张光宇 外文翻译剖析.docx
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张光宇外文翻译剖析
毕业设计(论文)外文资料翻译
学院:
机械工程学院
专业班级:
机械设计制造及其自动化机械092
学生姓名:
张光宇
学号:
010911221
指导教师:
周建来(教授)
外文出处:
(外文)S.Jin,H.Chen/BiochemicalEngineeringJournal30(2006)225–230
附件:
1.外文资料翻译译文;2.外文原文
指导教师评语:
签名:
2013年月日
超精研磨蒸汽爆炸稻草和它的酶水解
1.介绍
木质纤维的预处理对于它有效的转化为低糖和别的有用的产品是很重要的。
最好的预处理方法是将物理与化学方面的改变结合起来使其造成最低限度的破坏和在副反映中的价值损失最少,从而导致在最少材料损失的情况下产生对水解最好的酶作用物。
在这些预处理方法中,用蒸汽爆炸来增强硬木和稻草的纤维素对酶攻击的敏感性被认为是一种最有吸引力的和最具有成本效益的方法。
蒸汽爆炸的优点包括低的能源消耗和环境成本,它的局限性包括破坏半纤维素、不完整的瓦解木质素与碳水化合物和到下游的过程生成抑制剂。
一般的,更高的温度或更长培养时间等更激烈的情况总是影响半纤维素和木质素的缩合反应中的糠醛和5-羟甲基的产量,于是蒸汽爆炸木质纤维素需要用清水冲洗,以去除抑制剂。
然而,这会提高成本,降低整体糖化,消除半纤维素水解生成的可溶性糖。
因此,采用轻度的蒸汽爆炸来避免上述的影响是一个很好的方法。
随着超细粉末在陶瓷工艺、电子材料、制药、造纸等领域以及在药物领域中的需求不断增加,超精研磨已在许多领域蓬勃发展,它可以执行减小粒径和改善反应性表面最大面积的功能,在增加表面面积方面它已被认为消耗的能量不超过传统机械研磨。
然而,到目前为止对超细研磨木质纤维素的理解和使用也只是很少。
由于电力要求与机械研磨的最终颗粒的尺寸和材料特性密切相关,所以超精研磨结合轻度的蒸汽爆炸来处理稻草(RS)来缩短研磨时间、节约能源成本、避免抑制剂,并在这项工作中获得高的酶水解。
为了避免过度分解糖和木质素,生成半纤维素及副产品,我们使稻草蒸汽爆炸发生在较低的
后再进行超精研磨。
我们对流化床气流磨的帧字符有关的四个过程变量(FJM-200,功率1.5千瓦),即分级轮的旋转速度(大小过滤机制)、研磨时间、进料负荷、原料的水分含量进行了研究来准备汽爆稻草的超精颗粒。
我们提出用纤维素、半纤维素和木质素含量的改变来称重蒸汽爆炸和反射的抑制剂,用超精研磨的颗粒产量来描述超精研磨的经济可行性。
在比较超精研磨产物和残留的汽爆稻草的酶水解之后,纤维的特性,如纤维尺寸分布和组成细胞的比例都被进行了研究。
2.材料和方法
所有样品进行干物质(DW)基础上的所有参数的重复测定。
平均值和标准偏差(S.D.)的报告。
2.1物料
2005年1月15日,从江西省Shangpi村的一个当地农民家获得的包在一个黑色的袋子里储存在阴凉的空气干燥的室内的RS(中优838杂交后代),本RS的主要成分是水分9.8±0.5%、纤维素36.5±0.6%、木质素12.8±0.6%和半纤维素25.6±0.5%。
在这项工作中所用的纤维素酶来自于中国上海博鳌亚洲商业木霉纤维素酶生物技术公司。
分别根据曼德尔斯、韦伯、高斯和弗拉先科等人的方法,其CMC酶活性、滤纸活性(FPA)和纤维二糖酶的活性被确定为18±0.9、0.55±0.06和0.20±0.04IU/mg。
本研究中使用的其他所有化学品均为分析纯,购自中国北京化学试剂公司。
2.2蒸汽爆炸预处理
