甲基纤维素－CH2COONa基团中－C＝O的伸缩振动，从而证明了羧甲基化反应的完成［8］，进而说明了试验所得的产物均是羧甲基纤维素。3 441 cm－1附近的吸收峰表示羟基－OH的振动吸收峰，2 922 cm－1附近的吸收峰表示亚甲基－CH的伸缩振动，1 417 cm－1和1 325 cm－1附近的吸收峰分别代表－CH2和－OH的伸缩振动峰，1 065～1 160 cm－1是纤维素骨架－CH－O－CH2的振动区域［8，9］。

2．4原料与碱性纤维素的结晶性能

原料与碱性纤维素的XRD谱图如图5和图6所示。原料的X射线衍射峰的半圆锥角（2θ）出现在16．3　°、22．2　°、34．3　°，分别为天然纤维素101、101、002晶格面的衍射峰［10］，属于典型的纤维素Ⅰ型的特征峰。除了f和g在16．3　°有明显的衍射峰，其他的碱性纤维素在该处的衍射峰基本上消失了。f和g在22．0　°附近有较强的衍射峰，说明它们的纤维素Ⅰ型结构发生了较小的晶型变化。h和i的主要衍射峰出现在21．0　°左右，b、c、d和e的主要衍射峰均出现20．6 °左右，而22．2 °的衍射峰基本上消失了，这说明它们经过碱化后已经由纤维素Ⅰ型的结构变成了另外一种结构。由衍射峰的位置可以推断，这种结构为纤维素Ⅱ型［11］。结合表2中碱性纤维素结晶度的变化可知，天然纤维素的结晶已经被不同程度地破坏了。

由纯异丙醇为反应介质制备的碱性纤维素的结晶度较纯乙醇制备的碱性纤维素小［12］。这是因为在纯乙醇溶剂中，由于乙醇的极性大，NaOH在乙醇中的溶解度高，NaOH、水和乙醇几乎属于均相共存，当碱用量一定时，乙醇的存在使体系中的NaOH浓度明显降低；另外，由于Na＋外层同时吸附有乙醇和水分子，水化离子半径较大，不利于其向纤维原纤间渗透，过渡区氢键打开迟缓，更难进入结晶区。而NaOH在异丙醇中的溶解度较低，减小了水合离子的尺寸，易于渗进原纤之间，拉大原纤间距离，过渡区大分子间、分子内氢键被迅速破坏。相对于纯乙醇溶剂，Na＋在异丙醇体系中的浓度更高，并且其水合离子外层更多的是水分子，尺寸较小，易于渗透并被纤维素有效吸附，可有效拉大原纤间距离，加速过渡区乃至结晶区分子间、分子内氢键的破坏，所以其结晶度相对较小，碱化效果更好。

对于同一反应介质，随着含水率的增加，碱性纤维素的结晶度呈先减小后增大的趋势。这是因为溶剂中含水率的增加可能使部分贯穿于竹浆粕纤维素中的半纤维素分离出来，从而使得Na＋更易于渗透并被纤维素有效地吸附，加速了过渡区红外结晶区分子间、分子内氢键的破坏；但是随着含水率的继续增加，NaOH浓度明显降低，且Na＋的水合离子半径变大，不利于其向纤维原纤间渗透，以及对过渡区和结晶区氢键的破坏。所以，反应介质含水率的增加使得碱性纤维素的结晶度呈先减小后增大的趋势。

