竹粉乙二醇微波液化工藝的優(yōu)化

第54卷第5期湖北農業(yè)科學(xué)Vol. 54 No52015年3月Hubei Agricultural SciencesMar.,2015竹粉乙二醇微波液化工藝的優(yōu)化錢(qián)善勤,文勝,廖政達,玉瀾,余良芳,陳秋連(柳州師范高等專(zhuān)科學(xué)?；瘜W(xué)與生命科學(xué)系,廣西柳州545004摘要:為了研究竹粉乙二醇微波液化的優(yōu)化工藝,采用單因素試驗確定所需的反應時(shí)間、反應溫度、催化劑濃硫酸用量及乙二醇與竹粉質(zhì)量比,研究微波作用對竹粉乙二醇液化效果的影響,再由正交試驗確定微波液化的最佳工藝條件。結果表明,反應溫度的影響最為罡著(zhù),竹粉乙二醇微波液化的最佳工藝條件為反應溫度170℃,反應時(shí)間4min,催化劑濃硫酸用量5%,乙二醇與竹粉的質(zhì)量比為6;1關(guān)鍵詞:竹粉;乙二醇;微波;液化工藝中圖分類(lèi)號:TQ35341文獻標識碼:A文章編號:0439-8114(2015)05-1166-03DOl:10.14088/ j cnki. issn0439-8114.2015.05035Optimizing Liquefaction Technology of Bamboo Powder Ethylene Glycolwith miQIAN Shan-qin, WEN Sheng, LIAO Zheng-da, YU Lan, YU Liang-fang, CHEN Qiu-lian(Department of Chemistry and Biology, Liuzhou Teachers College, Liuzhou 545004, Guangxi, China)Abstract: To optimize of liquefaction technology of bamboo powder ethylene glycol with microwave, single factor experimentswere used to determine impacts of reaction time, reaction temperature, catalyst oil of vitriol amount, mass ratio between ethlene glycol and bamboo powder on liquefaction efficiency. Tthe optimal conditions were determined with orthogonal experiments. Results indicated that reaction temperature was the most significant factor. The optimal conditions for microwave liq-uefaction were 170 C, 4 min, the catalyst oil of vitriol amount of 5%, the mass ratio between ethylene glycol and bambooKey words: bamboder;ethylene glycol; microwave liquefaction techi竹子是一種用途廣泛的生物質(zhì)資源,具有特殊為液化劑1,在前期研究中,筆者也采用苯酚作為的能源利用價(jià)值及藥用價(jià)值。近年來(lái),對竹類(lèi)加工反應試劑,但由于苯酚具有一定的毒性,其應用殘渣及竹纖維的液化研究非常廣泛1-3。竹粉的主要受到一定的限制。本試驗重點(diǎn)研究了乙二醇微波液成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素,在高溫條件下化技術(shù),以期獲得滿(mǎn)足生物可降解聚氨酯泡沫材料可以裂解為制備聚氨酯材料的低分子多元醇,生產(chǎn)要求的植物多元醇。在前人研究的基礎之上但竹粉是否能作為合成聚氨酯的多元醇原料,主要本試驗采用單因素試驗確定液化時(shí)間、反應溫度、在于液化技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)6。