将0.2公斤的样品稻草切成5-8厘米,分别在4.5升批式反应器(威海自动控制电抗器(中国)有限公司)179.9℃、194.8℃、210℃和220℃的饱和蒸汽中进行蒸汽爆炸4-5分钟。
用程度参数(
[min])映射破坏及解聚,蒸汽爆炸的程度参数经计算为3.09(179.9℃/5min),3.44(194.8℃/4min),3.90(210℃/4min),和4.20(220℃/4min)由下述公式
(1)。
分析出汽爆稻草的化学组合物(m/m),并示于表一。
为称重蒸汽爆炸和反应的抑制剂,人们提出了纤维素、半纤维素和木质素含量的变化:
(1)
其中T是温度(℃),t是时间(分钟)。
图1FJM-200流化床气流磨的示意图
1、进料口,2、收集,3、分类部分,4、磨段,5、压缩空气,6、排料口
表1蒸汽爆炸预处理对稻草的主要化学成分的影响
秸秆类型
(min)化学成分(%,w/w)
纤维素半纤维素木质素
未处理的RS036.5±0.725.6±0.612.8±0.7
SERS13.0936.8±0.923.8±1.012.5±0.8
SERS23.4437.2±1.112.1±1.311.3±1.2
SERS33.9038.6±1.26.2±1.110.5±1.3
SERS44.203.99±1.14.7±1.28.8±1.5
2.3超精研磨汽爆稻草使用相对的流化床喷射磨
用植物粉碎机粉碎(FZ-102,150W)汽爆稻草,然后将固体粉碎的微粒放进流化床气流磨(FJM-200,功率1.5千瓦;北京金鑫河科技(中国)有限公司)来进行超精研磨,其示意图示于图1。
此喷射磨的工艺参数是进料负荷和分级轮的旋转速度(大小过滤机制)。
汽爆稻草是通过德-拉伐尔喷嘴类型方法使压缩空气膨胀产生高速气流而加速的颗粒之间的碰撞和磨损来进行研磨。
在研磨过程中产生的热量被除去。
超精研磨产物颗粒和研磨残留物分别为通过单因素试验的最佳条件。
2.4酶水解
水解混合物由10g(DW)处理过的汽爆稻草、200mg的酶粉和100ml0.2mol/l的乙酸缓冲液(PH4.8)放入250ml烧瓶,把该混合物培养在一个50℃的160rpm的旋转振动筛上。
每6小时会从反映中取出样品(1ml),共有9个样本。
将从水解溶液中排出的每个样本立即加热至100℃使酶变性,冷却至室温,然后在室温下(20-25℃)一台离心机(TGL-16G,上海安廷科学仪器公司,中国)上离心20分钟,8000rpm。
用米勒的还原糖浓度测定上清液。
2.5分析方法
原料稻草、汽爆稻草、超精研磨汽爆稻草的产品和剩余的汽爆稻草残余物中的纤维素,半纤维素和木质素的含量分析。
纤维素含量由硝酸乙醇法测定;木质素是由72%(w/w)的
S
测定;半纤维素是根据溴化法分析。
为了确定纤维的特性,将样品浸泡到60℃的乙酸-过氧化氢(30%)溶液(1:
1,v/v)中30-48小时直至制成浆。
在干燥空气中将黏浆状物质洗涤至中性,并用蒸馏水混合至0.05-0.1%的浓度。
大约3-4滴这种溶液和1-2滴0.5%明胶溶液混合然后在60℃下干燥,并在1分钟左右染成碘氯化锌试剂。
通过光学显微镜观察,以确定样品中纤维细胞和非纤维细胞的长度和宽度,包括软组织细胞、表皮细胞和血管细胞。
纤维长度被放大100倍,用毫米表示;纤维宽度被放大了400倍,用微米表示。
用面积比例来表达单元格内容,确定了长度和宽度为100-200的纤维细胞和所有伴随的非纤维细胞;面积计算由积累的长度乘以宽度。
各组成细胞的含量用某种细胞的面积除以所有细胞的总面积的百分比表示。
组成细胞的含量(%)=
%
3.结果与讨论
3.1制备超精研磨的汽爆稻草颗粒
