一种实现麦草高效酶水解的工艺流程设计(编辑修改稿)

一种实现麦草高效酶水解的工艺流程设计(编辑修改稿)内容摘要：

前，先进行预热。 经过 一段时间 ，让温度提前加热到比所需高 50 ℃ 的温度 ，再把蒸煮罐放入空气浴 装置 中，可以使蒸煮罐的温度迅速上升(大约每分钟升 3 ℃ )，当温度达到 90 ℃左右时温度上升的趋势会明显下降。 随后，当温度接近所需温度时（与蒸煮温度 相 差 15 ℃），把空气浴的 设定 温度调回蒸煮温度，以防最后保温阶段冲过蒸煮温度。 天津科技大学 20xx 届本科生毕业设计 11 图 22 升温趋势图 （五）预浸渍 将麦草取出，用快速水分测定仪测定其干度， 计算 上一步预提取得率，加入 NaOH 和 Na2SO3进行预浸渍。 预浸渍的条件如下： NaOH 用量为 3%， Na2SO3用量为 4%，预浸渍温度为 80 ℃，预浸渍时间为 30 min。 向装有一定量麦秆的密封袋中按 3% NaOH 和 4% Na2SO3加入药品，加蒸馏水使浆浓达到 20%，将密封袋封好，将麦秆和药品充分地混合均匀后充分浸没在水浴 锅 中，每隔 15 min 揉搓一次，以保证预浸渍的均匀。 预浸渍时间达到 30 min后，迅速取出，开始第一段磨浆。 （六） 第一段磨浆 第一段磨浆的 磨浆条件为：磨浆浓度为 20%，磨浆压力为 兆帕，通汽加热时间为 3 min，磨浆时间为 5 min。 关闭所有通汽阀门，将蒸煮锅内注满水，密封好后，加热， 兆帕小放气一次以消除锅体内的假压，同时排出积存在磨浆室外套中的水，便于升温。 之后关闭所有的通汽阀门，继续加热直至锅体内的压力达到所需要求为止。 将经过预浸渍的麦秆均匀 地 放入压力磨浆机的磨浆室内，将盖封好，打开通气阀门，给磨浆室和外套加热。 然后开始给磨浆室内加压，调节通汽阀门，使磨浆室内的蒸汽压力为 兆帕，维持 3 min。 通汽加压结束后，立即关闭所 有的通汽阀门，打开电源开始磨浆，磨浆时间为 5 min。 磨浆结束后，打开前盖阀门放气，待磨浆室内的压力降到常压后，开盖，将磨好的浆料取出，迅速进行第二段磨浆。 （ 七 ） 第二段磨浆 第二段磨浆是用常压磨浆机进行的，可以调节两磨盘间的间隙，从而调节磨天津科技大学 20xx 届本科生毕业设计 12 浆的程度。 第二段磨浆与第一段磨浆浓度相当，浆浓都在 20%。 常压磨浆机需要提前预热 40 min，之后调节常压磨浆机的磨盘间隙为 mm，打开冷却水和磨浆机开关，将第一段磨浆磨好的浆料缓慢均匀的加入磨浆机内进行磨浆，将磨好的浆收集起来，平衡水分，等待下一步处理。 （ 八 ） 消潜 根据浆料的干度算出浆料的绝干量根据浆浓算出所需要的水量，后把浆放入桶中，在 3%浆浓， 95 ℃的条件下消潜 40 min 后即可进行下一步。 （ 九 ） 筛选 将消潜后的浆料，疏解之后用方形振动筛来进行筛选，筛板选用 mm 的筛缝。 将筛后的浆渣再筛 1 至 2 次，把浆渣收集起来，放入称量瓶（事先已经在105177。 2 ℃条件下恒重 4 小时）中，置于烘箱中，于 105177。 2 ℃条件下烘干至恒重，以测定浆渣的含量。 将收集到的良浆，甩干储存于密封袋中，置于冷库中冷藏。 （ 十 ） 打浆和葡萄糖含量测定 打浆用 PFI 打浆机进 行，打浆条件是：浆浓 10%，绝干 30 g 进行打浆。 将冷藏的浆料取出，用快速水分测定仪测定水分含量，然后称取绝干 30 g浆料（另取 2 g 绝干浆料测定初始打浆度），加水调节浓度到 2%后 进行 10000 转疏解后甩干并调 节 浆浓到 10%。 将调好的浆料放入 PFI 打浆机内，启动打浆，打到一定转数后，停止打浆，取出 20 g 浆料再测定打浆度，若打浆度达到 65177。 5 176。 SR，则浆料已经符合要求；若不足，则继续打浆，直至达到要求为止；若超过 70 176。 SR，则另取浆料重新打浆。 