甘蔗渣中木质素和纤维素的高值化利用研究

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甘蔗渣是甘蔗制糖工业的主要副产品,其富含纤维素、木质素以及半纤维素。木质素是自然界中来源最丰富的芳香族生物聚合物,其在紫外防护领域的性能开发开拓了木质素的高值化利用途径,但木质素较深的表观颜色严重阻碍了其在防晒产品市场的开发及应用。本文以甘蔗渣为原料,利用对甲苯磺酸(p-Ts OH)一步分离甘蔗渣中木质素和纤维素。采用单因素实验法和响应面设计法优化浅色甘蔗渣木质素(BL)提取工艺。结果表明,在提取温度80℃、p-Ts OH质量分数40 wt%和提取时间15 min的优化条件下,BL白度和得率分别为36.11%和9.59%。表征结果显示,BL亮度和粒径分别达到79.10和250 nm左右,是典型的GSH型木质素,其结构中羰基和甲氧基含量的减少可能是导致其白度增加的主要原因。将浅色BL作为防晒剂制备一系列防晒品,利用紫外透过率测试、SPF值、临界波长和UVA/UVB比值研究BL的紫外防护性能及其与商业防晒剂之间的联合效应。结果显示,单一BL显示出较好的防紫外线辐射效果;在低添加量下,BL可显著提升商业防晒霜的紫外防护效果,说明BL与商业防晒剂之间存在协同效应;将BL分别与二氧化钛(Ti O2)、阿伏苯宗和奥克立林三种常用商业防晒剂复配,其联合效应的优劣顺序为:奥克立林>阿伏苯宗>Ti O2;相比于单一防晒剂,复配防晒剂的临界波长值和UVA/UVB比值升高,显示良好的广谱防晒效果和阻挡紫外线的能力。此外,分别考察紫外光照射对BL基乳液紫外吸光度的影响以及BL浓度和反应时间对2,2-联苯基-1-苦基肼基抑制率的影响。结果表明,BL基防晒品具有较好的光稳定性能,且BL具有良好的抗氧化性能。相比于甘蔗渣,甘蔗渣粗纤维素中木质素和半纤维素含量降低,纤维素含量增大,结晶度也具有不同程度的提高,且纤维结构破坏严重,表观形态粗糙且疏松、多孔。采用高效液相色谱技术,考察酶解时间和酶用量对甘蔗渣酶解所产葡萄糖浓度的影响。结果表明,在固定甘蔗渣用量1.0 g、溶液体积为60 m L,p H值为4.8以及酶解温度50℃的条件下,最佳酶解时间和酶用量分别为48 h和0.10g,此时葡萄糖浓度为2.20 mg/m L,在此酶解条件下,进一步研究甘蔗渣粗纤维素结构对其酶解所产葡萄糖浓度的影响,初步探讨构效机制。结果表明,酶解甘蔗渣粗纤维素所产葡萄糖浓度远高于甘蔗渣和微晶纤维素,甘蔗渣酶解产糖效率是受其结晶度、纤维素含量和木质素含量等主要因素综合作用的影响。
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