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纖維素乙醇范文第1篇

關鍵詞：木質纖維素生物質；預處理；纖維素乙醇；酶法水解；發(fā)酵；纖維素；半纖維素；木質素

牛皮紙漿的糖化與同步糖化及發(fā)酵

吳卓晶

纖維素乙醇范文第2篇

（浙江農(nóng)林大學工程學院，浙江 臨安311300）

摘要：以竹（Bambusa emeiensis）漿粕為原料，不同含水率的異丙醇和乙醇為反應介質，采用淤漿法制備羧甲基纖維素（CMC），并通過氣相色譜法（GC）、傅里葉變換紅外光譜法（FTIR）和X－射線衍射法（XRD）對原料和產(chǎn)物的結構和性能進行表征。結果表明，制備CMC的堿化和醚化條件及用量為竹漿粕5 g，30％的氫氧化鈉17．5 mL，氯乙酸11．5 g，堿化溫度25 ℃，醚化溫度60 ℃，得到的最佳反應介質是含水率10％的乙醇。在此工藝條件下，CMC的增重率和黏度分別為30％和1 720 mPa·s。

關鍵詞 ：竹（Bambusa emeiensis）漿粕；反應介質；含水率；羧甲基纖維素；增重率；黏度

中圖分類號：Q81文獻標識碼：A文章編號：0439－8114（2015）03－0661-04

羧甲基纖維素（Carboxymethyl cellulose， CMC）是一種用途廣，發(fā)展迅速的重要水溶性高分子纖維素醚，因具有優(yōu)良的增稠、乳化、懸浮、分散、穩(wěn)定、保水、膨化、賦形等功能，被廣泛應用于食品、日化、醫(yī)藥、造紙、紡織、石油、建筑等領域，有著很好的應用前景，享有“工業(yè)味精”的美譽［1］。CMC是天然纖維素與氫氧化鈉在溶劑中反應生成堿纖維素，再與氯乙酸反應生成CMC產(chǎn)品。CMC的重要指標有取代度和黏度。取代度是纖維素分子中葡萄糖基的羥基被羧甲基鈉取代的數(shù)目，由于每個葡萄糖基上只有3個自由羥基可發(fā)生取代反應，所以其取代度最大是3［2］。CMC的黏度高低與原料的聚合度和α－纖維素含量有關，生產(chǎn)高黏度的CMC，就需要以高聚合度的精制棉［3，4］為原料加以制備，這是工業(yè)生產(chǎn)的普遍做法，具有一般代表性。本試驗以竹（Bambusa emeiensis）漿粕為原料，采用淤漿法制備羧甲基纖維素，并且以黏度為主要評價指標，尋找合成高性能CMC的最優(yōu)反應介質，以期為制備羧甲基纖維素提供參考。

1材料與方法

1．1材料與試劑

材料：粉碎過40目的四川永豐造紙廠慈竹（Bambusa emeiensis）硫酸鹽漿粕（竹漿粕）。

試劑：無水乙醇、氫氧化鈉、氯乙酸、乙酸，均為分析純。

1．2儀器與設備

恒溫水浴鍋、恒速攪拌器、循環(huán)水式多用真空泵、微型植物粉碎機（FZ 102型）、送風定溫干燥箱（WFO－710型）、分析天平（BS 224 S型）、旋轉黏度計（HAAKE Viscotester 6 plus型）、氣象色譜儀（GC－2010型）、傅里葉變換紅外光譜儀（IR Prestige－21型）、X－射線衍射儀（XRD 6000型）。

1．3試驗原理

纖維素與堿反應生成堿纖維素，簡稱堿化。堿化、醚化等主要反應

參考文獻［5］。

1．4竹漿粕糖基組成及含量分析

糖基組成分析采用硫酸水解法，將高聚糖完全水解為中性糖和酸性糖，采用氣相色譜法定量（Alditol－acetate procedure）［6］。在10 mL容積的玻璃試管中放入約20 mg材料，加入0．125 mL的72％硫酸，在室溫下反應1 h后，加去離子水稀釋成4％的硫酸，在121 ℃下水解60 min，冷卻后加入內(nèi)標肌醇充分混勻。用氨水將反應物pH調(diào)至中性，加入氫硼化鈉還原反應液使其成為糖醇，用乙酸酐將糖醇乙?；?，轉入到2 mL小試管中，用高壓氮氣濃縮，按照以下條件進行氣相色譜分析。分析柱用TC17毛細管柱 （25 m×0．25 mm，id），柱溫210 ℃、恒溫保持30 min，進樣口溫度和氫火焰檢測器溫度均為250 ℃。

1．5CMC的制備

量取不同含水率的異丙醇和乙醇溶液150 mL倒入250 mL三口圓底燒瓶中，然后再向三口圓底燒瓶滴加30％的NaOH 17．5 mL，并用玻璃棒攪拌均勻，最后加入5 g竹漿粕，在25 ℃下恒溫攪拌60 min。堿化60 min后，向三口圓底燒瓶中加入11．5 g氯乙酸，并且在60 ℃下恒溫攪拌120 min，得到CMC粗品。隨后加入一定濃度的乙酸，在室溫下中和至pH 7～8，然后用80％的乙醇洗滌2次，再用無水乙醇洗滌1次，每次200 mL，抽濾后在50 ℃下干燥至恒重，制得CMC成品。

