作者：郑晓敏
采用传统分离技术和现代分离技术相结合的纯化工艺，对甘蔗叶水解液分别进行中和脱除无机酸，活性炭脱色，离子交换树脂脱盐，旋转蒸发浓缩结晶，然后通过现代分析仪器分析木糖产品纯度和进行结构表征等，最终得到了纯度较高的木糖产品，为木糖进一步纯化技术开发，奠定了理论基础和数据依据。
1 材料与方法
1.1材料与设备
甘蔗叶水解液，自制；活性炭：上海活性炭厂；732#阳型离子交换树脂、717#强阴性离子交换树脂：长沙大禹化工有限公司。
DELTA320型pH计：上海精密科学仪器有限公司；90-2型定时恒温磁力搅拌器：上海沪西分析仪器厂；UV-4802型紫外可见分光光度计：上海尤尼柯有限公司；HH-4数显恒温水浴锅：国华电器有限公司；DHG-914A电热恒温鼓风干燥箱：上海精宏实验设备有限公司；AnkeGL-16G高速台式离心机：上海安亭科学仪器厂；SHZ-D型循环水式真空泵：巩义市英峪予华仪器厂；WZS-I阿贝折光仪：上海光学仪器厂；RE-52A旋转蒸发仪：上海亚荣仪器设备厂。
1.2方法
1.2.1甘蔗叶水解液的制备
甘蔗叶粉末经过蒸汽爆破预处理（爆破压力1.4 MPa，维压时间12.5 min，粒度100目，料液比1：15( g/mL))过滤得爆破渣，60℃烘箱中干燥，冷却至室温，称取爆破甘蔗叶用于酸催化水解处理（硫酸浓度2%，反应时间2h，反应温度100℃，粒度100目，液料比1：11( g/mL》过滤得甘蔗叶水解液，测定水解液中木糖含量，备用。
1.2.2中和脱酸
中和脱酸主要是去除水解液中多余的硫酸，为避免引入新的杂质，用Ca(OH)2，当pH为2.6～3.0时，溶液中硫酸的残留量仅不足0.1%，但若pH高于4.0，溶液中乙酸，阿魏酸等一些有机酸就会被中和，生成可溶性钙盐而不容易去除，增加了离子交换树脂脱盐的负担，所以中和时要控制pH小于4.0。
甘蔗叶水解液中在不停搅拌的情况下，加入Ca(OH)2溶液，该氢氧化钙溶液中氢氧化钙和水比重是1.10—1.15．慢慢加入到水解液中，调pH为3.0—3.5，停止，75℃恒温水浴保温0.5 h，0.45 μm滤膜抽滤得滤液，浓缩至原水解液体积的1/4，备用，测定不同pH情况下，木糖损失率，以确定最佳pH．计算公式见式(1)。
1.2.3 活性炭脱色
1.2.3.1 活性炭预处理
活性炭颗粒在0.25 mol/L盐酸溶液中浸泡24 h，过滤，用蒸馏水洗至中性，滤干，在烘箱温度120℃干燥8h，冷却至室温，备用。
1.2.3.2活性炭氨水改性
活化活性炭在25%氨水溶液65℃震荡4h，过滤，用蒸馏水洗至中性，滤干，然后在烘箱温度120℃干燥8h，冷却至室温即为改性活性炭，备用。
1.2.3.3经中和脱酸处理后的甘蔗叶水解液经改性活性炭脱色
活性炭用量为1.5 g/100 mL，80℃水浴中搅拌30min后，冷却至室温，以脱色率为考察目标，观测其脱色效果。
1.2.4离子交换树脂脱盐
1.2.4.1树脂预处理
D301弱碱性阴离子交换树脂在5% NaCl溶液中浸泡4h，过滤，用蒸馏水冲洗表面NaCl溶液，用5%NaOH溶液浸泡4h，过滤后用蒸馏水冲洗至溶液pH为8.0，于烘箱中50℃烘于备用。
732#强阳离子交换树脂于5% NaCI溶液中浸泡4h，过滤，用蒸馏水冲洗表面附着的NaCl溶液，用5% HCI溶液浸泡4h，过滤后用蒸馏水冲洗至溶液pH为6.0，于烘箱中50℃烘干备用。
