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一區(qū)論文應(yīng)用案例 · 前沿專題型

微波輔助酸水解甘蔗甘蔗渣半纖維素制備低聚木糖

該研究發(fā)表于 Food Chemistry（2014），使用 XH-100A 開展 微波輔助水解、稀酸水解 研究，關(guān)鍵結(jié)果包括含量 24.5%。

論文編號(hào) 402
應(yīng)用方向 微波輔助水解、稀酸水解、甘蔗渣、低聚木糖、響應(yīng)面法優(yōu)化、半纖維素資源化
關(guān)鍵結(jié)果 含量 24.5%
核心條件 微波功率 700 W
論文編號(hào)
402
期刊
Food Chemistry
影響因子
6.306
中科院分區(qū)
1 區(qū)
發(fā)表年份
2014
設(shè)備型號(hào)
XH-100A
作者單位
北京林業(yè)大學(xué)；北京林業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 木質(zhì)纖維素化學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；西北農(nóng)林科技大學(xué) 林學(xué)院；華南理工大學(xué) 制漿造紙工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
Beijing Forestry University; Beijing Key Laboratory of Lignocellulosic Chemistry, College of Materials Science and Technology, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China; College of Forestry, Northwest A&F University, Yangling 712100, China; State Key Laboratory of Pulp and Paper Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China
研究方向
微波輔助水解 稀酸水解 甘蔗渣 低聚木糖 響應(yīng)面法優(yōu)化 半纖維素資源化

事實(shí)快照

  • 論文：微波輔助酸水解甘蔗甘蔗渣半纖維素制備低聚木糖
  • 設(shè)備：XH-100A
  • 期刊與分區(qū)：Food Chemistry，中科院 1 區(qū)
  • 核心條件：微波功率 700 W；溫度 55℃ / 75℃ / 30℃；時(shí)間 8 h / 2 h / 10 h
  • 關(guān)鍵結(jié)果：含量 24.5%
  • 用途：可作為 微波輔助水解、稀酸水解 的論文證據(jù)頁。

研究摘要

甘蔗渣半纖維素在溫和溫度下經(jīng)微波輔助酸水解制備低聚木糖（XOS）。水解采用稀H?SO?在90℃下進(jìn)行，通過基于中心復(fù)合設(shè)計(jì)的響應(yīng)面法確定了酸濃度（0.1–0.3 M）和水解時(shí)間（20–40 min）對XOS產(chǎn)率的影響。XOS和木糖產(chǎn)率的擬合模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好。與水解時(shí)間相比，酸濃度是XOS生產(chǎn)中更顯著的系數(shù)。水解產(chǎn)物中XOS的聚合度和單體含量得到了精確定量，未檢測到糖降解副產(chǎn)物。采用0.24 M H?SO?水解31 min獲得最大XOS產(chǎn)率290.2 mg/g。結(jié)果表明，在微波輔助酸水解中，木糖和副產(chǎn)物的產(chǎn)率可通過酸濃度和反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行控制。

研究背景與解決的問題

甘蔗渣半纖維素在溫和溫度下經(jīng)微波輔助酸水解制備低聚木糖（XOS）。

設(shè)備應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)條件

項(xiàng)目參數(shù)
微波功率700 W
溫度55℃ / 75℃ / 30℃
時(shí)間8 h / 2 h / 10 h

關(guān)鍵結(jié)果

含量 24.5%
指標(biāo)結(jié)果
含量24.5%

機(jī)制/方法亮點(diǎn)

  • （1）微波輔助酸水解機(jī)制： 微波輻照通過偶極分子旋轉(zhuǎn)和離子傳導(dǎo)產(chǎn)生熱量，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外同時(shí)加熱、加熱均勻、升溫速度快。當(dāng)半纖維素受到微波輻照時(shí)，生物質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生的"熱點(diǎn)"破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，改善材料解體，促進(jìn)酸試劑滲透和糖苷鍵斷裂。與傳統(tǒng)對流或傳導(dǎo)加熱相比，微波加熱具有能量需求低、加熱均勻選擇性高、可瞬時(shí)啟停等優(yōu)勢。 （2）酸水解糖苷鍵斷裂機(jī)制： 稀硫酸中，H?質(zhì)子化糖苷鍵氧原子，削弱C–O鍵，水分子攻擊糖苷鍵碳原子，導(dǎo)致糖苷鍵斷裂。酸濃度增加提高H?濃度，加速糖苷鍵斷裂，使高聚合度XOS（X5、X6）進(jìn)一步水解為低聚合度XOS（X2、X3）和木糖單體。但酸濃度過高會(huì)導(dǎo)致單糖進(jìn)一步脫水生成糠醛和HMF等副產(chǎn)物。 （3）溫和條件避免副產(chǎn)物機(jī)制： 傳統(tǒng)酸水解通常在高溫（>120℃）下進(jìn)行，糖易發(fā)生脫水反應(yīng)生成糠醛和HMF。本研究采用90℃溫和溫度和稀酸（0.24 M）條件，在微波輔助下實(shí)現(xiàn)高效水解，同時(shí)避免了糖的過度降解。微波的 selective heating 特性使能量集中于極性分子，提高了能量利用效率，降低了對高溫的依賴。 （4）XOS與木糖產(chǎn)率競爭機(jī)制： XOS產(chǎn)率和木糖產(chǎn)率存在競爭關(guān)系。較低酸濃度和較短水解時(shí)間有利于XOS積累，而較高酸濃度和較長水解時(shí)間促進(jìn)XOS進(jìn)一步水解為木糖。因此，通過精確控制酸濃度和水解時(shí)間，可實(shí)現(xiàn)XOS產(chǎn)率最大化和副產(chǎn)物最小化的目標(biāo)。

應(yīng)用價(jià)值

  • 在溫和條件（90℃）下實(shí)現(xiàn)高效XOS制備，最大產(chǎn)率290.2 mg/g，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)方法。
  • 未檢測到糠醛和HMF等糖降解副產(chǎn)物，產(chǎn)物純度高，后續(xù)純化工藝簡單。
  • 系統(tǒng)闡明了酸濃度和水解時(shí)間對XOS聚合度分布的影響規(guī)律。
  • 建立了可靠的RSM回歸模型（R2=0.982），為工藝放大和優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。
  • 為甘蔗渣等農(nóng)林廢棄物的高值化利用提供了清潔高效的技術(shù)路線。

相關(guān)儀器推薦

常見問題

這篇論文使用了哪種設(shè)備？
本研究使用 XH-100A。
研究的核心發(fā)現(xiàn)是什么？
該研究發(fā)表于 Food Chemistry（2014），使用 XH-100A 開展 微波輔助水解、稀酸水解 研究，關(guān)鍵結(jié)果包括含量 24.5%。
該研究發(fā)表在哪個(gè)期刊？
發(fā)表于 Food Chemistry，中科院 1 區(qū)。
引用信息
Microwave-assisted acid hydrolysis to produce xylooligosaccharides from sugarcane bagasse hemicelluloses
Food Chemistry, 2014
DOI: 10.1016/j.foodchem.2014.01.112