1．6CMC增重率測定

竹漿粕質量為W0，CMC干燥至恒重測量其質量，記為W，則增重率公式為：

增重率＝（W－W0）／W0×100％

1．7CMC黏度的測定

采用黏度計（HAAKE Viscotester 6 plus型）測定2％ CMC水溶液的黏度：稱取絕干的CMC 2 g，配成2％ CMC水溶液，通過攪拌使其全部溶解均勻，然后倒入小瓶內(nèi)，選定合適的轉子，于25 ℃下測定CMC的黏度。

2結果與分析

2．1竹漿粕糖基組成及含量分析

α－纖維素含量是表征漿粕質量最重要的指標，漿粕中α－纖維素含量高，有利于均勻地吸收堿液制得膨化均勻的堿纖維素，提高醚化反應的效率和反應均勻性，從而提高CMC產(chǎn)品的黏度和取代度［3］。α－纖維素是由β－D－吡喃型葡萄糖基以1，4苷鍵連接而成的線型高分子，其葡萄糖基的數(shù)量，即聚合度直接影響CMC水溶液黏度［7］。葡萄糖主要是α－纖維素的降解產(chǎn)物，得率為79．0％（為竹漿粕絕干重的百分比）。木糖得率為20．3％，是竹漿粕半纖維素的主要組分。阿拉伯糖得率為0．7％。半纖維素是具有支鏈、分子質量較纖維素低的非均一高聚糖，因此半纖維素的存在使α－纖維素含量減少，聚合度降低，但在工業(yè)生產(chǎn)中，為保證漿粕得率，盡量保留半纖維素。本研究采用半纖維素含量為20．3％的竹漿粕為原料，采用淤漿法制備CMC，研究不同反應介質及其含水率對CMC增重率和黏度的影響，確立最佳工藝條件。

2．2最優(yōu)反應介質及其含水率的確定

為了取得高黏度CMC的最優(yōu)反應介質及其含水率，分別選取常用的異丙醇和乙醇作為反應介質，然后設計不同含水率，分別是0、5％、10％、15％，共進行了8組試驗，結果如圖1和圖2所示。由圖1和圖2可知，無論反應介質是異丙醇還是乙醇，均是在含水率10％時所制得的產(chǎn)物CMC的增重率和黏度最大。但是含水率10％的乙醇溶劑相對于含水率10％的異丙醇制得的CMC性能更優(yōu)。說明該工藝制備CMC的最優(yōu)反應介質是含水率10％的乙醇溶劑，所得到的CMC的增重率和黏度分別是30％和1 720 mPa·s。

2．3CMC的結構表征

如圖3和圖4所示，試驗制得的羧甲基纖維素均在1 605 cm－1附近出現(xiàn)了強烈的吸收峰，這是羧甲基纖維素－CH2COONa基團中－C＝O的伸縮振動，從而證明了羧甲基化反應的完成［8］，進而說明了試驗所得的產(chǎn)物均是羧甲基纖維素。3 441 cm－1附近的吸收峰表示羥基－OH的振動吸收峰，2 922 cm－1附近的吸收峰表示亞甲基－CH的伸縮振動，1 417 cm－1和1 325 cm－1附近的吸收峰分別代表－CH2和－OH的伸縮振動峰，1 065～1 160 cm－1是纖維素骨架－CH－O－CH2的振動區(qū)域［8，9］。

2．4原料與堿性纖維素的結晶性能

原料與堿性纖維素的XRD譜圖如圖5和圖6所示。原料的X射線衍射峰的半圓錐角（2θ）出現(xiàn)在16．3　°、22．2　°、34．3　°，分別為天然纖維素101、101、002晶格面的衍射峰［10］，屬于典型的纖維素Ⅰ型的特征峰。除了f和g在16．3　°有明顯的衍射峰，其他的堿性纖維素在該處的衍射峰基本上消失了。f和g在22．0　°附近有較強的衍射峰，說明它們的纖維素Ⅰ型結構發(fā)生了較小的晶型變化。h和i的主要衍射峰出現(xiàn)在21．0　°左右，b、c、d和e的主要衍射峰均出現(xiàn)20．6 °左右，而22．2 °的衍射峰基本上消失了，這說明它們經(jīng)過堿化后已經(jīng)由纖維素Ⅰ型的結構變成了另外一種結構。由衍射峰的位置可以推斷，這種結構為纖維素Ⅱ型［11］。結合表2中堿性纖維素結晶度的變化可知，天然纖維素的結晶已經(jīng)被不同程度地破壞了。

由純異丙醇為反應介質制備的堿性纖維素的結晶度較純乙醇制備的堿性纖維素?。?2］。這是因為在純乙醇溶劑中，由于乙醇的極性大，NaOH在乙醇中的溶解度高，NaOH、水和乙醇幾乎屬于均相共存，當堿用量一定時，乙醇的存在使體系中的NaOH濃度明顯降低；另外，由于Na＋外層同時吸附有乙醇和水分子，水化離子半徑較大，不利于其向纖維原纖間滲透，過渡區(qū)氫鍵打開遲緩，更難進入結晶區(qū)。而NaOH在異丙醇中的溶解度較低，減小了水合離子的尺寸，易于滲進原纖之間，拉大原纖間距離，過渡區(qū)大分子間、分子內(nèi)氫鍵被迅速破壞。相對于純乙醇溶劑，Na＋在異丙醇體系中的濃度更高，并且其水合離子外層更多的是水分子，尺寸較小，易于滲透并被纖維素有效吸附，可有效拉大原纖間距離，加速過渡區(qū)乃至結晶區(qū)分子間、分子內(nèi)氫鍵的破壞，所以其結晶度相對較小，堿化效果更好。