由于碱性纤维素结晶度的减小更有利于氯乙酸的充分反应，从而使制得的CMC的性能指标更优，这与本试验结果中CMC的增重率和黏度的变化相一致。

3结论

1）以半纤维素含量20．3％的竹浆粕为原料，可制得高增重率（30％）和高黏度（1 720 mPa·s）的羧甲基纤维素产品。

2）以竹浆粕为原料制备高性能羧甲基纤维素的最佳反应介质是含水率为10％的乙醇。

3）纯异丙醇相较于乙醇制备的碱性纤维素，前者的碱化效果更好。对于同一种介质，随着含水率的增加，碱性纤维素的结晶度呈先减小后增大的趋势。

参考文献：

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纤维素乙醇范文第3篇

【摘要】

目的对细菌纤维素高产菌株葡糖醋杆菌G-29进行发酵优化，以提高其细菌纤维素合成能力。方法采用基于非完全平衡块原理的Plackett-Burman(PB) 试验设计法，筛选出了3个主要影响因子：混合碳源（葡萄糖∶蔗糖=1∶2），MgSO4，乙醇，然后采用Box-Behnten中心，组合试验设计和响应面分析方法（RSM）确定其最佳浓度分别为混合碳原52.3g/L，MgSO40.159 8 g/L，乙醇32.5 ml/L。用扫描电镜观察了细菌纤维素的形态结构，并通过X射线衍射分析其在干态下和湿态下的最佳结构。结果在优化培养基条件下，菌株G-29发酵生产细菌纤维素的产量为11.83 g/L，是优化前产量（6.20 g/L）的1.9倍。结论PB试验和RSM相结合的试验方法，用于优化G-29发酵培养基，不仅科学合理而且准确有效。

【关键词】 葡糖醋杆菌属 细菌纤维素 Plackett-Burman设计 响应面分析

Abstract：ObjectiveIn this manuscript，the optimal conditions for cellulose production by gluconacetoba-ater G-29 were determined in order to improve the yield of bacterial cellulose.MethodsPlackett-Burman Design was used to evaluate three statistically significant parameters including mixed carbon sources(Glucose:sucrose=1:2)，MgSO4，ethanol.The optimal levels of three variables were defined by Box-Behnken design and response surface method(RSM):mixed carbon sources:52.3 g/L，MgSO4 0.159 g/L，ethanol 32.5 g/L，ethanol 32.5 g/L comparison.The morphology of bacterial cellulose(BC) produced was observed by scanning electron microscope(SEM).The crystal structure of BC in dried and wet state was studied by X-ray diffractometry(XRD).ResultsThe results indicated that the BC yield under the optimal fermentation medium was 11.83 g/L，which was as 1.9 times as that under the original fermentation medium.ConclusionThe method of PB design combined with RSM used for optimization of G-29 fermentation medium is scientific and accurate.

Key words： Gluconacetobacter; Bacterial cellulose; Plackett-Burman design; Response surface method

细菌纤维素(Bacterial cellulose，简称 BC)是由部分细菌产生的一类高分子化合物，在化学组成和结构上同植物纤维相同，都是由D-葡萄糖以β-1，4糖苷键连接形成直链多糖，再经聚合而成。与植物纤维不同的是细菌纤维素是以单一纤维形式存在，纯度极高，不掺杂如植物纤维中的半纤维素或木质素等其它多糖类［1］，因此其具有抗拉强度高、 杨氏模量高、良好的生物适应性以及优良的持水性和通透性等特点［2］。除了可用作膳食纤维和食品成型剂，还可用于生产纱布、绷带、人造皮肤等生物医学用品，有利于皮肤组织生长和限制感染。

自1987年以来，已有很多关于细菌纤维素膜用于烧伤、烫伤、皮肤移植等治疗的报道，目前已发展出纱布、绷带和“创可贴”等各种伤科敷料商品。它具有在伤口中维持湿的环境，防止体液流出，保持高机械强度，对液、气具有良好通透性，与皮肤相容性好、无毒、不发热，良好的防菌和隔离性等众多特点，均优于当今其它人造皮肤和伤科敷料。早在20世纪80年代初，巴西的Biofill公司就开始了用细菌纤维素膜制造伤科敷料的研究，成功开发出人造动脉，人造血管与人造皮肤等医疗用品［3］，并已成功地应用于处理皮肤移植和慢性皮肤溃疡。这种材料可有效缓解疼痛，防止细菌感染，有利于皮肤组织生长，促进伤口愈合，对水分及电解物有良好的通透性，与传统的材料相比，这种材料成本低，处理时间短，更有利于健康皮肤的生长［4］。除此之外，细菌纤维素还可作为缓释药物的载体，软骨组织工程的支架材料［5］等。