在 500 mL 锥形瓶中加入 200 mL， pH 为 的 乙酸 乙酸钠缓冲溶液，二糖酶和内切酶用量为 700 IU/g 和 257 IU/g，底物浓度为 %（质量浓度），温度50 ℃，摇床转速为 160 r/min，水解时间为 90 h。 分别过 h， h， 1 h， 1 h，1 h， 2 h， 12 h， 12 h， 12 h， 12 h， 12 h， 12 h,从锥形瓶中取出 mL 水解液，置于沸水中煮 5 min，使酶失活，待冷却至室温后测 定 葡萄糖含量。 用生物传感分析仪测定葡萄糖的浓度。 第四节 方法 一、试样的组分分析方法 （一）试样制备： 按照 GB/T — 1993 进行原料分析试样的采取。 （二）水分测定 按照 GB/T — 1993 进行造纸原料水分的测定。 （三）灰分测定 按照 GB/T — 1993 进行造纸原料的灰分含量测定。 天津科技大学 20xx 届本科生毕业设计 13 （四）抽出物含量测定 参照 GB/T — 1994 的方法进行造纸原料的抽出物含量测定。 （五）综纤维素含量测定 采用亚氯酸钠法测定综纤维素，按照 GB/T — 1995 的国家标准流程进行。 （六）聚戊糖含量的测定 参照 GB/T — 1994 的国家标准流程进行造纸原料的聚戊糖含量测定。 （七）酸不溶木素含量的测定 参照 GB/T — 1994的国家标准流程进行造纸原料的酸不溶木素含量的测定。 （八） 酸溶木素含量的测定 参照 GB/T10337— 1989的国家标准方法测定造纸原料中的酸溶木素的含量。 二、预提取液分析与测定 （一）预提取液组分分析 （ 1）取 1 mL用酸处理过的麦草得到的预提取液，提取液先通过 nm微孔滤膜； 后用高效液相色谱 (HPLC)可测定葡萄糖、木糖、乙酸和糠醛浓度。 重复实验三次，并计算平均值。 （ 2）取 1 mL用碱处理过的麦草得到的预提取液，用 4%H2SO4调节 pH值到1~3，先通过 nm微孔滤膜；然后 用高效液相色谱 (HPLC)可测定葡萄糖、木糖、乙酸和糠醛浓度。 重复实验三次，并计算平均值。 （二）液相色谱分析条件 色谱柱： Biorad Aminex HPX87H； 检测器：示差折光检测器； 流动相： mol/L H2SO4； 流速： mL/min； 进样量： 10 μL。 （三 ）溶液的配置 （ 1） 20 mg/mL 标准母液：准确称取 2 g（精确到 g）经过干燥至恒重的葡萄糖分别用纯净水定容 于 1000 mL 的容量 瓶中。 （ 2） 4 mg/mL 标准葡萄糖溶液，用移液管准确吸取 mL 葡萄糖标准母液，用纯净水定容于 10 mL 容量瓶中。 （ 3） 2 mg/mL 标准葡萄糖溶液，用移液管准确吸取 mL 葡萄糖标准母液，用纯净水定容于 10 mL 容量瓶中。 （ 4） 1 mg/mL 标准葡萄糖溶液，用移液管准确吸取 mL 葡萄糖标准母液，用纯净水定容于 10 mL 容量瓶中。 （ 5） mg/mL 标准葡萄糖溶液，用移液管准确吸取 mL 葡萄糖标准母液，天津科技大学 20xx 届本科生毕业设计 14 用纯净水定容于 10 mL 容量瓶中。 （ 6） mg/mL 标准葡萄糖溶液，用移液管准确吸取 mL 葡萄糖标准母液，用纯净水定容于 10 mL 容量瓶中。 （ 7） mg/mL 标准葡萄糖溶液，用移液管准确吸取 mL 葡萄糖标准母液，用纯净水定容于 10 mL 容量瓶中。 （ 8） mg/mL 标准葡萄糖溶液，用移液管准确吸取 mL 葡萄糖标准母液，用纯净水定容于 10 mL 容量瓶中。 （四 ） 葡萄糖标准曲线的绘制 配置好的 mg/mL， mg/mL， mg/mL， mg/mL， 1 mg/mL，2 mg/mL， 4 mg/mL 的葡萄糖标准溶液，分别进行液相色谱分析，得到各种葡萄糖浓度所对应的色谱峰面积。 以峰面积为横坐标，以葡萄糖浓度为纵坐标绘制葡萄糖标准工作曲线。 y = 0 . 7 8 6 1 x + 0 . 