對于同一反應介質，隨著含水率的增加，堿性纖維素的結晶度呈先減小后增大的趨勢。這是因為溶劑中含水率的增加可能使部分貫穿于竹漿粕纖維素中的半纖維素分離出來，從而使得Na＋更易于滲透并被纖維素有效地吸附，加速了過渡區(qū)紅外結晶區(qū)分子間、分子內(nèi)氫鍵的破壞；但是隨著含水率的繼續(xù)增加，NaOH濃度明顯降低，且Na＋的水合離子半徑變大，不利于其向纖維原纖間滲透，以及對過渡區(qū)和結晶區(qū)氫鍵的破壞。所以，反應介質含水率的增加使得堿性纖維素的結晶度呈先減小后增大的趨勢。

由于堿性纖維素結晶度的減小更有利于氯乙酸的充分反應，從而使制得的CMC的性能指標更優(yōu)，這與本試驗結果中CMC的增重率和黏度的變化相一致。

3結論

1）以半纖維素含量20．3％的竹漿粕為原料，可制得高增重率（30％）和高黏度（1 720 mPa·s）的羧甲基纖維素產(chǎn)品。

2）以竹漿粕為原料制備高性能羧甲基纖維素的最佳反應介質是含水率為10％的乙醇。

3）純異丙醇相較于乙醇制備的堿性纖維素，前者的堿化效果更好。對于同一種介質，隨著含水率的增加，堿性纖維素的結晶度呈先減小后增大的趨勢。

參考文獻：

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［10］ AKIRA I． Cellulose Material Science［M］． Tokyo： The University of Tokyo Press，2001．

纖維素乙醇范文第3篇

【摘要】

目的對細菌纖維素高產(chǎn)菌株葡糖醋桿菌G-29進行發(fā)酵優(yōu)化，以提高其細菌纖維素合成能力。方法采用基于非完全平衡塊原理的Plackett-Burman(PB) 試驗設計法，篩選出了3個主要影響因子：混合碳源（葡萄糖∶蔗糖=1∶2），MgSO4，乙醇，然后采用Box-Behnten中心，組合試驗設計和響應面分析方法（RSM）確定其最佳濃度分別為混合碳原52.3g/L，MgSO40.159 8 g/L，乙醇32.5 ml/L。用掃描電鏡觀察了細菌纖維素的形態(tài)結構，并通過X射線衍射分析其在干態(tài)下和濕態(tài)下的最佳結構。結果在優(yōu)化培養(yǎng)基條件下，菌株G-29發(fā)酵生產(chǎn)細菌纖維素的產(chǎn)量為11.83 g/L，是優(yōu)化前產(chǎn)量（6.20 g/L）的1.9倍。結論PB試驗和RSM相結合的試驗方法，用于優(yōu)化G-29發(fā)酵培養(yǎng)基，不僅科學合理而且準確有效。

【關鍵詞】 葡糖醋桿菌屬 細菌纖維素 Plackett-Burman設計 響應面分析

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

細菌纖維素(Bacterial cellulose，簡稱 BC)是由部分細菌產(chǎn)生的一類高分子化合物，在化學組成和結構上同植物纖維相同，都是由D-葡萄糖以β-1，4糖苷鍵連接形成直鏈多糖，再經(jīng)聚合而成。與植物纖維不同的是細菌纖維素是以單一纖維形式存在，純度極高，不摻雜如植物纖維中的半纖維素或木質素等其它多糖類［1］，因此其具有抗拉強度高、 楊氏模量高、良好的生物適應性以及優(yōu)良的持水性和通透性等特點［2］。除了可用作膳食纖維和食品成型劑，還可用于生產(chǎn)紗布、繃帶、人造皮膚等生物醫(yī)學用品，有利于皮膚組織生長和限制感染。

自1987年以來，已有很多關于細菌纖維素膜用于燒傷、燙傷、皮膚移植等治療的報道，目前已發(fā)展出紗布、繃帶和“創(chuàng)可貼”等各種傷科敷料商品。它具有在傷口中維持濕的環(huán)境，防止體液流出，保持高機械強度，對液、氣具有良好通透性，與皮膚相容性好、無毒、不發(fā)熱，良好的防菌和隔離性等眾多特點，均優(yōu)于當今其它人造皮膚和傷科敷料。早在20世紀80年代初，巴西的Biofill公司就開始了用細菌纖維素膜制造傷科敷料的研究，成功開發(fā)出人造動脈，人造血管與人造皮膚等醫(yī)療用品［3］，并已成功地應用于處理皮膚移植和慢性皮膚潰瘍。這種材料可有效緩解疼痛，防止細菌感染，有利于皮膚組織生長，促進傷口愈合，對水分及電解物有良好的通透性，與傳統(tǒng)的材料相比，這種材料成本低，處理時間短，更有利于健康皮膚的生長［4］。除此之外，細菌纖維素還可作為緩釋藥物的載體，軟骨組織工程的支架材料［5］等。