适用于蒸汽爆炸的条件通常是非常苛刻的,并产生了许多下游抑制剂工艺,如酶水解和发酵。
用严重性低
(min)=3.09、3.44、3.90和4.20的蒸汽爆炸来处理RS,以避免抑制剂破坏这项工作中的紧凑结构。
汽爆稻草的纤维素、半纤维素和木质素含量的变化反映出从蒸汽爆炸产生的抑制剂(表1)。
显然是半纤维素的含量大大降低
(min)=3.90和4.20。
汽爆稻草在
(min)=3.90的主要研究内容与未处理的RS相比几乎没有发生任何变化,它没有在蒸汽爆炸步骤产生抑制。
因此,汽爆稻草
(min)=3.09以下的用作超精研磨过程中的材料。
将晾干后的固体汽爆稻草进行粗粉碎并投入流化床气流磨(FJM-200,功率1.5千瓦)进行超精研磨。
在流化床气流磨里的碎片主要的用来从高速气流中冲击和剪切应力。
对流化床气流磨结构和RS材料的稳定性,如进料负荷、分级轮的旋转速度、研磨时间和材料的水分含量和超精研磨的汽爆稻草颗粒产量的研磨参数之间的关系进行了调查,以确定使用该磨粉机的高效磨削条件。
如示于图2,分级轮的旋转速度和水分含量的强烈影响粉碎颗粒的输出。
当进料负荷为15kg/h,含水率为4.6%的汽爆稻草超精研磨25分钟后再从5680转的旋转速度变为4454转时,颗粒产量从78%下降到44%。
该机制可能会导致由于汽爆稻草的坚韧性质使得它在分级轮速度为5680rpm时难以被磨到所述纤细度。
虽然分级轮5680rpm的速度能产生更细的颗粒,但是产量更低,所以经济上不可行。
另一个重要特点是负载太大,导致汽爆稻草颗粒产量显着下降。
当进料负荷为18-20kg/h,发现分级轮的旋转速度的增加导致研磨汽爆稻草产量明显下降,表明发生了无效碰撞。
这与Chan等人的结果相一致。
他们认为如果进料负荷上升到一个过高的程度,它会导致分级轮中的效率的下降,因为它引起颗粒剧烈地冲击到了旋转的分级轮。
产品的细度随着超精研磨汽爆稻草的研磨颗粒的产量和时间的增加而显著增加,但在25分钟后增加的速度变得缓慢。
自从用相对湿度高的的木质纤维材料来灵活的抵制磨碎,水分含量明显影响了超精研磨蒸汽爆稻草的产量,特别是在压缩空气的喷射磨中。
关于超精研磨颗粒的产量,汽爆稻草的磨削参数使用FJM-200流化床喷射磨如下:
进料负荷是15kg/h,分级轮的转速是4544rpm,材料的水分含量保持低于5%,持续25分钟的研磨时间。
这些条件下,获得了78%的平均纤维径为60微米的研磨汽爆稻草颗粒,但对于RS在相同条件下的产率只有28%。
此结果表明了通过蒸汽爆炸和超精研磨的组合可以在很短的时间产生大量超细产物来提高经济上的可行性。
产生的粉碎颗粒(%)
产生的粉碎颗粒(%)
材料的水分含量(%)分级轮的旋转速度(转/每分)
产生的粉碎颗粒(%)
产生的粉碎颗粒(%)
进给负载(公斤/小时)研磨时间(分钟)
图2工艺参数和水稻秸秆蒸汽爆炸颗粒产量
(min)=3.09之间的关系,使用FJM-200流化床气流磨超精研磨
(A)材料之间的粒子产率和水分含量的关系(进给负载,15kg/h;转速,4544rpm;时间,25min);(B)分级轮的颗粒产量和旋转速度之间的相关性(进给负载,15kg/h;水分含量,4.6%;时间,25min);(C)颗粒的产率和进给负载之间的相关性(转速,4544rpm;水分含量,4.6%;时间,25min);(D)颗粒产量和研磨时间之间的相关性(进给负载,15kg/h;转速,4544rpm;水分含量,4.6%)。
3.2超精研磨产品和汽爆稻草残留物的酶水解
4种预处理的RS材料作为酶水解的基板。
首先是进料负载15千克/小时,分级轮的转速为544rpm,水分含量为4.6%的汽爆稻草材料和研磨时间持续25分钟的超精汽爆稻草,二是以相同的超精研磨过程处理超精研磨残留物。
