机械活化协同金属盐强化木薯粉糖化的研究

摘要

广西是全国木薯种植、加工的最大产地，木薯酒精产业在广西具有巨大的优势，在能源危机、资源危机和环境恶化等问题日益加重的今天，充分利用木薯及加工产物对于国家及世界的可再生绿色能源发展战略和可持续发展具有十分重要的意义。为解决酒精生产传统工艺中存在的能耗大，成本偏高，工艺复杂，能源浪费等问题缺陷，本文分别研究机械活化、机械活化协同金属盐作用预处理对木薯淀粉和木薯粉的结构性质、可及度和酶解反应活性的影响规律，以期通过机械活化协同金属盐强化淀粉和木薯粉的糖化效果，达到免液化直接糖化的目的，简化木薯酒精生产工艺流程，降低生产成本。
　　(1)通过对比机械活化、AlCl3及机械活化+AlCl3三种预处理法对淀粉、木薯粉的作用效果，考察机械活化与金属盐AlCl3的协同作用。结果表明，机械活化协同氯化铝预处理大大降低了淀粉、木薯粉的粘度，增强其热稳定性，减弱其凝胶性。XRD结果显示，机械活化能对淀粉、木薯粉的结晶结构产生破坏，使它们结晶度降低，而机械活化+AlCl3处理的效果更为明显。通过SEM可以看出，单独机械活化能破坏淀粉、木薯粉颗粒，使其表面变得粗糙、扭曲、破裂，颗粒变小细化，机械活化协同AlCl3预处理的破坏程度更高，颗粒细化更加明显。FTIR显示经过不同预处理的淀粉、木薯粉都没有新的基团生成。
　　(2)以木薯淀粉为原料，金属盐AlCl3为助剂，酶解糖化的DE值等为评价指标，考察机械活化+金属盐预处理对淀粉结构性质及糖化效果的影响。结果表明，与单独机械活化相比，机械活化+AlCl3预处理能强化淀粉的糖化，提高糖化DE值。淀粉预处理的较佳工艺为:机械活化时间60min，金属盐AlCl3用量3％。酶解糖化的较佳工艺为底物浓度S=12mg.mL-1，糖化酶用量E=50U，糖化时间tR=60min。在此条件下，单独机械活化、机械活化协同AlCl3预处理淀粉的糖化DE值分别为79.33％和87.09％。碘液实验结果显示，机械活化协同AlCl3预处理的淀粉的糖化程度较单独机械活化的更完全。在工业条件下(料液比为1∶3，糖化酶用量E=200U/g淀粉，糖化时间tR=30、60min)，单独机械活化预处理淀粉由于淀粉浆为凝固的胶状体，无流动性，无法进行糖化作用，而机械活化协同AlCl3预处理的淀粉浆流动性好，糖化DE值为:tR=30min，DE=44.19％;tR=60min，DE=50.51％，达到工业实际生产中糖化时间为30～60min，糖化DE值为40～60％的要求。
　　(3)与木薯淀粉相比，木薯粉还含有纤维、脂肪、灰分、蛋白质等物质，而木薯粉中的结合淀粉与纤维及其它小分子物质交织在一起，形成致密的结构，糖化要求更高。在上述研究基础上，以木薯粉为原料，金属盐AlCl3为助剂，酶解糖化的DE值等为评价指标，考察机械活化+金属盐预处理对木薯粉结构性质及糖化效果的影响。与单独机械活化相比，机械活化协同AlCl3预处理能强化木薯粉的糖化，提高糖化DE值。木薯粉预处理的较佳工艺为:机械活化时间60min，金属盐AlCl3用量5％，木薯粉含水量25％。酶解糖化的较佳工艺为底物浓度S=12mg.mL-1，糖化酶用量E=50U，糖化时间tR=60min。在此条件下，单独机械活化、机械活化协同AlCl3预处理的木薯粉的糖化DE值分别为82.15和95.69％。与淀粉的结果相比，木薯粉的DE值更高，这可能是AlCl3的用量增加，使得对木薯粉的作用效果更好，且木薯粉中的纤维素也有可能发生糖化，使DE值提高。碘液实验结果显示，机械活化协同AlCl3预处理的木薯粉的糖化程度较单独机械活化的更完全。在工业条件下（料液比为1∶3，糖化酶用量E=200U/g淀粉，糖化时间tR=30、60min），和淀粉的情况相同，单独机械活化预处理木薯粉无法进行糖化作用，而机械活化协同AlCl3预处理的木薯粉糖化DE值为:tR=30min，DE=53.22％;tR=60min，DE=59.23％，达到工业实际生产中糖化时间为30～60min，糖化DE值为40～60％的要求。