能产生细菌纤维素的细菌种类较多，常见的有醋酸菌属、土壤杆菌属、假单胞杆菌属、无色杆菌属、产碱杆菌属、气杆菌属、固氮菌属、根瘤菌属和八叠球菌属等9个属中的某些种。其中醋酸菌属中的木醋杆菌（Acetobacter xylinum）是最早被发现同时也是研究较为透彻的纤维素产生菌，现已作为研究纤维素生物合成过程和机制的模式菌株。根据《伯杰氏系统细菌学手册》第9版，木醋杆菌已被划分到葡糖醋杆菌属（Gluconacetobacter）中，改为木葡糖醋杆菌（Gluconacetobacter xylinum）。

近几年关于细菌纤维素生产合成的研究仍多以木葡糖醋杆菌或其变种做为试验菌种，为此，本实验室分离筛选出一株细菌纤维素高产菌G-29，并经16S rDNA测序鉴定该菌为葡糖醋杆菌属中一个新的菌种。

本实验以G-29为试验菌种，在前期试验的基础上，利用响应面分析法［6］，对其发酵培养基的诸多营养因素进行考察和评价，并确定了细菌纤维素合成的重要影响因子的最优水平，取得了较好的发酵效果，为进一步提高其产量和后续的放大培养奠定基础。

1 材料

1.1 菌种来源葡糖醋杆菌（Gluconacetobacter sp.）G-29，由本实验室课题组2008年从成都市所采集的水果样品中分离获得，保存于四川大学生物资源与生态环境教育部重点实验室。

1.2 培养基斜面培养基：葡萄糖30 g/L，酵母膏5 g/L，Na2HPO4 1 g/L，MgSO4 0.15 g/L，乙醇20 ml/L，琼脂18 g/L，pH6.0；种子培养基：葡萄糖50 g/L，酵母膏15 g/L，Na2HPO4 3 g/L，MgSO4 0.2 g/L，乙醇40 ml/L，pH 6.0；用于响应面分析的基础发酵培养基：葡萄糖30 g/L，酵母膏5 g/L，Na2HPO4 1 g/L，MgSO4 0.15 g/L，乙醇20 ml/L，pH 6.5；优化后的发酵培养基：混合碳源52.3 g/L（葡萄糖:蔗糖＝1:2），酵母膏8 g/L，FeSO4 0.2 g/L，MgSO4 0.159 g/L，Na2HPO4 2 g/L，柠檬酸1 g/L，乙醇32.5 ml/L，pH 6.5。

1.3 培养条件挑取一环活化的斜面菌种至装有100 ml种子培养基的250 ml三角瓶中，30℃，110 r/min振荡培养24 h，然后按照8％的接种量，将种子培养基接入装有100 ml发酵培养基的250 ml三角瓶中，8层纱布封口，30℃静置培养7 d。

2 方法

2.1 细菌纤维素的产量测定从培养基中取出纤维素膜，用水多次冲洗，除去膜表面培养基及杂质。再将膜浸泡于0.1 mol/L的NaOH溶液，100℃煮沸20 min，去除液膜中的菌体和残留培养基，膜呈乳白色半透明。然后用蒸馏水多次冲洗，用pH试纸轻压膜测pH值，约7.2，80℃干燥至恒重。纤维素含量用g/L表示。

2.2 发酵培养基优化方法Plackett-Burman设计、Box-Behnken中心试验设计及响应面分析。

3 结果

3.1 Plackett-Burman设计法筛选重要因素 根据笔者前期实验，本研究选取混合碳源（葡萄糖∶蔗糖=1∶2），酵母膏，FeSO4，Na2HPO4，MgSO4，柠檬酸、乙醇作为PB试验的7个因素，每个因素取两个水平，因素水平及编码见表1，数据分析及模型建立由Design Expert软件完成。表1 Plackett-Burman(PB)实验设计因素水平及编码（略）

根据Plackett-Burman实验设计得到的7因素12实验组合，依次进行培养基的配制、接种、发酵试验(每组3个平行，取平均值)，以细菌纤维素干重为响应值Y。结果如表2所示。