能產(chǎn)生細菌纖維素的細菌種類較多，常見的有醋酸菌屬、土壤桿菌屬、假單胞桿菌屬、無色桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、氣桿菌屬、固氮菌屬、根瘤菌屬和八疊球菌屬等9個屬中的某些種。其中醋酸菌屬中的木醋桿菌（Acetobacter xylinum）是最早被發(fā)現(xiàn)同時也是研究較為透徹的纖維素產(chǎn)生菌，現(xiàn)已作為研究纖維素生物合成過程和機制的模式菌株。根據(jù)《伯杰氏系統(tǒng)細菌學手冊》第9版，木醋桿菌已被劃分到葡糖醋桿菌屬（Gluconacetobacter）中，改為木葡糖醋桿菌（Gluconacetobacter xylinum）。

近幾年關于細菌纖維素生產(chǎn)合成的研究仍多以木葡糖醋桿菌或其變種做為試驗菌種，為此，本實驗室分離篩選出一株細菌纖維素高產(chǎn)菌G-29，并經(jīng)16S rDNA測序鑒定該菌為葡糖醋桿菌屬中一個新的菌種。

本實驗以G-29為試驗菌種，在前期試驗的基礎上，利用響應面分析法［6］，對其發(fā)酵培養(yǎng)基的諸多營養(yǎng)因素進行考察和評價，并確定了細菌纖維素合成的重要影響因子的最優(yōu)水平，取得了較好的發(fā)酵效果，為進一步提高其產(chǎn)量和后續(xù)的放大培養(yǎng)奠定基礎。

1 材料

1.1 菌種來源葡糖醋桿菌（Gluconacetobacter sp.）G-29，由本實驗室課題組2008年從成都市所采集的水果樣品中分離獲得，保存于四川大學生物資源與生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室。

1.2 培養(yǎng)基斜面培養(yǎng)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，瓊脂18 g/L，pH6.0；種子培養(yǎng)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；用于響應面分析的基礎發(fā)酵培養(yǎng)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；優(yōu)化后的發(fā)酵培養(yǎng)基：混合碳源52.3 g/L（葡萄糖:蔗糖＝1:2），酵母膏8 g/L，F(xiàn)eSO4 0.2 g/L，MgSO4 0.159 g/L，Na2HPO4 2 g/L，檸檬酸1 g/L，乙醇32.5 ml/L，pH 6.5。

1.3 培養(yǎng)條件挑取一環(huán)活化的斜面菌種至裝有100 ml種子培養(yǎng)基的250 ml三角瓶中，30℃，110 r/min振蕩培養(yǎng)24 h，然后按照8％的接種量，將種子培養(yǎng)基接入裝有100 ml發(fā)酵培養(yǎng)基的250 ml三角瓶中，8層紗布封口，30℃靜置培養(yǎng)7 d。

2 方法

2.1 細菌纖維素的產(chǎn)量測定從培養(yǎng)基中取出纖維素膜，用水多次沖洗，除去膜表面培養(yǎng)基及雜質。再將膜浸泡于0.1 mol/L的NaOH溶液，100℃煮沸20 min，去除液膜中的菌體和殘留培養(yǎng)基，膜呈乳白色半透明。然后用蒸餾水多次沖洗，用pH試紙輕壓膜測pH值，約7.2，80℃干燥至恒重。纖維素含量用g/L表示。

2.2 發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化方法Plackett-Burman設計、Box-Behnken中心試驗設計及響應面分析。

3 結果

3.1 Plackett-Burman設計法篩選重要因素 根據(jù)筆者前期實驗，本研究選取混合碳源（葡萄糖∶蔗糖=1∶2），酵母膏，F(xiàn)eSO4，Na2HPO4，MgSO4，檸檬酸、乙醇作為PB試驗的7個因素，每個因素取兩個水平，因素水平及編碼見表1，數(shù)據(jù)分析及模型建立由Design Expert軟件完成。表1 Plackett-Burman(PB)實驗設計因素水平及編碼（略）

根據(jù)Plackett-Burman實驗設計得到的7因素12實驗組合，依次進行培養(yǎng)基的配制、接種、發(fā)酵試驗(每組3個平行，取平均值)，以細菌纖維素干重為響應值Y。結果如表2所示。

由表3可以看出，對G-29發(fā)酵合成能力影響最大的因素是混合碳源（葡萄糖/蔗糖=1∶2），其次是乙醇和MgSO4。這3個因素對細菌纖維素產(chǎn)量影響顯著，置信度高于90%，可作為進一步優(yōu)化的因素。而其它4個因素對發(fā)酵產(chǎn)量的影響未達到顯著水平，在下一步的研究中不予考慮。表2 Plackett-Burman(PB)試驗結果（略）表3 Plackett-Burman試驗主效應分析（略）

3.2 重要因素與產(chǎn)量關系的2次方程的建立由Box-Behnken和Box-Wilson提出的中心組合設計是兩種常用的響應面分析法，適用于2～5個因素的優(yōu)化試驗。Box-Behnken每個因素取3種水平，以(-1，0，+1)編碼，對數(shù)據(jù)進行二次回歸擬合，得到帶交互相和平方相的二次方程，分析各因素的主效應和交互效應，最后在一定的水平范圍內(nèi)求出最佳值。對發(fā)酵產(chǎn)量有顯著性影響的3個因素的水平及編碼見表4。 表4Box-Behnken試驗因素水平及編碼 （略）

