玉米秸秆半纤维素制备木糖醇的研究.pdf

第39卷第2期
应用化工
Vol. 39 No. 2
10年2月
Applied Chemical Industry
Feb.2010
玉米秸秆半纤维素制备木糖醇的研究
王海洪,孙晓锋,张广成,吴耀国
(西北工业大学应用化学系,陕西西安710072
摘要:首先采用无污染的碱性过氧化氢法研究了半纤维素的分离与提取,然后对提取的半纤维素分别进行化学
水解和酶水解比较,最后研究了水解液发酵制备木糖醇。结果表明,半纤维素分离提取的优化参数为:2%过氧化
氢,2%氢氧化钠,加热时间4h,反应温度75℃。使用CF3COOH水解半纤维素所得木糖含量为67%~73%,水解
率为76%~84%,稀盐酸预处理半纤维素再化学水解所得木糖含量高达88%,水解率上升至大约90%。半纤维素
的酶水解实验表明,木聚糖酶的水解专一性高于半纤维素酶,木聚糖酶水解率为38%~60%。在水解液发酵实验
中,酶水解液的木糖醇转化率高于化学水解液。另外,通过浓缩半纤维素水解液,提高发酵液的木糖初始浓度,有
利于菌株生长,可以提高木糖醇转化率。研究对于玉米秸秆半纤维素制备化学品具有一定的指导意义。
关键词:木糖醇;半纤维素;化学水解;酶水解;生物发酵
中图分类号:TQ314;TQ923文献标识码:A文章编号:1671-3206(2010)02-0161-06
Preparation of xylitol from corn stalk hemicelluloses
WANG Hai-hong, SUN Xiao-feng, ZHANG Guang-cheng, WU Yaoguo
Department of Chemistry, Northwestem Polytechnical University, Xi'an 710072, China)
Abstract: The extraction and separation of hemicelluloses by using alkali peroxide were studied, chemic
hydrolysis and enzymatic hydrolysis of extracted hemicelluloses were compared, and fermentation of the
hemicellulosic hydrolysate to prepare xylitol was researched. The experimental results showed that the o
timized parameters for isolation of hemicellulose was: 2% hydrogen peroxide, 2% sodium hydroxide, heat
ing time 4 h, reaction temperature 75 C. The content of xylose hydrolyzed hemicellulose by CF, COOH is
67%-73%, the hydrolysis rate is%84%. The xylose content with hydrochloric acid pretreament
rose o 88%, and the hydrolysis rate rose to around 90%o. The results of enzymatic hydrolysis show that
the specificity of xylanase is higher than hemicellulase. The hydrolysis rate of xylanase was about 38%
60%. The conversion rate of xylitol in enz matic hydrolysate is higher than chemical hydrolysis In addi
tion, concentrating the hemicellulosic hydrolysate o improve the initial concentration of xylose in fermen
tation broth is good for the growth of strains, which can improve the conversion rate of xylitol. The study on
preparation of chemicals from straw hemicelluloses is significant for future production
Key words xylitol hemicelluloses chemical hydrolysis; enzymatic hydrolysis; fermentation
玉米秸秆是廉价的可再生资源。将玉米秸秆中糖醇有一定的研究,但是对秸秆半纤维素先分离再
的半纤维素提取出来,再将半纤维素转化成木糖,最酶解发酵生产木糖醇的研究相对较少。秸秆直接水
后发酵生产木糖醇,对于植物资源利用、环境保护和解后木糖含量低,副产物比较多,而秸秆半纤维素中
可持续发展都具有重要意义。从玉米秸秆中分木糖含量达80%以上。 Damaso等用不含纤维素
离提取出半纤维素,再利用半纤维素水解液发酵生酶的木聚糖酶水解预处理后的玉米芯,最大的木糖
产木糖醇,与传统的高温高压催化加氢生产方法相得率是0.52y/g(对可利用的木聚糖)。陈洪章在
比,具有原料成本低、反应条件温和、能耗小、产品质木质纤维方面做了很多研究,利用汽爆法对木质纤
量好等优勢。
维原料组分进行了分离研究,半纤维素分离回收率
目前,国内外对玉米芯直接水解再发酵生产木达到80%(。 Sirisansaneeyakul等?在制备木糖醇
收稿日期:2009-12-08修改稿日期:2009-12-23
基金项目:国家自然科学基金项目(20707016);西北工业大学基础研究基金项目(W018107);西北工业大学“翱翔之星
项目(RO119
作者简介:王海洪(1987-),女,河北沧州人,西北工业大学在读硕士研究生,师从孙晓峰教授,从事天然高分子分离及转
化的研究。电话:15929729176,E-mail:xgdwhh(163.com