做座麦草热水预水解产物分析及木糖生成模型

麦草热水预水解产物分析及木糖生成模型

预水解的方法有酸预水解、碱预水解、热水预水解和饱和蒸汽预水解等，其中热水预水解最具环保和成本优势。热水预水解即自催化预处理，在高温热水中半纤维素因乙酰基降解成乙酸而催化自身降解。人们对热水预水解去除半纤维素的工艺规律已有较清楚的认识。但对热水预水解过程中产生的多种二次降解物的产生规律及其发酵抑制作用规律的研究尚不够。本课题探究了麦草热水预水解过程中糖类（阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖和木糖）和发酵抑制物（甲酸、乙酸、5-HMF）的生成规律，同时建立了木糖生成的二次多项式数学模型，为麦草水解液的后续应用提供技术和理论依据。

水解温度对糖类与发酵抑制物生成的影响

通过离子色谱和高效液相色谱检测水解时间60min、固液比1：12、水解温度℃的水解液中阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、甘露糖的含量，结果如图1所示。从图1中可以看出，阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖含量远小于木糖的含量，没有检测到甘露糖的存在。其中阿拉伯糖和葡萄糖的含量随着水解温度的升高逐渐降低，半乳糖的含量基本不变。

甲酸、乙酸、5-羟甲基糠醛（5-HM这项任务只会愈来愈难F）、糠醛的含量，结果如图2所示。从图2中可以看出，甲酸、乙酸、5-HMF和糠醛的生成量都会随着水解温度的升高逐渐升高。

水解时间对糖类与发酵抑制物生成的影响

通过离子色谱和高效液相色谱检测水解时间 min、固液比1：12、水解温度170℃的水解液中阿拉伯糖、半乳糖、木糖、葡萄糖、甘露糖的含量结果如图3所示。从图3中可以看出，阿拉伯糖的含量随着水解时间的延长逐渐降低，说明阿拉伯糖在短时间内大部分水解后应重新对检测方法进行验证及确认逐渐降解成其他物质，而葡萄糖和半乳糖的生成量基本不变。

甲酸、乙酸、5-HMF和糠醛的含量结果如图4所示。从图4中可以看出，甲酸与5-HMF的生成量随着水解时间的延长没有明显变化，而乙酸和糠醛的生成量随着水解时间的延长逐渐升高。

木糖生成模型的建立与检验

利用Design Expert软件进行多回归拟合，获得响应值木糖回收率R对影响木糖生成量的关键因素为固液比A、水解时间B和水解温度C的二次多项式回归模型。

为了验证木糖生成模型的有效性，在固液比1：11.67、水解时间57.76min和水解温度173. 93℃条件下进行了5组模型验证实验，其结果见表5。

由表5可知，木糖生成的预测值与实际值相近，相对误差均在2%以下，表明应用响应面法优化麦草热水预水解过程中木糖生成条件的关键因子是可行的。

热水预水解过程中，随着水解温度（℃）的升高，阿拉伯糖和葡萄糖的生成量降低，半乳糖的生成量不变，木糖生成量先升高再降低，所有发酵抑制物的生成量都会升高。随着水解时间（min）的延长，阿拉伯糖的生成量降低，葡萄糖和半乳糖的生成量基本不变，木糖的生成量先升高后降低，发酵抑制物中乙酸和糠醛的生成量升高，甲酸和5-羟甲基糠醛的铁路车辆必须舍友和缓衰减机械震动的弹簧悬挂装置生成量基本不变。