在Plackett-Burman試驗的基礎上，在最陡爬坡試驗確定的濃度區(qū)域內(nèi)，對影響G-29合成細菌纖維素的關鍵因素按照Box-Behnken設計進行l(wèi)5組試驗(每組3個平行，取平均值)，以細菌纖維素干重為響應值Y。結果見表5。表5 Box-Behnken設計與細菌纖維素產(chǎn)量（略）

利用統(tǒng)計軟件Minitab15對表5數(shù)據(jù)進行二次多項式擬合，獲得細菌纖維素產(chǎn)量(Y)對自變量葡萄糖/蔗糖(x1)，MgSO4 (x2)，乙醇(x3)的多元回歸方程：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

從該方程的方差分析(表6)可知，該模型極顯著(P

3.3 響應面分析及最佳培養(yǎng)條件確定通過回歸方程來繪制分析圖，考察所擬合的相應曲面的形狀，響應面立體分析圖和相應等高線圖見圖1～3。通過該組圖可對主效應因子對細菌纖維素產(chǎn)量的兩兩交互作用進行評價，并確定各個因素的最佳水平范圍。表7 發(fā)酵培養(yǎng)基多元二次方程方差分析表（略）

由圖1～3可知，該回歸方程存在穩(wěn)定點，即極大值點，經(jīng)分析可知回歸模型的穩(wěn)定點的編碼值為：X1=5.232 3，X2=0.015 9，X3=3.252 5，相當于葡萄糖/蔗糖為5.232 3 g/100 ml，MgSO4 0.015 9 g/100 ml，乙醇3.252 5 ml/100 ml，在此最優(yōu)條件下，細菌纖維素的預測最大產(chǎn)量為11.347 g/L。為驗證模型的準確性和有效性，用預測的最優(yōu)發(fā)酵培養(yǎng)基進行發(fā)酵實驗，可得實際細菌纖維素產(chǎn)量為11.83 g/L，是優(yōu)化前的基礎發(fā)酵培養(yǎng)基產(chǎn)量(6.20 g/L)的1.9倍。由此，進一步證明該回歸方程能夠真實的反映篩選因素對細菌纖維素產(chǎn)量的影響，可用于預見實際發(fā)酵情況，對發(fā)酵條件的研究具有指導意義。

3.4 細菌纖維素形態(tài)與晶體結構分析

細菌纖維素膜經(jīng)水沖洗和稀堿液處理后，殘留的發(fā)酵液及菌體被除去后，細菌纖維素膜呈乳白色半透明膠狀（圖4），外表均勻光滑，質地柔韌。經(jīng)干燥后，由電鏡掃描可觀察其微觀結構為典型的超微細網(wǎng)狀結構(圖5)，由高密度微纖維進行無規(guī)則的層狀重疊，互相纏繞形成。

纖維素X-射線衍射圖譜是以衍射角為橫坐標，衍射強度為縱坐標，以晶胞(101)，(101)和(002)面的衍射峰為計算基準。由圖6可以看出，干膜的衍射圖分別在14.94 2θ和22.45 2θ處有兩個主要的衍射峰，這是纖維素I的特征峰，即細菌纖維素的晶體結構屬于纖維素I。其中2θ為22.45處的衍射峰對應晶面(002)，在纖維素X-射線衍射圖譜中，2θ值在22.50附近的峰高代表了002面的衍射強度，即結晶區(qū)的強度。由衍射圖譜可看出，G-29合成的細菌纖維素，結晶指數(shù)高，結晶強度大。而圖7則反映了濕膜的衍射峰，只在28.5 2θ和42 2θ處有衍射峰，沒有呈現(xiàn)出纖維素I的衍射峰，表明濕態(tài)的晶面面間距比干態(tài)的小。這兩個峰的峰寬比干態(tài)下大，表明其結晶不完全，結晶度低，晶粒尺寸小?？赡苁怯捎诩毦w維素濕膜含有大量的水，導致纖維素分子鏈之間的距離增大，在水分子與纖維素鏈的相互作用下，纖維素分子鏈之間的氫鍵模式發(fā)生改變，從而影響了細菌纖維素膜的晶型和晶粒尺寸，導致其的結晶度變低。

4 結論

本實驗采用了Plackett-Burman試驗設計，對影響菌株G-29合成細菌纖維素的7個因素進行了評價，篩選出了混合碳源（葡萄糖∶蔗糖=1∶2），乙醇和MgSO4為影響細菌纖維素產(chǎn)量的關鍵因子。葡萄糖是合成細菌纖維素的原料，蔗糖可以緩解發(fā)酵過程中pH值的急劇降低；乙醇可以被細菌氧化為乙酸，同時生成用于細胞合成的ATP等高能量化合物［7］，對細菌纖維素的合成起促進作用，而MgSO4中的Mg2+是纖維素合成酶的激活劑。因此，以PB試驗篩選出的主要影響因子能夠反映實際情況，證明該方法是一種經(jīng)濟而有效的試驗方法。

通過響應面法(RSM)建立了細菌纖維素發(fā)酵培養(yǎng)基的回歸模型：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該模型高度顯著，可用于實際分析與預測。