1.2.4.2装柱
向离子交换树脂中加入去离子水，使其成为“糊状”，装入离子交换柱中，再加入离子水，直至液面高于树脂2 cm左右，确保树脂完全浸没在去离子水中，装柱后尽可能使树脂紧密，不留气泡，平衡后放出蒸馏水。阴离子交换柱D301，填充高度18 cm，柱直径20 mm；阳离子交换树脂732，填充高度20 cm，柱直径20 mm。
1.2.4.3脱盐处理
甘蔗叶水解液以2 mL/min先后经过阳离子交换柱，阴离子交换柱，分部收集，测定透过液的色值、电导率和木糖含量。
2结果与讨论
2.1 中和脱酸pH对脱色效果的影响
甘蔗叶水解液在75℃水浴温度下，加入不同量的Ca(OH)2溶液，将溶液pH调至3.0，3.2，3.5和4.0，观察中和水解液中颜色变化，结果发现随着pH增大，中和水解液颜色越深，测定木糖含量，分析溶液中木糖损失率，结果如图1所示。
从图l看出，中和脱酸过程中，pH越大，木糖的损失率越大。这主要由于有机酸和Ca(OH)2溶液反应速度慢，无机酸先和其反应，生成CaSO4沉淀，一段时间后生成含结晶水的CaSO4．2H20，它具有表面吸附能力，可吸附溶液中的胶体、腐殖质甚至木糖等，所以随着pH增大，木糖的损失率增大。当pH为2.8—3.0时，溶液中无机酸的残余量为0.05%~0.1%．
若pH为4.0时，全部无机酸中和完，有机酸才开始中和，使溶液中钙盐量增大，产生大量色深的物质，使溶液颜色加深。所以中和脱酸时，一定要严格控制pH在4.0以下，结果表明，pH 3.0时最好，此时木糖损失率最少，溶液颜色最浅。
2.2改性活性炭用量对脱色效果的影响
甘蔗叶水解液中添加活性炭量为2.0，4.0，6.0，8.0和10 g/100 mL，甘蔗叶水解液初始pH 3.0，水浴温度40℃，搅拌脱色时间50 min，静置冷却至室温，测定脱色率和木糖损失率。结果见图2所示。
从图2可以看出，随着活性炭添加量的增加，脱色率和木糖损失率都会增加，当活性炭添加量少时，脱色率随着活性炭添加量的增加迅速增加，活性炭添加量达到6 g/100 mL时，脱色率接近80%，此后随着活性炭添加量增加，脱色率增加缓慢；同时看出，活性炭添加量<6 g/100 mL时，随着活性炭添加量增加，木糖损失率增加缓慢，当活性炭添加量>6 g/100 mL
后，木糖损失率增加趋势急剧，这种情况下，活性炭吸附木糖分子比较多。所以当活性炭添加量为6 g/100mL时，有较好的脱色率和较少的木糖损失率。
1.3脱色温度对脱色效果的影响
甘蔗叶水解液中添加活性炭量为6.0 g/100 mL，甘蔗叶水解液初始pH 3.0，在水浴温度20℃，40℃，60℃，80℃和100℃时，搅拌脱色时间50 min，静置冷却至室温，分析脱色率和木糖损失率。结果见图3。从图3可以看出，随着脱色温度增大，脱色率先增大后减小，当脱色温度是80℃时，脱色率达到最大值，脱色率> 85%，这可能是因为脱色温度<80℃时，脱色率增加趋势明显。随着脱色温度增大，分子运动加剧，增加色素分子之间相互碰撞机会，有利于絮体产生，加速活性炭吸附。脱色温度>80℃，脱色率开始减小，这可能是因为吸附在活性炭上的色素被解吸下来。同时看出，随着脱色温度增大，木糖损失率增大。综合比较脱色率和木糖损失率，80℃最合适。
2.4甘蔗叶水解液起始pH对脱色效果的影响