由表3可以看出，对G-29发酵合成能力影响最大的因素是混合碳源（葡萄糖/蔗糖=1∶2），其次是乙醇和MgSO4。这3个因素对细菌纤维素产量影响显著，置信度高于90%，可作为进一步优化的因素。而其它4个因素对发酵产量的影响未达到显著水平，在下一步的研究中不予考虑。表2 Plackett-Burman(PB)试验结果（略）表3 Plackett-Burman试验主效应分析（略）

3.2 重要因素与产量关系的2次方程的建立由Box-Behnken和Box-Wilson提出的中心组合设计是两种常用的响应面分析法，适用于2～5个因素的优化试验。Box-Behnken每个因素取3种水平，以(-1，0，+1)编码，对数据进行二次回归拟合，得到带交互相和平方相的二次方程，分析各因素的主效应和交互效应，最后在一定的水平范围内求出最佳值。对发酵产量有显著性影响的3个因素的水平及编码见表4。 表4Box-Behnken试验因素水平及编码 （略）

在Plackett-Burman试验的基础上，在最陡爬坡试验确定的浓度区域内，对影响G-29合成细菌纤维素的关键因素按照Box-Behnken设计进行l5组试验(每组3个平行，取平均值)，以细菌纤维素干重为响应值Y。结果见表5。表5 Box-Behnken设计与细菌纤维素产量（略）

利用统计软件Minitab15对表5数据进行二次多项式拟合，获得细菌纤维素产量(Y)对自变量葡萄糖/蔗糖(x1)，MgSO4 (x2)，乙醇(x3)的多元回归方程：Y=11.223 3+0.443 8X1+0.208 8X2+0.415 0X3-0.927 9X12

-0.587 9X22-0.825 4X32-0.002 5X1X2-0.050 0X1X3+0.000 0X2X3

从该方程的方差分析(表6)可知，该模型极显著(P

3.3 响应面分析及最佳培养条件确定通过回归方程来绘制分析图，考察所拟合的相应曲面的形状，响应面立体分析图和相应等高线图见图1～3。通过该组图可对主效应因子对细菌纤维素产量的两两交互作用进行评价，并确定各个因素的最佳水平范围。表7 发酵培养基多元二次方程方差分析表（略）

由图1～3可知，该回归方程存在稳定点，即极大值点，经分析可知回归模型的稳定点的编码值为：X1=5.232 3，X2=0.015 9，X3=3.252 5，相当于葡萄糖/蔗糖为5.232 3 g/100 ml，MgSO4 0.015 9 g/100 ml，乙醇3.252 5 ml/100 ml，在此最优条件下，细菌纤维素的预测最大产量为11.347 g/L。为验证模型的准确性和有效性，用预测的最优发酵培养基进行发酵实验，可得实际细菌纤维素产量为11.83 g/L，是优化前的基础发酵培养基产量(6.20 g/L)的1.9倍。由此，进一步证明该回归方程能够真实的反映筛选因素对细菌纤维素产量的影响，可用于预见实际发酵情况，对发酵条件的研究具有指导意义。

3.4 细菌纤维素形态与晶体结构分析

细菌纤维素膜经水冲洗和稀碱液处理后，残留的发酵液及菌体被除去后，细菌纤维素膜呈乳白色半透明胶状（图4），外表均匀光滑，质地柔韧。经干燥后，由电镜扫描可观察其微观结构为典型的超微细网状结构(图5)，由高密度微纤维进行无规则的层状重叠，互相缠绕形成。

纤维素X-射线衍射图谱是以衍射角为横坐标，衍射强度为纵坐标，以晶胞(101)，(101)和(002)面的衍射峰为计算基准。由图6可以看出，干膜的衍射图分别在14.94 2θ和22.45 2θ处有两个主要的衍射峰，这是纤维素I的特征峰，即细菌纤维素的晶体结构属于纤维素I。其中2θ为22.45处的衍射峰对应晶面(002)，在纤维素X-射线衍射图谱中，2θ值在22.50附近的峰高代表了002面的衍射强度，即结晶区的强度。由衍射图谱可看出，G-29合成的细菌纤维素，结晶指数高，结晶强度大。而图7则反映了湿膜的衍射峰，只在28.5 2θ和42 2θ处有衍射峰，没有呈现出纤维素I的衍射峰，表明湿态的晶面面间距比干态的小。这两个峰的峰宽比干态下大，表明其结晶不完全，结晶度低，晶粒尺寸小。可能是由于细菌纤维素湿膜含有大量的水，导致纤维素分子链之间的距离增大，在水分子与纤维素链的相互作用下，纤维素分子链之间的氢键模式发生改变，从而影响了细菌纤维素膜的晶型和晶粒尺寸，导致其的结晶度变低。

