【摘 要】
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木糖是一种代表性的功能性糖,在食品、轻工等领域广泛应用。半纤维素酸水解法制糖过程中常伴有多种色素物质的溶出,此外木糖溶液浓缩时还会发生焦糖化、美拉德反应等,导致大量色泽物产生,使得木糖母液中的还原糖成分难以充分回收,仅能低价出售,造成了资源的浪费。现有离子交换树脂结构较为单一,其在木糖溶液脱色时存在选择性低、糖损失率高等问题。因此,探索制备脱色性能较佳、选择性高的新型离子交换树脂,对获得高品质的木
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木糖是一种代表性的功能性糖,在食品、轻工等领域广泛应用。半纤维素酸水解法制糖过程中常伴有多种色素物质的溶出,此外木糖溶液浓缩时还会发生焦糖化、美拉德反应等,导致大量色泽物产生,使得木糖母液中的还原糖成分难以充分回收,仅能低价出售,造成了资源的浪费。现有离子交换树脂结构较为单一,其在木糖溶液脱色时存在选择性低、糖损失率高等问题。因此,探索制备脱色性能较佳、选择性高的新型离子交换树脂,对获得高品质的木糖溶液具有一定的现实意义。本文旨在采用互贯网络(IPNs)技术设计制备一种新型树脂,并将其应用于木糖母液的脱色精制,通过静态和动态吸附实验,考察树脂对色素物质的吸附过程及吸附机理。为离子交换树脂法精制木糖母液提供新思路。主要工作和结论如下:首先,通过多种分析手段,获得木糖母液中还原糖的种类及含量、色素的组成成分及理化性质。结果表明,木糖母液中含有还原糖总含量为635.51 mg/m L,其中木糖508.01mg/m L、葡萄糖56.28 mg/m L、阿拉伯糖71.22 mg/m L;木糖母液中色素物质主要包括糠醛类有机物、酚类有机物、焦糖色素、美拉德色素等;识别出糖液中含有七种酚类有机物;美拉德反应产物的分子量可分为三个分布带,约为8964 Da、772 Da和445 Da,所占比例分别为2.91%、32.47%、64.62%。其次,采用IPNs技术成功制备了互贯网络型树脂PDVB/PMATAM,通过XRD、SEM、TGA等手段对树脂结构进行了分析,并初步考察了其对木糖母液的脱色性能。结果表明,该树脂为典型的非晶系结构,表面疏松多孔,具有较好的热稳定性;PDVB/PMATAM树脂在木糖母液的脱色率,还原糖损失率等评价指标上表现出较优异的性能,与市售吸附剂相比脱色效果突出;以阿魏酸、糠醛、类黑精中间体为例,通过量子化学计算,得到PDVB/PMATAM树脂与色素物质间的相互作用能。再次,探讨了不同合成条件对树脂BET比表面积、孔隙结构等结构性能及其吸附性能的影响,探讨了树脂的吸附机制。结果表明,最佳合成条件下制备树脂对木糖母液的脱色率为94.5%,还原糖损失率为4.1%;色素在树脂上吸附的动力学曲线符合准二阶模型,平衡吸附过程较符合Langmuir模型;通过Do’s模型验证了树脂表面活性吸附位点的不均匀性;此外,树脂还具有良好的再生性,复用性能较佳。最后,研究了PDVB/PMATAM-9树脂在动态形式下的吸附过程。结果表明,采用阶梯法获得的色素和糖组分的吸附等温线与Henry模型拟合度较高;ED模型的预测曲线对不同操作参数下获得的色素和糖组分的穿透曲线均有较好的吻合度;当解吸剂为2%Na OH和20%乙醇的混合溶液,流速为1 m L/min时,树脂柱的洗脱效果较佳。
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