目录

声明

摘要

符号说明

1．1 课题背景

1．2 木薯概况及其淀粉的基本性质

1．2．1 木薯的概况

1．2．2 淀粉的基本性质

1．3 淀粉质原料生产酒精中的液化、糖化工艺概况

1．4 木薯酒精生产工艺进展和存在问题

1．5 金属盐应用概况

1．5．1 金属盐

1．5．2 金属盐在高分子中的应用

1．6 机械活化及其应用于高分子的情况

1．6．1 机械活化的基本原理

1．6．2 机械活化在高分子中的应用

1．7 本课题的研究意义与内容

1．7．1 研究意义

1．7．2 研究内容

第二章 不同机械活化预处理方法对淀粉与木薯粉的作用效果

2．1 实验材料与仪器

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验仪器

2．2 实验方法

2．2．1 木薯干片的处理及其淀粉含量、水分测定

2．2．2 淀粉与木薯粉的预处理

2．3 分析方法

2．3．1 布拉班德粘度测定

2．3．2 X-射线衍射

2．3．3 SEM电镜图谱表征

2．3．4 红外图谱表征

2．4 结果与讨论

2．4．1 布拉班德粘度分析

2．4．2 XRD分析

2．4．3 SEM电镜分析

2．4．4 红外图谱分析

2．5 本章小结

第三章 机械活化协同金属盐对淀粉糖化效果的影响

3．1 实验材料与仪器

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验仪器

3．1．3 实验主要溶液的配制

3．2 实验方法

3．2．1 淀粉的预处理

3．2．2 淀粉样品的糖化

3．2．3 糖化醪的碘液实验

3．2．4 糖化酶酶活测定

3．2．5 还原糖的测定

3．2．6 X-射线衍射

3．2．7 SEM电镜图谱表征

3．2．8 红外图谱表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 金属盐AlCl3用量对淀粉酶解糖化效果的影响

3．3．2 机械活化时间对淀粉酶解糖化效果及结构的影响

3．3．3 底物浓度对淀粉酶解糖化效果的影响

3．3．4 糖化酶用量对淀粉酶解糖化效果的影响

3．3．5 糖化反应时间对淀粉酶解糖化效果的影响

3．3．6 优化条件下淀粉的糖化效果

3．3．7 工业条件下淀粉的糖化效果

3．4 本章小结

第四章 机械活化协同金属盐对木薯粉糖化效果的影响

4．1 实验材料与仪器

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验仪器

4．1．3 实验主要溶液的配制

4．2 实验方法

4．2．3 糖化醪的碘液实验

4．2．4 糖化酶酶活测定

4．2．5 还原糖的测定

4．3．1 金属盐AlCl3用量对木薯粉酶解糖化效果的影响

4．3．2 含水量对木著粉酶解糖化效果的影响

4．3．3 机械活化时间对木薯粉酶解糖化效果及结构的影响

4．3．4 底物浓度对木薯粉酶解糖化效果的影响

4．3．5 糖化酶用量对木薯粉酶解糖化效果的影响

4．3．6 糖化反应时间对木薯粉酶解糖化效果的影响

4．3．7 优化条件下木薯粉的糖化效果

4．3．8 工业条件下木薯粉的糖化效果

4．4 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