4 结论

本实验采用了Plackett-Burman试验设计，对影响菌株G-29合成细菌纤维素的7个因素进行了评价，筛选出了混合碳源（葡萄糖∶蔗糖=1∶2），乙醇和MgSO4为影响细菌纤维素产量的关键因子。葡萄糖是合成细菌纤维素的原料，蔗糖可以缓解发酵过程中pH值的急剧降低；乙醇可以被细菌氧化为乙酸，同时生成用于细胞合成的ATP等高能量化合物［7］，对细菌纤维素的合成起促进作用，而MgSO4中的Mg2+是纤维素合成酶的激活剂。因此，以PB试验筛选出的主要影响因子能够反映实际情况，证明该方法是一种经济而有效的试验方法。

通过响应面法(RSM)建立了细菌纤维素发酵培养基的回归模型：Y=11.223 3+0.443 8X1+0.208 8X2+0.415 0X3-

0.927 9X12-0.587 9X22-0.825 4X32-0.002 5X1X2-

0.050 0X1X3+0.000 0X2X3该模型高度显著，可用于实际分析与预测。

优化后的发酵培养基组成：混合碳源52.3 g/L（葡萄糖∶蔗糖＝1∶2），酵母膏8 g/L，FeSO4 0.2 g/L，MgSO4 0.159 g/L，Na2HPO4 2 g/L，柠檬酸1g/L，乙醇32.5 ml/L，此条件下的发酵产量是优化前的基础发酵培养基产量(6.20 g/L)的1.9倍，表明Plackett-Burman试验和响应面相结合的试验方法用于优化G-29发酵培养基，不仅科学合理而且准确有效。

细菌纤维素具有超微结构，湿膜的固形物含量低，持水性高，结晶不完全；干燥后结构致密，抗拉强度高，结晶指数高，结晶强度大。

参考文献

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纤维素乙醇范文第4篇

第二代生物燃料指的是以麦秆、稻草和木屑等农林废弃物或藻类、纸浆废液为主要原料,使用纤维素酶或其他发酵手段将其转化为生物乙醇或生物柴油的模式。第二代生物燃料与第一代最重要的区别在于其不再以粮食作物为原料,从而最大限度地降低了对食品供应的威胁。第二代生物燃料不仅有助于减少对传统化石能源的依赖,也能减少温室气体的排放,对实现全球可持续性发展具有重要作用。许多国家都制定了或是正在执行相关计划,大力发展第二代生物燃料。

Frost & Sullivan预计2011年将是第二代生物燃料技术大规模工业化的一年,市场规模将以每年200,000吨的速度扩大。在2017年前后,第二代生物燃料有望成为能源的重要组成部分。

技术分析

第二代生物燃料的发展离不开技术,唯有其技术的不断更新,方能使其发挥优势,不断开拓市场。目前生物燃料生产技术的主要技术方法主要有水解发酵、气化发酵、气化催化合成和热解。虽然这些技术现在都还处在实验阶段,但是近年来各国及各大企业都投入巨资研发,成果不断。

我国拥有丰富的纤维素资源。据估算,我国每年生产的农作物秸秆、谷糠和饼粕的总产量高达7.8 亿吨以上,其中玉米秸秆占3.3亿吨(占总量的42.4%)、小麦秸秆占1.5亿吨(占19.7%),而稻草秸秆占1.2亿吨(占15.3%),此三类纤维素占全国总纤维素产量的77.4%以上。不过,目前大量的秸秆主要被用于生物质直燃发电,燃烧转换效率并不高。由于缺乏成熟的秸秆制备燃料乙醇技术,纤维素制备乙醇的转化成本偏高。一旦该项技术取得重大突破,无论从单位秸秆生产出产品的热值还是产品的价值计算,都将构成生物质直燃发电的有力竞争对手。