甘蔗叶水解液溶液起始pH是2.5，3.0，3.5, 4.0和5.0，添加活性炭量为6.0 g/100 mL，水浴温度40℃时，搅拌脱色时间50 min，静置冷却至室温，测定脱色率和木糖损失率。结果见图4。从图4可看出，木糖溶液初始pH在2—3.5时，脱色效果比较好，脱色率达到80%以上，pH在3.5—5时，脱色效果相对较差，当pH 5.0时，脱色率不到50%。这可能是因为部分色素分子或者显色物质在低pH范围内会改变化学形态，便于脱色。但溶液pH太小，中和脱酸工艺时，产生大量盐，给脱盐带来困难。同时从图上看出，当木糖溶液初始pH为3.0时，木糖损失率最小。所以木糖溶液初始pH 3.0最合适，同时进一步验证了中和脱酸时
工艺。
2.5脱色时间对脱色效果的影响
糖水解液中添加活性炭量为6.0 g/100 mL，甘蔗叶水解液初始pH 3.0，水浴温度80℃，在不同搅拌脱色时间是20，40，60，80和100 min，静置冷却至室温，分析脱色率和木糖损失率。结果如图5。由图5可看出，当脱色时间<40 min时，随着脱色时间增加，脱色率急剧增大，脱色时间在40—80 min时，脱色率增加趋势不明显，但当脱色时间>80 min时，脱色率开始降低，这可能是因为，随着脱色时间延长，活性炭吸附色素增大，但当脱色时间过长时，部分吸附的色素开始解吸，脱色率降低。同时可看出，随着脱色时间增大，木糖损失率增大，这主要是部分木糖分子吸附到活性炭上而导致木糖损失率降低。综上考虑选择脱色时间60 min时比较合适。通过对对改性活性炭脱色条件优化，得到脱色优化条件是：活性炭用量是6 g/100mL，初始pH是3.0，脱色温度是80℃，脱色时间是60 min，此时脱色率是85.67%，木糖损失率是8.52%。
2.6离子交换树脂脱盐的结果
从图6可以看出，阴阳离子交换树脂与溶液中阴阳离子相互交换而使溶液中无机盐离子数量减少，从而使电导率降低66.32%，色值减小88.83%，木糖含量降低6.24%。说明离子交换树脂能够降低导电率，吸附色素，但木糖含量基本不变。这可能是因为木糖提取过程中产生的色素含有不饱和基团如N=N，HC=CH、CH=N等，呈电离状态，离子交换树脂吸附色素主要是通过两个机制：其一，树脂上的阴离子以离子间的形式与色素阴离子交换；其二，色素的非极性部分与树脂基质中的基团以疏水力结合。
3结论
考察了甘蔗叶水解液的纯化工艺，试验表明：(1)中和脱酸时，溶液pH用Ca(OH)2调节至3．O，木糖损失率最小，溶液颜色最浅。(2)脱色的最佳条件是活性炭用量是6 g/100 mL，初始pH是3.0，脱色温度是80℃，脱色时间是60 min，此时脱色率是85.67%，木糖损失率是8.52%。(3)离子交换树脂脱盐过程中电导率降低66.32%，色值减小88.83%．木糖含量降低6.24%，在脱除色素和脱盐过程中，木糖含量有一定降低，但变化很小，已经初步达到了纯化木糖溶液工艺要求。
4摘要
为了得到纯度较高的木糖产o，采用中和脱酸，活性炭脱色，离子交换树脂脱盐方法研究了爆破甘蔗叶酸解水解液的纯化工艺。结果表明，水解液用Ca(OH)：中和调节至3.0，木糖损失率最小，溶液颜色最浅：活性炭用量是6 g/100 mL，初始pH 3.0，脱色温度80 oC,脱色时间60min;离子交换树脂能提高木糖的纯度，可达92.5%。
下一篇:返回列表
