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果树落叶等废弃生物质汽爆炼制过程的研究; Bio-refinery of waste biomass obtained from fruit trees using steam explosion
秦兰芝
学位类型硕士
导师陈洪章
2015-05
学位授予单位中国科学院研究生院
学位专业生物化工
关键词果树废弃生物质 无花果 汽爆 蠕动 炼制
摘要目前果树废弃生物质缺乏有效的利用,造成了严重的资源浪费。论文以无花果落叶和修剪枝条为果树废弃生物质的代表,首先研究落叶和修剪枝条原料的成分和结构特性,进而探索以汽爆为核心的果树废弃生物质汽爆炼制过程的相关理论和技术基础。 论文取得的主要研究结果如下: (1)针对无花果落叶富含黄酮类活性物质的特点,首先研究了汽爆强化无花果落叶黄酮提取过程,提出了提取的有限厚度反应模型;其次,为提高提取液中黄酮浓度,建立了高固蠕动黄酮高效提取新方法,最后对提取残渣进行了纤维素酶解性能的分析研究。实验结果表明,汽爆处理显著提高了无花果落叶中黄酮的提取量。比表面积(SSA)测定和形态学分析表明,不同处理强度的汽爆落叶,其比表面积均比原料增加4-7倍,多孔性增大,有利于溶剂的渗透和提取过程的进行。基于此,首次引入了有限厚度反应模型对汽爆落叶活性物质提取的扩散过程进行模拟。 蠕动强化提取结果表明,蠕动对未汽爆落叶的黄酮提取强化作用优于汽爆落叶。提取前后无花果落叶的形貌变化表明,蠕动对未汽爆无花果落叶的结构产生了一定的破坏,从而强化了黄酮分子的内扩散。汽爆落叶的结构在预处理过程中已经被破坏,导致其黄酮提取过程受蠕动的影响较小。因此,对于未汽爆无花果落叶,蠕动提取将“预处理”与“提取”过程合二为一,是一种具有应用前景的提取新方法。 提取残渣酶解实验结果表明,各组提取残渣的酶解率比原料提高12.0-51.2%。其中,0.4 MPa汽爆无花果落叶和相应提取残渣的酶解率接近100%。黄酮提取工艺和提取残渣纤维素酶解过程的耦合,为无花果落叶的综合利用提供了思路。 (2)针对果树的实际修剪情况,选取并系统研究了不同枝龄(0.5, 1, 3年生)无花果修剪枝条的化学成分、结构、纤维素酶解性能的差异性及其在汽爆前后结构和成分的变化规律,并分别对其进行了比表面积(SSA)、木质素分子量测定、纤维细胞形态分析和近红外光谱分析(FTIR)等表征。结果表明,在实验范围(0.5-3年)内,葡聚糖、木聚糖以及阿拉伯聚糖的含量随枝龄的增加而上升,总木质素含量在26.9-27.7%范围内变动。通过对无花果不同枝龄修剪枝条的近红外光谱(FTIR)分析及木质素分子量的测定,发现不同枝龄修剪枝条木质素结构相同,但分子量分布差异明显。汽爆处理后,无花果修剪枝条的比表面积(SSA)则随枝龄增加而上升,且酶解率随SSA的增加而升高。其中,1年生枝条的酶解率最高,为47.9%,其SSA达到0.4391 m2/g。 基于对无花果不同枝龄修剪枝条的结构、成分和纤维素酶解性能的差异性分析,提出了各自不同的利用途径。0.5年生修剪枝条量少、质轻,一般可用作生物质燃料;1年生枝条量大、酶解性能优异,可用于制备生物基产品;3年生枝条径级较大,具有一定的硬度,适宜制作刨花板、纤维板等人造板材。这种差异化利用有助于实现修剪枝条等果树废弃生物质的综合炼制。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/20297
专题研究所(批量导入)
推荐引用方式
GB/T 7714
秦兰芝. 果树落叶等废弃生物质汽爆炼制过程的研究, Bio-refinery of waste biomass obtained from fruit trees using steam explosion[D]. 中国科学院研究生院,2015.
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