纤维素乙醇所应用的技术主要是水解发酵技术,该技术首先采用弱酸、弱碱或者酶水解原材料,破坏纤维素和半纤维素,使其转化成为C5、C6糖类。这些糖类再进一步发酵成为酒精。

纤维素乙醇技术的优点是以热水和酶作为基础,流程简单,碳排放明显低于其他生物燃料技术。全程不需要高温高压。纤维素预处理阶段基本就能将纤维素全部水解,而不能处理的木质素也可以通过分离燃烧产生能源。当然它也有其缺点,比如预处理成本比较高、产率较低等等。现在各主要公司的研究团队和相关科研机构都加大了对预处理过程及新型水解酶和酵母的研发力度,使该技术的发展充满机会。帝斯曼公司于2010年6月28日宣布研发出新型的酵母技术,据称能将水解和发酵效率提高一倍。

市场分析

第二代生物燃料目前正处于起步阶段,在国内还没有形成大规模生产。现在国内主要的生物燃料公司,包括吉林燃料乙醇有限责任公司、河南天冠集团、安徽丰原生物化学股份有限公司和黑龙江华润酒精有限公司,都属于第一代生物燃料企业。但是随着近年来粮食价格不断攀升以及中国政府引导发展非粮生物燃料政策的出台,这些企业在积极研发下一代生物燃料技术。08年以来,重点发展的非粮燃料企业多采用1.5代生物燃料技术,原料主要采用木薯(华南)、甘薯(华中、西南)与甜高粱(华北、华东)等作物。随着近年来薯类成本上升较多,薯类制备生物乙醇能否维持盈利也是该产业的一大疑问。

中国参与第二代生物燃料技术研发的只有河南天冠集团等少数几家企业,但运营规模还非常小,诺维信公司已经同中粮集团和中石化开展合作,研究纤维素乙醇。2008年,美国纤维素乙醇的成本为约2到4美元每加仑(3.6-7.2人民币/升)。第一代乙醇工厂以玉米为原料生产乙醇的成本约为每加仑1.5美元(2.7人民币/升),但加上税收和分销支出,其价格比燃气价格更高。纤维乙醇的价格必须通过可行的技术达到降低目的。

技术发展及市场竞争

由于整个行业还处于刚刚起步阶段,市场规模偏小,因而没有激烈的市场竞争。先期进入的企业一旦确立了技术优势,就能在市场竞争中处于有利地位。随着政策扶持力度加大和新进入企业增多,预计未来技术进步的步伐会越来越快。

替代品的威胁

作为传统化石能源的替代品,生物燃料的重要性会随着石油、煤炭等能源的储量减少和价格攀升逐步增强。然而,由于目前生产成本相对较高、技术尚不成熟,生物燃料也受到包括生物质直燃发电、太阳能、风能、水电在内的其他可再生能源的威胁。不过,在可预计的未来,生物燃料有望凭借其能够兼容现有汽油机、柴油机、能与汽油、柴油掺杂使用而且能量密度高、蓄能方便等优势占有越来越重要的地位。

稳定的销售模式

在中国,生物燃料包括生物乙醇和生物柴油两个组成部分。生物乙醇市场的主要销售渠道是中石油、中石化加油站。而生物柴油市场因为规模小,目前的主流渠道是厂家直供辅以民营加油站。由于生物乙醇的售价是与成品油联动的,收购价格也按发改委相关文件执行,因此受渠道议价能力影响不大。但生物柴油市场由于没有相关文件指导,生产、供应量偏小,客户分散,市场渠道尚不稳定。有待政府更进一步的指导和扶持来实现常规化和稳定化。

原料供应分散且不足

足量、稳定的原料供应才能支持生物燃料的快速发展。以中国纤维素乙醇为例。纤维素乙醇主要以农林废料为原料。据中国农业部统计,全国每年秸秆等农业废料产量在7亿吨以上,但去除农民焚烧填埋和生物质直燃消耗等去处,仅剩余3亿吨以上。目前中国国内没有统一的秸秆供应商,主要依赖于生物燃料企业自己从农民和大型农场所在地收购,这也增加了秸秆收购和储运成本。