當前竹粉的液化主催化劑用量及竹粉與乙二醇質(zhì)量比等條件,研究微要有油浴加熱和微波加熱兩種方法,但油浴方法存波作用對竹粉乙二醇液化效果的影響,由正交試驗在反應時(shí)間長(cháng)、液化效率低等問(wèn)題,微波液化因其確定微波液化的最佳工藝條件具有加熱升溫快,液化效率高等優(yōu)點(diǎn)已得到廣泛重視③.9。1材料與方法關(guān)于纖維素的液化工藝以及液化劑的研究已1.1材料有很多,如采用苯酚、乙醇、乙二醇和聚乙二醇等作竹粉:購于廣西柳州市融安縣豐園竹木加工有收稿日期:014-12-16基金項目:廣西教育廳科研項目(LX204494);柳州師范高等專(zhuān)科學(xué)?？蒲袆?chuàng )新團隊建設項目作者簡(jiǎn)介錢(qián)善勤(191),男,江蘇秦州人,副教授博士,主要從事環(huán)境生物學(xué)方面的研究,(電話(huà))1800信箱)qianshanqin@163.com通信作者,廖政達(1967-)教授,碩士,主要從事天然植物纖維素的改性與應用研究,(電子信箱 )lzszliaozhengda@163com。第5期錢(qián)善勤等:竹粉乙二醇微波液化工藝的優(yōu)化1167限公司。將竹粉粉碎、過(guò)篩,取40-80目的竹粉作為應時(shí)間(B)、乙二醇與竹粉質(zhì)量比(C)、催化劑用量試驗材料,于(1005)℃的烘箱中烘干至恒重,用自(D)的交互作用對竹粉微波液化效果的影響,從而封袋密封好放入干燥器中保存備用。確定竹粉微波液化的最佳工藝條件。正交試驗因素1.2試劑及儀器與水平見(jiàn)表1。乙二醇(甘醇)、濃硫酸、無(wú)水乙醇,均為分析表1正交試驗因素及水平純,購于西隴化工股份有限公司。FW100型萬(wàn)能粉碎機(天津泰斯特儀器有限公因素司);YHC-600BS型遠紅外快速干燥箱(上海躍進(jìn)醫水平反應溫度(A)反應時(shí)間(B)乙三醇與竹催化劑用量(D)℃粉質(zhì)量比(C)療器械有限公司);FA2004B型電子天平(上海躍平科學(xué)儀器有限公司);SHZ-D(I型循環(huán)水式真空泵(河南鞏義市予華儀器有限公司);XH-MC-1型祥3l1鵠實(shí)驗室微波合成儀(北京祥鵠科技發(fā)展有限公司);RE-52AA型旋轉蒸發(fā)器(上海亞榮生化儀器廠(chǎng))。2結果與分析13方法21單因素試驗結果131竹粉的液化稱(chēng)取5g竹粉倒入三頸燒瓶2.11反應時(shí)間對竹粉液化率的影響從圖1可中,按預設比例加入乙二醇、催化劑濃硫酸,混合搖以看出,反應時(shí)間為2min時(shí),竹粉液化率較低,只勻,放入預設好功率反應溫度、時(shí)間等參數的微波有76.24%。當反應時(shí)間為3min時(shí),液化率上升為合成儀中反應,待反應結束后,迅速取出三頸燒瓶86.52%;4min時(shí),液化率達到9049%,之后液化率進(jìn)行快速冷卻,用已知質(zhì)量的濾紙進(jìn)行減壓抽濾,隨反應時(shí)間緩慢升高。由此可見(jiàn),隨著(zhù)反應時(shí)間的用無(wú)水乙醇洗滌殘渣,至濾液變成無(wú)色為止。延長(cháng),竹粉的液化率呈上升的趨勢,但當達到一定1.3.2竹粉液化率的測定抽濾結束后,將濾紙及時(shí)間后,竹粉液化率的上升趨勢變小。選擇反應時(shí)殘渣一起放入烘箱于(100±5)℃下烘于至恒重,并間34、5min進(jìn)行后續試驗。用如下公式計算竹粉的液化率YL=(mo-m,)/mox%式中,m為竹粉液化殘渣質(zhì)量;m為液化前竹粉質(zhì)量;YL為竹粉液化率。1.33單因素試驗誕樂(lè )1)乙二醇與竹粉質(zhì)量比為6:1,反應溫度為150℃,催化劑濃硫酸用量為5%,反應時(shí)間設為2、3、4、5.6、78min進(jìn)行液化反應,分析反應時(shí)間對竹粉液化率的影響。