優(yōu)化后的發(fā)酵培養(yǎng)基組成：混合碳源52.3 g/L（葡萄糖∶蔗糖＝1∶2），酵母膏8 g/L，F(xiàn)eSO4 0.2 g/L，MgSO4 0.159 g/L，Na2HPO4 2 g/L，檸檬酸1g/L，乙醇32.5 ml/L，此條件下的發(fā)酵產(chǎn)量是優(yōu)化前的基礎發(fā)酵培養(yǎng)基產(chǎn)量(6.20 g/L)的1.9倍，表明Plackett-Burman試驗和響應面相結合的試驗方法用于優(yōu)化G-29發(fā)酵培養(yǎng)基，不僅科學合理而且準確有效。

細菌纖維素具有超微結構，濕膜的固形物含量低，持水性高，結晶不完全；干燥后結構致密，抗拉強度高，結晶指數(shù)高，結晶強度大。

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纖維素乙醇范文第4篇

第二代生物燃料指的是以麥稈、稻草和木屑等農(nóng)林廢棄物或藻類、紙漿廢液為主要原料,使用纖維素酶或其他發(fā)酵手段將其轉化為生物乙醇或生物柴油的模式。第二代生物燃料與第一代最重要的區(qū)別在于其不再以糧食作物為原料,從而最大限度地降低了對食品供應的威脅。第二代生物燃料不僅有助于減少對傳統(tǒng)化石能源的依賴,也能減少溫室氣體的排放,對實現(xiàn)全球可持續(xù)性發(fā)展具有重要作用。許多國家都制定了或是正在執(zhí)行相關計劃,大力發(fā)展第二代生物燃料。

Frost & Sullivan預計2011年將是第二代生物燃料技術大規(guī)模工業(yè)化的一年,市場規(guī)模將以每年200,000噸的速度擴大。在2017年前后,第二代生物燃料有望成為能源的重要組成部分。

技術分析

第二代生物燃料的發(fā)展離不開技術,唯有其技術的不斷更新,方能使其發(fā)揮優(yōu)勢,不斷開拓市場。目前生物燃料生產(chǎn)技術的主要技術方法主要有水解發(fā)酵、氣化發(fā)酵、氣化催化合成和熱解。雖然這些技術現(xiàn)在都還處在實驗階段,但是近年來各國及各大企業(yè)都投入巨資研發(fā),成果不斷。

我國擁有豐富的纖維素資源。據(jù)估算,我國每年生產(chǎn)的農(nóng)作物秸稈、谷糠和餅粕的總產(chǎn)量高達7.8 億噸以上,其中玉米秸稈占3.3億噸(占總量的42.4%)、小麥秸稈占1.5億噸(占19.7%),而稻草秸稈占1.2億噸(占15.3%),此三類纖維素占全國總纖維素產(chǎn)量的77.4%以上。不過,目前大量的秸稈主要被用于生物質直燃發(fā)電,燃燒轉換效率并不高。由于缺乏成熟的秸稈制備燃料乙醇技術,纖維素制備乙醇的轉化成本偏高。一旦該項技術取得重大突破,無論從單位秸稈生產(chǎn)出產(chǎn)品的熱值還是產(chǎn)品的價值計算,都將構成生物質直燃發(fā)電的有力競爭對手。

纖維素乙醇所應用的技術主要是水解發(fā)酵技術,該技術首先采用弱酸、弱堿或者酶水解原材料,破壞纖維素和半纖維素,使其轉化成為C5、C6糖類。這些糖類再進一步發(fā)酵成為酒精。

纖維素乙醇技術的優(yōu)點是以熱水和酶作為基礎,流程簡單,碳排放明顯低于其他生物燃料技術。全程不需要高溫高壓。纖維素預處理階段基本就能將纖維素全部水解,而不能處理的木質素也可以通過分離燃燒產(chǎn)生能源。當然它也有其缺點,比如預處理成本比較高、產(chǎn)率較低等等。現(xiàn)在各主要公司的研究團隊和相關科研機構都加大了對預處理過程及新型水解酶和酵母的研發(fā)力度,使該技術的發(fā)展充滿機會。帝斯曼公司于2010年6月28日宣布研發(fā)出新型的酵母技術,據(jù)稱能將水解和發(fā)酵效率提高一倍。

市場分析

第二代生物燃料目前正處于起步階段,在國內(nèi)還沒有形成大規(guī)模生產(chǎn)?，F(xiàn)在國內(nèi)主要的生物燃料公司,包括吉林燃料乙醇有限責任公司、河南天冠集團、安徽豐原生物化學股份有限公司和黑龍江華潤酒精有限公司,都屬于第一代生物燃料企業(yè)。但是隨著近年來糧食價格不斷攀升以及中國政府引導發(fā)展非糧生物燃料政策的出臺,這些企業(yè)在積極研發(fā)下一代生物燃料技術。08年以來,重點發(fā)展的非糧燃料企業(yè)多采用1.5代生物燃料技術,原料主要采用木薯(華南)、甘薯(華中、西南)與甜高粱(華北、華東)等作物。隨著近年來薯類成本上升較多,薯類制備生物乙醇能否維持盈利也是該產(chǎn)業(yè)的一大疑問。

