玉米秸秆稀酸水解时糠醛形成原因及影响因素呋喃甲醛产品结构式中文别名2-呋喃甲醛,呋喃甲醛,麸醛,人造蚁油,氧茂甲醛英文别名Furfural,2-Furaldehyde,Pyromucicaldehyde,Furfurylidene分子式C5H4O2分子量96.09玉米秸秆稀酸水解时糠醛形成原因及影响因素江滔1,2，路鹏1，李国学1※（1．中国农业大学资源与环境学院，北京100193；2．乐山师范学院化学与生命科学学院，乐山614004）摘要：该文通过试验研究了玉米秸秆在稀酸水解过程中糠醛类物质的产生规律和主要影响因素。试验结果表明：己糖转化为羟甲基糠醛的反应是水解液中糠醛类物质产生的主要原因，而戊糖向糠醛的转化率较低。影响水解液中糠醛类物质浓度最大的因素是还原糖浓度，在所有系列试验中糠醛浓度同还原糖浓度均显著相关；水解时间对水解液中糠醛类物质浓度有显著影响，糠醛浓度随着水解时间的增加而升高；稀硫酸0.5%～2.5%浓度的范围内能够有效提高己糖向羟甲基糠醛的转化效率；而固含物和水解温度在试验条件下对糠醛类物质的产生没有显著影响。关键词：稀酸水解，玉米秸秆，糠醛，羟甲基糠醛doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2009.07.034：TK6文献标识码：A：1002-6819(2009)-7-0185-05江滔，路鹏，李国学.玉米秸秆稀酸水解时糠醛形成原因及影响因素[J].农业工程学报，2009，25(7)：185－189.激angTao,LuPeng,LiGuoxue.Formationcauseandinfluencingfactorsoffurfuralsduringthediluteacidhydrolysisofcornstalks[J].TransactionsoftheCSAE,2009,25(7)：185－189.(inChinesewithEnglishabstract)0引言近年来随着能源危机的日益严重，各国科学家对纤维素水解发酵制乙醇的方法进行了大量的研究[1-3]，但是乙醇的产量和产率都不是太理想，其中一个重要原因是水解产生的单糖在高温和酸性条件下转化为甲酸、乙酸、糠醛类物质和苯系化合物等发酵抑制物[4-5]。糠醛类物质包括糠醛和羟甲基糠醛，糠醛由木糖等戊糖在高温条件下脱去一个水分子形成；羟甲基糠醛由葡萄糖、半乳糖等己糖脱去一个水分子而成。两者化学、生物学性质非常类似，通过分光光度法测定时不能将二者区分开，所以统称为糠醛类物质（若无特别说明本文中的糠醛均代表糠醛类物质）。有研究表明，水解过程中产生的糠醛类物质对碳同化过程中产生的糖酵解酶，如己糖激酶、葡萄糖磷酸异构酶具有抑制作用[6]，从而影响到乙醇发酵。目前，在发酵抑制物的研究中对抑制物去除方法探索相对较多[7-8]，而对水解过程中抑制物产生规律的研究较少。并且研究主要集中在乙酸等低分子有机酸[9]，对糠醛类物质的研究相对较少。本文分别从水解时间、水解温度、稀酸浓度、还原糖浓度等方面入手，以鲜和风干玉米秸秆为对象，研究了纤维素类物质稀酸水解过程中，糠醛类抑制物产生的规律和主要影响因素。1材料与方法1.1材料玉米秸秆：取自中国农业大学试验田，采后一组立即杀青（鲜样），一组自然风干（干样）。经测定鲜秸秆的组成为（干基）：还原糖浓度10.86%，NDF（中性洗涤纤维）51.25%；NDF组成：半纤维素42.51%，纤维素50.79%，木质素6.29%。风干秸秆组成为（干基）：还原糖含量6.63%，NDF64.06%；NDF组成：半纤维素37.27%，纤维素53.82%，木质素8.02%。1.2仪器752N分光光度计（上海精密科学仪器有限公司）；170电子天平（德国Sartorius）；TDL-40B离心机（美国Anke公司）；DK-S28电热恒温水浴锅（上海森信实验仪器有限公司）；12L手提式高压蒸气灭菌锅（上海博迅实业有限公司）。1.3水解试验设计研究在不同条件下，水解液中糠醛类物质浓度和还原糖浓度的变化趋势。试验水平设置见表1。1.4测定方法1.4.1糠醛类物质测定方法－紫外分光光度法糠醛、羧甲基糠醛在272nm处紫外吸收无杂峰，吸收强度与其浓度成正比，不必加入任何显色剂和对其他试剂作处理，就能取得较理想的结果。同时，溶液中硫酸与其他试剂也不会对结果产生明显干扰[10]。1.4.2还原糖测定方法——DNS法还原糖在碱性条件下加热被氧化成糖酸及其他产物，3,5-二硝基水杨酸则被还原为棕红色的3-氨基-5-硝基水杨酸。在一定范围内，还原糖的量与棕红色物质颜色的深浅成正比关系[11]。2结果与分析2.1水解温度对糠醛浓度的影响...