反應時(shí)間/min2)在乙二醇與竹粉質(zhì)量比為6-:1,反應時(shí)間圖1反應時(shí)間對竹粉液化率的影響為5min,催化劑濃硫酸用量為5%的條件下,分析2.1.2反應溫度對液化率的影響從圖2中可以反應溫度(90、110、130、150、170℃)對竹粉液化率看出,隨著(zhù)反應溫度的不斷升高,竹粉反應體系的的影響。液化率呈上升趨勢。反應溫度為90℃時(shí),竹粉液化3)反應溫度為150℃反應時(shí)間5min催化劑率僅為6538%;反應溫度為130℃時(shí),液化率上升濃硫酸用量為5%時(shí),分析乙二醇與竹粉質(zhì)量比到83.04%;當反應溫度為170℃時(shí),竹粉液化率最(41、5:16:1、7:1和81)對竹粉液化率的影響。4)反應溫度為150℃、乙二醇與竹粉質(zhì)量比為6:1、反應時(shí)間為5min,研究不同用量催化劑濃硫酸對竹粉液化率的影響,催化劑用量設為2%、3%、4%、5%、6%和7%1.34正交試驗優(yōu)化竹粉液化工藝在單因素試驗法確定反應時(shí)間、反應溫度、乙二醇與竹粉質(zhì)654110130150170量比及催化劑用量對竹粉液化的作用范圍的基礎上,采用L2(3)正交試驗方法研究反應溫度(A)、反反應溫度/℃C圖2反應溫度對竹粉液化率的影響l16湖北農業(yè)科學(xué)2015年高達到92.89%。因此可以得出,竹粉反應體系的液應的條件進(jìn)行設置,采用L2(3y)正交試驗方法對竹化率隨著(zhù)反應溫度的增加而呈上升趨勢,當反應溫粉液化反應工藝進(jìn)行優(yōu)化,正交試驗結果見(jiàn)表2。運度超過(guò)150℃時(shí),竹粉液化率的上升趨勢變緩。選擇用微波法對竹粉進(jìn)行液化,結果表明,影響竹粉液130、150、170℃進(jìn)行正交試驗?；实母饕蛩卮笮№樞驗榉磻獪囟?、反應時(shí)間、催213乙二醇與竹粉質(zhì)量比對竹粉液化率的影響化劑用量、乙二醇與竹粉質(zhì)量比。通過(guò)正交試驗,從圖3中可知,乙二醇與竹粉質(zhì)量比為41時(shí),竹粉優(yōu)化反應工藝,發(fā)現反應溫度、反應時(shí)間對液化效液化率僅為7917%,隨著(zhù)乙二醇與竹粉質(zhì)量比的加果的影響尤為顯著(zhù)。優(yōu)化后的工藝條件為AfBC2D2大,液化率逐漸增高,在質(zhì)量比達到7:1時(shí),竹粉液即反應溫度170℃,反應時(shí)間4mn,乙二醇與竹粉化率為9053%,而8:1的質(zhì)量比體系下的液化率與質(zhì)量比為6:1,催化劑用量為5%。在此最佳優(yōu)化工71的液化率基本持平。由此可以得出,隨著(zhù)乙二醇藝條件下進(jìn)行驗證試驗,得到竹粉的液化率為質(zhì)量的增大,反應體系增大,從而也提高了液化反應97.53%。的效率,但當乙二醇與竹粉質(zhì)量比超過(guò)7:1時(shí),竹粉的液化率增幅變緩。說(shuō)明乙二醇質(zhì)量的增加對提高表2竹粉微波液化正交試驗結果液化率有一定的作用,但也并不是越大越好。選擇二試驗編號ABCD竹粉液化率/%者質(zhì)量比5:1、6:17:1進(jìn)行后續正交試驗。6936804578.742819728567623312288.4088.68895.04k:76.183800038426782.140k285347870538460385843質(zhì)量比k391.70386.1778436385250圖3乙二醇與竹粉質(zhì)量比對竹粉液化率的影響1552070500.3363.7032.1.4催化劑濃硫酸用量對竹粉液化率的影響由圖4可見(jiàn),當反應體系的催化劑濃硫酸用量為3小結2%時(shí),竹粉液化率較低,只有78.18%;當催化劑用1)竹粉纖維的結構較為復雜,直接利用比較量為3%時(shí),液化率為8142%;催化劑用量為4%難,通過(guò)微波分解方法將其液化,轉化為可利用的時(shí),液化率為8372%。隨著(zhù)催化劑用量的增加液化小分子多元醇,為其綜合應用提供了廣闊的前景。率呈明顯的上升趨勢,當催化劑用量為6%時(shí),其竹2)單因素試驗和正交試驗的結果表明,竹粉乙粉液化率達到90.81%;催化劑用量為7%時(shí),液化率二醇微波液化的優(yōu)選工藝為催化劑濃硫酸用量為則高達91.10%。