中國參與第二代生物燃料技術研發(fā)的只有河南天冠集團等少數(shù)幾家企業(yè),但運營規(guī)模還非常小,諾維信公司已經(jīng)同中糧集團和中石化開展合作,研究纖維素乙醇。2008年,美國纖維素乙醇的成本為約2到4美元每加侖(3.6-7.2人民幣/升)。第一代乙醇工廠以玉米為原料生產(chǎn)乙醇的成本約為每加侖1.5美元(2.7人民幣/升),但加上稅收和分銷支出,其價格比燃氣價格更高。纖維乙醇的價格必須通過可行的技術達到降低目的。

技術發(fā)展及市場競爭

由于整個行業(yè)還處于剛剛起步階段,市場規(guī)模偏小,因而沒有激烈的市場競爭。先期進入的企業(yè)一旦確立了技術優(yōu)勢,就能在市場競爭中處于有利地位。隨著政策扶持力度加大和新進入企業(yè)增多,預計未來技術進步的步伐會越來越快。

替代品的威脅

作為傳統(tǒng)化石能源的替代品,生物燃料的重要性會隨著石油、煤炭等能源的儲量減少和價格攀升逐步增強。然而,由于目前生產(chǎn)成本相對較高、技術尚不成熟,生物燃料也受到包括生物質直燃發(fā)電、太陽能、風能、水電在內(nèi)的其他可再生能源的威脅。不過,在可預計的未來,生物燃料有望憑借其能夠兼容現(xiàn)有汽油機、柴油機、能與汽油、柴油摻雜使用而且能量密度高、蓄能方便等優(yōu)勢占有越來越重要的地位。

穩(wěn)定的銷售模式

在中國,生物燃料包括生物乙醇和生物柴油兩個組成部分。生物乙醇市場的主要銷售渠道是中石油、中石化加油站。而生物柴油市場因為規(guī)模小,目前的主流渠道是廠家直供輔以民營加油站。由于生物乙醇的售價是與成品油聯(lián)動的,收購價格也按發(fā)改委相關文件執(zhí)行,因此受渠道議價能力影響不大。但生物柴油市場由于沒有相關文件指導,生產(chǎn)、供應量偏小,客戶分散,市場渠道尚不穩(wěn)定。有待政府更進一步的指導和扶持來實現(xiàn)常規(guī)化和穩(wěn)定化。

原料供應分散且不足

足量、穩(wěn)定的原料供應才能支持生物燃料的快速發(fā)展。以中國纖維素乙醇為例。纖維素乙醇主要以農(nóng)林廢料為原料。據(jù)中國農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計,全國每年秸稈等農(nóng)業(yè)廢料產(chǎn)量在7億噸以上,但去除農(nóng)民焚燒填埋和生物質直燃消耗等去處,僅剩余3億噸以上。目前中國國內(nèi)沒有統(tǒng)一的秸稈供應商,主要依賴于生物燃料企業(yè)自己從農(nóng)民和大型農(nóng)場所在地收購,這也增加了秸稈收購和儲運成本。

市場進入門檻高

纖維素乙醇范文第5篇

關鍵詞 蘇子葉；黃酮類化合物；纖維素酶法；提取

中圖分類號 S567.23 文獻標識碼 A 文章編號 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子葉具有降氣消痰、平喘潤腸等功效，屬于第一批被中國衛(wèi)生部確定的既是食品又具醫(yī)藥保健功能的物質，可以開發(fā)出多種保健食品，在醫(yī)藥、食品工業(yè)上具有廣泛的用途[1]。黃酮類化合物廣泛存在于高等植物體中，是植物長期自然選擇過程中產(chǎn)生的一些次級代謝產(chǎn)物，在花、葉、果實等組織中多為苷類，而在木質部組織中則多為游離的苷元[2]。許多研究表明黃酮類化合物具有顯著的抗氧化、清除氧自由基、擴張心血管作用，可降血脂、阻斷動脈粥樣硬化、調(diào)節(jié)免疫機能、抗炎抗病毒、利膽、強心、鎮(zhèn)靜鎮(zhèn)痛和抗腫瘤等[3]。因而，近年來關于黃酮類化合物的研究尤為活躍。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試植物材料。所用蘇子葉產(chǎn)于吉林省延邊市。

1.1.2 儀器。TU-1201紫外可見分光光度計（北京普析通用）、HH-4電熱恒穩(wěn)水浴鍋（國華電器有限公司）、FA21D4N電子天平、SHB-B95型循環(huán)水式多用真空泵（鄭州長城科工貿(mào)有限公司）等。

1.1.3 試劑。蒸餾水、乙醇、蘆丁標準品（中國藥品生物制品檢定所，含量92.5%），5%亞硝酸鈉溶液、10%硝酸鋁溶液、1 mol/L氫氧化鈉溶液、氫氧化鈣溶液、稀硫酸等（均為分析純）。

1.2 試驗方法

1.2.1 纖維素酶法提取。將蘇子葉晾干，粉碎40～60目[4]，準確稱取5.000 0 g置于錐形瓶中，加入200 mL的蒸餾水，浸泡24 h，將pH值調(diào)至4.5～6.5[5]，加入纖維素酶放入恒溫水浴鍋加熱，一段時間后將其取出抽濾，濾液在60℃以下加熱[6]，待將要得到膏狀物質時，停止加熱，最后用400 mL 60%乙醇將其溶解，待測。