市场进入门槛高

纤维素乙醇范文第5篇

关键词 苏子叶；黄酮类化合物；纤维素酶法；提取

中图分类号 S567.23 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）04-0248-02

Abstract In order to investigate the effect of cellulase on extraction of flavonoids from perilla leaf，through single factor experiment，the optimum extraction conditions were obtained：temperature 57 ℃，extraction time 1 h，the concentration of enzyme 0.4 mg/mL，extracted 3 times.The average recovery of cellulase was 90.40%，the standard deviation was 5.01%，the content of flavonoids measured in perilla leaf was 1.609 mg/mL.This method is better than traditional alkali extraction of flavonoids from perilla leaf，its extraction rate increases by more than 3 times.

Key words perilla leaf；flavonoids；cellulase method；extraction

K子叶具有降气消痰、平喘润肠等功效，属于第一批被中国卫生部确定的既是食品又具医药保健功能的物质，可以开发出多种保健食品，在医药、食品工业上具有广泛的用途[1]。黄酮类化合物广泛存在于高等植物体中，是植物长期自然选择过程中产生的一些次级代谢产物，在花、叶、果实等组织中多为苷类，而在木质部组织中则多为游离的苷元[2]。许多研究表明黄酮类化合物具有显著的抗氧化、清除氧自由基、扩张心血管作用，可降血脂、阻断动脉粥样硬化、调节免疫机能、抗炎抗病毒、利胆、强心、镇静镇痛和抗肿瘤等[3]。因而，近年来关于黄酮类化合物的研究尤为活跃。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试植物材料。所用苏子叶产于吉林省延边市。

1.1.2 仪器。TU-1201紫外可见分光光度计（北京普析通用）、HH-4电热恒稳水浴锅（国华电器有限公司）、FA21D4N电子天平、SHB-B95型循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司）等。

1.1.3 试剂。蒸馏水、乙醇、芦丁标准品（中国药品生物制品检定所，含量92.5%），5%亚硝酸钠溶液、10%硝酸铝溶液、1 mol/L氢氧化钠溶液、氢氧化钙溶液、稀硫酸等（均为分析纯）。

1.2 试验方法

1.2.1 纤维素酶法提取。将苏子叶晾干，粉碎40～60目[4]，准确称取5.000 0 g置于锥形瓶中，加入200 mL的蒸馏水，浸泡24 h，将pH值调至4.5～6.5[5]，加入纤维素酶放入恒温水浴锅加热，一段时间后将其取出抽滤，滤液在60℃以下加热[6]，待将要得到膏状物质时，停止加热，最后用400 mL 60%乙醇将其溶解，待测。

1.2.2 吸收波长的测定[7]。移取1 mL提取液分别置于10 mL容量瓶中，加入0.3 mL 5%亚硝酸钠溶液，摇匀，放置5 min后加入0.3 mL 10%硝酸铝溶液，摇匀，5 min后再加入2 mL 1 mol/L氢氧化钠溶液混合，再用60%乙醇定容，混匀静置10 min。以0.3 mL 5%亚硝酸钠溶液、0.3 mL 10%硝酸铝溶液、2 mL 1 mol/L氢氧化钠溶液，再加入60%乙醇定容，得到的溶液作为参比溶液，在400～800 nm扫描，得到其吸收光谱，最大吸收波长为510 nm。

1.2.3 工作曲线回归方程的建立[7]。准确称取芦丁标准试剂10.8 mg于100 mL容量瓶中溶解，并用60%乙醇溶液定容，摇匀，即得到标准品。准确移取上述标准溶液0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL，分别置于10 mL容量瓶中。依次加入0.3 mL 5%亚硝酸钠溶液，摇匀，放置5 min后加入0.3 mL 10%硝酸铝溶液，摇匀，5 min后再加入2 mL 1 mol/L氢氧化钠溶液混匀，用60%乙醇稀释至刻度线，10 min后于波长510 nm处测定其吸光度。得线性回归方程为A=0.055 2c-0.002 3，R2=0.999 7[8]。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 温度对黄酮类化合物提取率的影响。纤维素酶的最适温度范围为45～65 ℃[9]。因此，分别选取温度为45、49、53、57、61、65 ℃，提取时间为1 h，纤维素酶的浓度为0.8 mg/mL，提取1次按1.2.1的提取方法试验。结果表明，当温度为57 ℃时黄酮类化合物提取率最高（图1）。