選擇催化劑濃硫酸用量為4%、5%、5%,反應溫度170℃,乙二醇與竹粉質(zhì)量比61,反應6%進(jìn)行后續試驗。時(shí)間4min。在此條件下,竹粉的液化率可達9753%。3)以濃硫酸為催化劑,竹粉在乙二醇中可以很298好地進(jìn)行微波液化,在液化過(guò)程中,液化反應溫度對液化效果的影響最為顯著(zhù),其次為液化反應時(shí)間、催化劑用量和乙二醇與竹粉質(zhì)量比。在試驗范圍內,溫度越高、乙二醇用量越大、液化反應時(shí)間越長(cháng)、催化劑用量越大,竹粉的微波效果越好,但過(guò)高的反應溫度,過(guò)多使用乙二醇和濃硫酸,將會(huì )大大濃硫酸用量/%增加能耗,對反應設備及環(huán)境的影響也較大,故在實(shí)際的生產(chǎn)中應適當控制其用量圖4催化劑濃硫酸用量對竹粉液化率的影響參考文獻22正交試驗結果[]方紅霞潘健,吳強林,等竹基剩余物高值轉化技術(shù)與材料化根據單因素試驗的結果,在各單因素中選取相應用[門(mén)]現代化工,2010,30(1):78-81(下轉第1172頁(yè))1172湖北農業(yè)科學(xué)015年抑制褐變的措施之一是運用抗褐變劑抑制褐3]王佳宏郁志芳陸勝民,等鮮切李乃褐變特性研究[食品科變相關(guān)的酶活。研究表明,抑制PAL酶活的抗褐變學(xué),2005,25(9):80-83劑主要包括有機小分子和金屬離子兩大類(lèi),有機小{4]趙喜亭,王會(huì )珍李明軍,等無(wú)硫護色劑對鮮切鐵棍山藥片酶促褐變的影響及其PPO特性研究[J食品工業(yè)科技,2008,29(2):分子包括肉桂酸、8-香豆酸、L-2-氨氧基-3-苯丙25-128酸、2-氨氧基乙酸以及某些氨基酸如組氨酸、色氨[5]劉瑩,趙喜亭,趙月麗,等鐵棍山藥PPo的最適底物、熱穩定酸、苯丙氨酸、酪氨酸、氟苯丙氨酸等l宛國偉性及褐變控制研究[河南農業(yè)科學(xué),2010(12):95-98等5研究表明,不同濃度的苯丙氨酸、肉桂酸和阿61趙喜亭,趙月麗,王苗,等鐵棍山藥PD特性及褐變抑制研魏酸溶液對離體丹參根的PAL活力均有抑制作用。[J河南農業(yè)科學(xué),2011,40(1):107-11l本研究結果表明,L半胱氨酸鹽酸鹽對PAL的抑制71馬俊彥,楊改德,敖利剛植物苯丙氨酸解氨酶的生物學(xué)研究進(jìn)展[]現代食品科技,2007,23(7):71-74,97作用最為明顯,其次是檸檬酸。植酸對PAL的抑制81MATE0sM,KED, CANTWELL M,ta. Phenolic metabolism作用不明顯,其中L-半胱氨酸鹽酸鹽對PAL的抑and ethanolic fermentation of intact and cut lettuce exposed to制作用與江力等的結果一致。金屬離子如AgCO-enriched atmospheres[J]. Postharvest Biology and Techn1993,3(3):225-233C2Ca2等均可抑制百合鱗莖PAL的活力,以Ag9) KOUKO.J. CONNE E. The metabolism of aromatic com-的抑制作用最強;但一些金屬離子Mn2、Fe2、Cu2+、pounds in higher plants. M. Purification and properties of theFe3可能作為輔基與酶蛋白相互結合對百合鱗莖phenylalanine deaminase of Herdeum pulagare [J]. Journal ofPAL的活力有明顯的促進(jìn)作用;還有些離子對PALBiology and Chemistry, 1961, 236: 2692-2698活力的作用與濃度有關(guān),如Na隨著(zhù)濃度的升高,對0 TANAKA Y, RITANI U. Purification and properties of pheny-PAL的作用由抑制變?yōu)榇龠M(jìn)作用,Mg2隨著(zhù)濃度的lalanie ammonialyase in cut injured sweet potato[J]. Journal升高對PAL的作用由促進(jìn)變?yōu)橐种?6。