1.2.2 吸收波長的測定[7]。移取1 mL提取液分別置于10 mL容量瓶中，加入0.3 mL 5%亞硝酸鈉溶液，搖勻，放置5 min后加入0.3 mL 10%硝酸鋁溶液，搖勻，5 min后再加入2 mL 1 mol/L氫氧化鈉溶液混合，再用60%乙醇定容，混勻靜置10 min。以0.3 mL 5%亞硝酸鈉溶液、0.3 mL 10%硝酸鋁溶液、2 mL 1 mol/L氫氧化鈉溶液，再加入60%乙醇定容，得到的溶液作為參比溶液，在400～800 nm掃描，得到其吸收光譜，最大吸收波長為510 nm。

1.2.3 工作曲線回歸方程的建立[7]。準確稱取蘆丁標準試劑10.8 mg于100 mL容量瓶中溶解，并用60%乙醇溶液定容，搖勻，即得到標準品。準確移取上述標準溶液0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL，分別置于10 mL容量瓶中。依次加入0.3 mL 5%亞硝酸鈉溶液，搖勻，放置5 min后加入0.3 mL 10%硝酸鋁溶液，搖勻，5 min后再加入2 mL 1 mol/L氫氧化鈉溶液混勻，用60%乙醇稀釋至刻度線，10 min后于波長510 nm處測定其吸光度。得線性回歸方程為A=0.055 2c-0.002 3，R2=0.999 7[8]。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 溫度對黃酮類化合物提取率的影響。纖維素酶的最適溫度范圍為45～65 ℃[9]。因此，分別選取溫度為45、49、53、57、61、65 ℃，提取時間為1 h，纖維素酶的濃度為0.8 mg/mL，提取1次按1.2.1的提取方法試驗。結果表明，當溫度為57 ℃時黃酮類化合物提取率最高（圖1）。

2.1.2 時間對黃酮類化合物提取率的影響。分別選取時間為0.25、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00 h，溫度為57 ℃，纖維素酶的濃度為0.8 mg/mL，提取1次。結果表明，當提取1 h時黃酮類化合物提取率最高（圖2）。

2.1.3 纖維素酶濃度對黃酮類化合物提取率的影響。分別選取纖維素酶濃度為0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mg/mL，溫度為57 ℃，提取時間為1 h，提取1次。結果表明，纖維素酶濃度為0.4 mg/mL時黃酮類化合物提取率最高（圖3）。

2.1.4 提取次數(shù)對黃酮類化合物提取率的影響。設置溫度為57 ℃，提取時間為1 h，纖維素酶濃度為0.4 mg/mL，分別提取1、2、3、4、5次（提取次數(shù)≥2時，后一次提取液要與前面提取液混合）。從圖4可以看出，當提取3次后，曲線處于緩慢上升狀態(tài)，提取率稍有提高，但從藥品成本和工作量等因素綜合考慮，提取3次最佳。

2.2 精密度、加樣回收與穩(wěn)定性試驗

2.2.1 精密度試驗。按1.2.1的提取方法提取3次，制備4個不同濃度的樣品，分別在510nm波長下測定吸光度9次，計算其濃度和平均值，求得標準偏差，結果見表1。

2.2.2 加樣回收試驗。稱取蘇子葉粉末3份，在樣品中加入蘆丁標準品5.0 mg，將樣品和標準品混合物按1.2.1的方法提取3次，結果見表2。

2.2.3 穩(wěn)定性試驗。按照樣品測定方法，分別在0、0.25、0.50、1.00、1.50、2.00 h測定同一樣品溶液的吸光度，試驗結果表明樣品測定液中的黃酮在2.0 h任榷ā

3 結論

本試驗以測得蘇子葉中黃酮類化合物含量為指標，采用纖維素酶法，以溫度、提取時間、纖維素酶濃度和提取次數(shù)為變量進行試驗，利用紫外分光光度法進行檢測，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理結果和圖像分析，得到最佳提取工藝條件：溫度為57 ℃、提取時間為1 h、纖維素酶濃度為0.4 mg/mL、提取次數(shù)為3次，測得蘇子葉中黃酮類化合物的含量為1.609 mg/g。

本試驗提取3次，做了精密度試驗和加樣回收試驗，精密度試驗的相對標準偏差

纖維素酶法提取蘇子葉中黃酮類化合物的研究表明，酶反應時將植物組織分解，較大提高了黃酮類化合物的提取率，比傳統(tǒng)提取堿液提取效率要高很多，高小龍等[9]用堿液提取蘇子葉中黃酮類化合，提取率為0.482 mg/g，而用纖維素酶法提取，提取率為1.609 mg/g，比傳統(tǒng)堿液提取率高了3倍多，而且耗能少、污染少、操作相對簡便。但是，溫度、pH值、纖維素酶的濃度、提取時間和提取次數(shù)都會影響酶的活性，直接關系到黃酮類化合物的提取率，因而增強酶的活力是考察的重點方面。例如，可以對天然纖維素進行處理，以改變天然纖維素的結構，降低纖維素的結晶度，脫去木質素，以增加纖維素和纖維素酶的接觸面積，提高纖維素酶的效率[10]。隨著酶學的發(fā)展，纖維素酶在提取植物有效成分方面的應用必然有更為廣闊的發(fā)展前景。

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