2.1.2 时间对黄酮类化合物提取率的影响。分别选取时间为0.25、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00 h，温度为57 ℃，纤维素酶的浓度为0.8 mg/mL，提取1次。结果表明，当提取1 h时黄酮类化合物提取率最高（图2）。

2.1.3 纤维素酶浓度对黄酮类化合物提取率的影响。分别选取纤维素酶浓度为0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mg/mL，温度为57 ℃，提取时间为1 h，提取1次。结果表明，纤维素酶浓度为0.4 mg/mL时黄酮类化合物提取率最高（图3）。

2.1.4 提取次数对黄酮类化合物提取率的影响。设置温度为57 ℃，提取时间为1 h，纤维素酶浓度为0.4 mg/mL，分别提取1、2、3、4、5次（提取次数≥2时，后一次提取液要与前面提取液混合）。从图4可以看出，当提取3次后，曲线处于缓慢上升状态，提取率稍有提高，但从药品成本和工作量等因素综合考虑，提取3次最佳。

2.2 精密度、加样回收与稳定性试验

2.2.1 精密度试验。按1.2.1的提取方法提取3次，制备4个不同浓度的样品，分别在510nm波长下测定吸光度9次，计算其浓度和平均值，求得标准偏差，结果见表1。

2.2.2 加样回收试验。称取苏子叶粉末3份，在样品中加入芦丁标准品5.0 mg，将样品和标准品混合物按1.2.1的方法提取3次，结果见表2。

2.2.3 稳定性试验。按照样品测定方法，分别在0、0.25、0.50、1.00、1.50、2.00 h测定同一样品溶液的吸光度，试验结果表明样品测定液中的黄酮在2.0 h任榷ā

3 结论

本试验以测得苏子叶中黄酮类化合物含量为指标，采用纤维素酶法，以温度、提取时间、纤维素酶浓度和提取次数为变量进行试验，利用紫外分光光度法进行检测，经过数据处理结果和图像分析，得到最佳提取工艺条件：温度为57 ℃、提取时间为1 h、纤维素酶浓度为0.4 mg/mL、提取次数为3次，测得苏子叶中黄酮类化合物的含量为1.609 mg/g。

本试验提取3次，做了精密度试验和加样回收试验，精密度试验的相对标准偏差

纤维素酶法提取苏子叶中黄酮类化合物的研究表明，酶反应时将植物组织分解，较大提高了黄酮类化合物的提取率，比传统提取碱液提取效率要高很多，高小龙等[9]用碱液提取苏子叶中黄酮类化合，提取率为0.482 mg/g，而用纤维素酶法提取，提取率为1.609 mg/g，比传统碱液提取率高了3倍多，而且耗能少、污染少、操作相对简便。但是，温度、pH值、纤维素酶的浓度、提取时间和提取次数都会影响酶的活性，直接关系到黄酮类化合物的提取率，因而增强酶的活力是考察的重点方面。例如，可以对天然纤维素进行处理，以改变天然纤维素的结构，降低纤维素的结晶度，脱去木质素，以增加纤维素和纤维素酶的接触面积，提高纤维素酶的效率[10]。随着酶学的发展，纤维素酶在提取植物有效成分方面的应用必然有更为广阔的发展前景。

4 参考文献

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[2] 哈成勇.天然产物化学与应用[M].北京：化学工业出版社，2003：338.

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[6] 曹键，师俊玲.食品酶学[M].郑州：郑州大学出版社，2011：34

[7] 姜显光，侯冬岩，回瑞华，等.马兰叶中总黄酮的提取[J].天然产物研究与开发，2011，23（5）：967-969.

[8] 曹键，师俊玲.食品酶学[M].郑州：郑州大学出版社，2011：170