由棉籽殼水解液制備木糖晶體的研究

由棉籽殼水解液制備木糖晶體的研究

常規(guī)方法得到的木糖晶體形態(tài)在乙醇溶液的溶析和結晶法中，作者發(fā)現了用棉籽皮水處理溶液制備木糖晶的方法。通過該方法獲得的木糖晶是長方的，而從傳統方法獲得的木糖晶是方形的。由于晶體形態(tài)往往與其使用性能相關,所以,本文報道了這一現象,并給出獲得該晶體的過程細節(jié)。1實驗部分1.1方法、條件和步驟實驗過程分為水解、水解液的處理、結晶3個工序。1.1.1棉籽殼的水解原料預處理:將掛有棉絮的棉籽殼放入小型粉碎機中粉碎,將棉絮和棉籽殼分離,篩選出一定粒度的棉籽殼,于烘箱中烘干3h后備用。水解反應:準確稱取一定質量的棉籽殼,在稀硫酸條件下預處理1h,除去水溶性色素。在以下條件下水解:液固比20∶1,常壓,棉籽殼粒度為0.50mm(篩下粒度),硫酸濃度為1.5%,反應時間為4h,反應溫度為100℃。最終測定木糖收率為26.9%。1.1.2木糖水解液的制備水解液的中和脫酸:采用碳酸鈣來中和水解液中的硫酸,處理溫度按文獻取80℃,并嚴格控制pH值等于4。中和后的溶液與沉淀經減壓過濾后轉入脫色步驟。水解液的脫色:水解液中的色素采用活性炭脫除。將木糖水解液升溫至80℃,加入水解液質量約6%的粉末狀活性炭,恒溫攪拌2h,將溶液過濾后得到無色或淺黃色透明水溶液,經測定后其透光率改善為96%。凈化液的濃縮:上述過程得到的凈化水解液中木糖的濃度通常比較低,一般為5%(質量)左右。為進入結晶工序,需將其濃縮。實驗中采用真空旋轉蒸發(fā)器進行濃縮:水浴溫度為55℃,真空度為0.085MPa,濃縮后木糖濃度約為50%(質量)。1.1.3結晶器操作條件的優(yōu)化濃縮液的結晶:取一定量的濃縮液,將其加熱到60℃,加入一定比例的乙醇,然后逐漸降溫,當溫度降至50℃時,加入一定比例的晶種?？刹捎谜粚嶒炘O計及均勻設計法對木糖濃度、攪拌速度、冷卻速度、乙醇比例、晶種質量等操作條件進行尋優(yōu)。本文采用優(yōu)化后的操作條件時,木糖的結晶收率可達77.6%。晶體洗滌與干燥:結晶完成后,將結晶器中晶漿倒出后進行抽濾,抽濾后期用無水乙醇沖洗2～3次。將所得晶體于45℃下烘干至恒重。可用重結晶的方法進一步提高晶體的純度。1.2分析方法水解液中木糖組成測定:采用DNS光度法測定水解液中的木糖組成。經實驗確定最大吸收波長為490nm。實驗中采用上海棱光技術有限公司生產的可見分光光度計,型號為722PC。掃描電鏡分析:委托天津大學分析測試中心采用飛利浦XL30-TMP-ESEM環(huán)境掃描電子顯微鏡進行分析。紅外光譜分析:委托石河子大學分析測試中心采用紅外光譜儀進行分析。儀器為美國尼高麗(Nicolet)儀器公司生產,型號為AVATAR360。熔點測定:采用熔程測定儀測定結晶木糖的熔程。儀器為上海精密科學儀器有限公司生產的數字熔點儀,型號為WRS-1B。木糖晶體純度測定:委托丹尼斯克(安陽,中國)甜味劑有限公司采用液相色譜儀測定。儀器型號為CTO-10ASVPSHIMADZU。2結果與討論實驗中制備了一定量的木糖晶體產品,對該晶體產品進行了一系列分析。2.1木糖晶體的環(huán)境掃描電鏡分析該晶體100倍、200倍放大的環(huán)境掃描照片示于圖1。為了與常見的由玉米芯制得的木糖晶體進行比較,本文對丹尼斯克公司提供的木糖晶體也進行了環(huán)境掃描電鏡分析,結果示于圖2?？梢园l(fā)現,兩者的晶形并不完全一致:本文由棉籽殼制得的木糖晶體呈長棱形,而丹尼斯克的由玉米芯制得的木糖晶體呈方形顆粒狀。2.2木糖晶體的液相色譜分析委托丹尼斯克(安陽)有限公司采用專用的液相色譜分析對本文得到的木糖晶體進行了純度測定,得到的液相色譜曲線示于圖3,純度為99.64%。2.3木糖與甜味劑的產品熔程比較采用熔程測定儀測定了所得晶體產品的熔程,與丹尼斯克(安陽)甜味劑有限公司的木糖及天津市光復科技發(fā)展有限公司木糖產品熔程相比較,結果列于表1?？梢钥闯?本文得到的木糖的熔程居于兩種商業(yè)木糖產品之間,相差不大。2.4木糖產品的紅外光譜委托石河子大學分析測試中心對本文得到的晶體產品與丹尼斯克(安陽)甜味劑有限公司的木糖產品進行了紅外光譜鑒定,光譜圖示于圖4?？梢钥闯?二者譜圖非常接近。2.5晶體的收率稱量烘干后所得的木糖晶體質量,計算晶體的收率。在本文優(yōu)化條件下操作,結晶收率可達77.6%,明顯高于現有工業(yè)操作的木糖結晶收率(約50%)。2.6粒度分布曲線圖將木糖晶體用標準篩進行篩分分析,測定其粒度分布情況。采用概率密度坐標畫出粒度分布曲線圖,如圖5所示。根據圖5可計算出該木糖晶體中間粒度(M.S.)為151μm,變異系數(C.V.)為47%。3木糖結晶工藝的改進采用乙醇溶析結晶方法,以棉籽殼為原料,經過原料預處理、水解、中和、脫色、濃縮、結晶、洗滌、干燥等一系列步驟,得到木糖晶體產品。對該晶體產品的鑒定結果表明,該晶體產品與由玉米芯得到的木糖晶體具有類似的紅外光譜曲線和熔程,但在晶形上,本文得到的晶體呈長棱形,而玉米芯木糖產品呈方形。造成這種結果的原因是多方面的,例如溶液的影響、雜質的影響,需要大量后續(xù)研究予以揭示。再有,這種晶形的變化對木糖使用性能有無影響以及影響程度如何,也需進一步的研究。在本文優(yōu)化操作條件下,結晶工序的收率可達77.6%,明顯高于工業(yè)上木糖結晶收率(約50%)。表明乙醇溶析結晶是一種很有潛力的結晶方法。實驗得到的木糖晶體中間粒度(M.S.)為151μm,變異系數(C.V.)為47%。產品純度為99.64%。木糖(d-xylose)是一種五碳糖,是生產木糖醇的原料,通常由玉米芯、棉籽殼或椰子殼等農作物廢料,經稀酸催化水解、一系列復雜的雜質脫除過程,再經蒸發(fā)結晶制得。結晶是制備木糖的一個關鍵步驟,工業(yè)上多采用蒸發(fā)冷卻結晶方法,得到的晶漿黏稠,晶體顆粒較小,后續(xù)洗滌過程損失較大。為了改進結晶產品質量,提高收率,一些研究者對木糖結晶過程的熱力學及動力學特性進行了研究。結果表明,在適宜的操作條件下,木糖結