本研究也of Biochemistry,1977,81(4):963-970.1]歐陽(yáng)光察,應初衍,沃紹根,等.植物苯內氨酸解氨酶的研發(fā)現,Na'濃度小于0.25%時(shí),明顯抑制鐵棍山藥的究—一VⅥL水稻、小麥PAL的純化及基本特性[J]植物生理學(xué)PAL活力,但當Na濃度在02%-200%范圍內時(shí),報,1985,11(2):204-214對PAL的活力具有明顯的促進(jìn)作用。12]李艷華,王慶國蘆筍過(guò)氧化物酶和苯丙氨酸解氨酶特性及抑綜合以上分析可知,為了有效抑制PAL引起的制條件的研究[J食品與發(fā)酵工業(yè),2007,33(11):55-59鮮切鐵棍山藥片的褐變,應在酸性(pH<2.0)、低溫13]曹錦萍,呂培濤,程桂平,等部分觀(guān)賞植物苯丙氨酸解氨酶的初步研究[仲愷農業(yè)工程學(xué)院學(xué)報,2009,22(4):14-18(<20℃)或高溫(>80℃)條件下進(jìn)行山藥切片的加[14江力,袁懷波,張世杰,等山藥苯丙氮酸解氨酶特性的研工和貯藏,鮮切的無(wú)硫護色劑應首先選擇L半胱氨究[J].食品科學(xué),2006,27(10):36-40酸鹽酸鹽,其次是檸檬酸。[15]宛國偉,董娟娥,粱宗鎖,等培養條件對離體丹參根苯丙氨酸參考文獻解氨酶和多酚氧化酶活性的影響[]西北植物學(xué)報,2007,271]李明軍,劉欣英,李萍,等山藥微型塊莖誘導形成的影響因子(12):2471-2477研究[中草藥,2008,39(6):905-910[16]孫紅梅,趙爽,王春夏,等.百合鱗莖苯丙氦酸解氨酶的分離[2〕趙喜亭,王會(huì )珍,趙月麗,等鐵棍山藥褐變特性研究[J]河南農純化及酶學(xué)性質(zhì)研究[]園藝學(xué)報,2008,35(11):1653-1660.業(yè)科學(xué),2009(7):94-97(責任編輯趙娟)+“+“+“+-+“+“-+“+-“++“十-“+-+-+-“+-“+-“+“+“+“““-+“+“(上接第1158頁(yè))[2]方紅霞,孫金余,吳強林,等竹纖維素微粉的結構與性能研究[纖維素科學(xué)與技術(shù),2011,19(1):29-34.8]柴希娟陶磊微波液化竹粉及聚醚多元醇的制備[J]纖維素[3]方紅霞,王賓,李長(cháng)江,等竹材剩余物竹粉的選擇性酚化產(chǎn)物科學(xué)與技術(shù),2014,2(3):1-4,11研究[J]天然產(chǎn)物研究與開(kāi)發(fā),2011(23):866-869,912[9]柴希娟微波加熱下竹粉苯酚液化的優(yōu)化工藝研究!].西南林業(yè)[4]徐莉莉,廖兵,年福偉,等竹粉的多元醇液化及其在半硬質(zhì)聚大學(xué)學(xué)報,2014,34(2):108-110氨酯泡沫中的應用林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè),2013,33(6):48-54[10]廖政達,藍峻蜂,謝濟運甘蔗渣苯酚液化的工藝研究[J安徽[5]楊小旭,龐浩,張容麗,等竹粉在多元醇中熱化學(xué)液化的研農業(yè)科學(xué),2011,39(22):13501-13502,13505究[門(mén)]聚氨酯工業(yè),2008,23(5):16-19.[11]廖益強郭銀清,盧澤湘,等竹粉乙醇液化及其產(chǎn)物表征[J].中6]方向宏,方紅葭竹粉酚化配方和工藝條件研究!J黃山學(xué)院學(xué)國農業(yè)大學(xué)學(xué)報,2014,19(2):43-50報,2010,12(3):35-37[12]柴希娟,羅儒芳聚乙二醇中竹粉液化的工藝研究西南林業(yè)[7]張金萍,杜孟浩,王敬文.不同液化條件對毛竹粉多元醇液化產(chǎn)大學(xué)學(xué)報,2011,31(5):83-86物分子量的影響[J]江西農業(yè)大學(xué)學(xué)報,2010,32(6):1191-(責任編輯趙娟)