0 0 0 6R2 = 1y = 0 . 7 9 1 6 x + 0 . 0 0 1 2R2 = 1y = 0 . 7 3 3 5 x + 0 . 0 0 1 7R2 = 10 1 2 3 4 5 6峰面积* 105浓度（mg/g)葡萄糖木糖阿拉伯糖 图 23 葡萄糖，木糖，阿拉伯糖标准曲线 （五） 计算方法 水解液中葡萄糖质量（ g） =葡萄糖浓度（ mg/mL） 体积 （ 21） 酶水解转化率 =（ 水解液葡萄糖 含量 /底物 葡萄糖含量） 100% （ 22） 第五节 结果与讨论 一、麦草的预提取率及最终得率 麦草的化学法预处理有三大类 ：酸预处理法，碱预处理法和有机溶 剂预处理法。 本实验分别用三种不同的预处理方式对麦草进行预处理（ 硫酸、氢氧化钠、乙酸），从表 25 中可以看出，经过预处理的六组麦草都有一定的预提取率，不同条件下麦草的 预提取率差别较大，选择合适的预处理条件可以有效的增大预提天津科技大学 20xx 届本科生毕业设计 15 取率。 本实验中 麦草最终的得率 均 小于空白样，说明经过预处理后的麦草或多或少的转化为了其他物质，分离出去。 其中预处理效果最强的是碱预处理，实验中可以很明显的观察到碱预处理过的麦秆成近乎浆状，预处理液为黑色。 而同为碱法预处理，碱浓度、温度和保温时间都会影响预处理的程 度。 想要加强预处理程度可以适当加强碱浓度，延长保温时间，提高蒸煮温度。 其次是加入硫酸的麦草，麦草的形状明显发生变化，预处理液为黄色。 同是酸预处理，在更高的蒸煮温度和保温时间下的预提取率比低温，高浓下预提取率明显高出一大截。 加入有机溶剂乙酸的麦草预处理效果最差，麦草形状变化不明显，发硬，预处理液是浅黄色。 同样经过预浸渍、一段压力磨、二段常压磨、消潜、筛选后，最终的得率与之前相反，用碱预处理法的麦草得率最低，加入硫酸的麦草得率次之，而加入乙酸的得率最高。 可以看出碱预处理的效果是非常好的，受温度影响不大，而酸预处 理法和有机溶剂预处理法受温度的影响非常大，低温时的预提取率很低。 但是酸高温时的预提取率却很高。 综合考虑药品成本、预提取率、最终得率、时间等因素，工厂选取预处理方式最好是酸法预处理。 表 25 麦草预处理条件、预提取率、最终得率 序号 药品用量 温度 ℃ 保温时间 min 预提取 率 % 最终得 率 % 空白 无 0 0 A1 60% HAc(v/v)， % H2SO4 (w/w) 115 ℃ 90 A2 60% HAc (v/v) 115 ℃ 90 B1 15% NaOH (w/w) 130 ℃ 30 B2 10% NaOH (w/w) 150 ℃ 50 C1 % H2SO4 (w/w) 130 ℃ 30 C2 % H2SO4 (w/w) 150 ℃ 50 二、 预提取液中组分的液相测定 从表 26中可以看出，通过酸法预处理和碱法预处理后，对预提取液进行液相处理。 大部分的半纤维素都转化为木糖，少部 分转化成葡萄糖。 同样是酸预处理，高温预处理会使预处理液中的葡萄糖浓度上升，木糖浓度上升。 半纤维素转化成单糖的比例上升。 而对于碱法预处理，也是高温能够使半纤维素转化单糖的比例高。 建议工厂中提高半纤维转化率可以提高预处理的温度。 天津科技大学 20xx 届本科生毕业设计 16 表 26 预提取液组分的液相测定 预处理条件 预处理液中葡萄糖 （ %对原料麦草） 预处理液中木糖 （ %对原料麦草） 阿拉伯糖 （ %对原料麦草） 130 ℃， % H2SO4 (w/w)， 30 min 150 ℃， % H2SO4 (w/w)， 50 min 130 ℃， 15% NaOH (w/w)， 30 min 150 ℃， 10% NaOH (w/w)， 50 min 三、 水解液中固含量的测定 从固含量的测定可以看出，碱预处理过的麦草水解液中的固含量很高。 其次，从表中可以很明显的看出，温度也是决定固含量的一个重要指。