粗步粉碎的RS和汽爆稻草(
[min]=3.09)用作于超精研磨的对照。
为了调查这些基板之间不同的酶水解差异,需要进行酶水解和比较。
图3表示出了这四个基板的酶水解的时间过程。
很显然超细产物和剩余的残渣在减少糖的产量方面有着显着的差异。
24小时后水解率最高的超精研磨产品生产了61.4%的还原糖,分别为粗粉碎RS,汽爆稻草和超精研磨残留的2.8、2.3和3.8倍。
超精研磨残基的还原糖产率甚至低于粗粉碎的RS。
本实验结果表明超精研磨气流磨除大幅增加的表面积之外它的重要性是合理的。
并建议超精研磨过程中将汽爆稻草材料分馏为易酶解和难水解两部分。
还原糖产率(%,W/W)
时间(小时)
图3未经处理稻草和预处理稻草基板酶水解过程的时间
蒸汽爆炸预处理的严重性值
(min)=3.09。
超精研磨条件为进给负载15千克/小时;分级轮的转速,4544rpm;时间,25分钟;水分含量,4.6%。
含量的组成细胞(%)
材料
图4预处理稻草纤维细胞、薄壁细胞、表皮细胞和血管细胞的内容
A未处理的RS;B粗磨的汽爆稻草;C超精研磨汽爆稻草的产品;D超精研磨汽爆稻草残留物。
蒸汽爆炸预处理的严重性值
(min)=3.09。
超精研磨条件为进给负载,15kg/h;分级轮的转速,4544rpm;时间,25min;水分含量,4.6%。
面积计算由积累的长度乘以宽度。
各组成细胞的含量用某种细胞的面积除以所有细胞的总面积的百分比表示。
3.3超精研磨产物和汽爆稻草残余物的结构特性
在汽爆稻草(
[min]=3.09,水分含量=4.6%)以每分钟4544转的旋转速度旋转25分钟后,超精研磨汽爆稻草产品和残留物被收集起来并且分别研究纤维尺寸的分布和组成细胞的比例,再将粗粉碎的RS和汽爆稻草作为对照组。
各种组成细胞的内容,如纤维细胞、薄壁组织、表皮细胞和血管细胞的预处理稻草示于图4中。
各组成细胞的含量用某种细胞的面积除以所有细胞的总面积的百分比表示。
与未经处理的RS相比,汽爆稻草中纤维细胞含量下降但薄壁组织、表皮细胞和血管细胞增加。
这说明在蒸汽爆炸的过程中表皮细胞和血管细胞比纤维细胞更容易破坏。
与粗粉碎汽爆稻草相比,超精研磨汽爆稻草产品表现出9.4%的薄壁细胞和4.4%表皮细胞含量增加,13.4%的纤维细胞含量降低;而超精研磨汽爆稻草的残渣呈现出2.3%的纤维细胞和51.5%的表皮细胞的增加,15.7%的薄壁细胞和50%的血管细胞的减少。
这一结果证明,汽爆稻草中不同的组织和细胞呈现出不同的破碎的特性,产生不同的反应表面。
可以得出结论,除了酶水解的尺寸效应外,不同的细胞有不同的酶学性质,纤维细胞,薄壁细胞和血管细胞易发生水解,但表皮细胞是抗水解。
表2示出本地RS和预处理汽爆稻草的纤维的大小字符。
纤维的大小对于酶水解有积极的作用因为纤维素酶的可达性。
超精研磨产物和汽爆稻草超精研磨残留物中的主要化学组成的差异示于图5。
它表明超精研磨产物和剩余的残渣有不同的纤维素、半纤维素和木质素的含量。
结果表明,超精研磨过程中同时研磨木质纤维素材料,如RS同时扮演着一些分离功能。
所有的数据表明,汽爆稻草由于其高度异质结构导致在预处理过程中不能均匀地研磨。
表2超精研磨产品和汽爆稻草(
[min]=3.09)的研磨残留物的纤维粒度分布
材料长度(毫米)宽度(微米)
最大最小平均值总值最大最小平均值总值
未处理的RS3.09±0.20.26±0.10.93±0.80.46-1.4517.5±0.14.3±0.18.4±0.96.1-9.6
粗磨的SERS1.23±0.10.11±0.10.59±0.90.18-1.1217.5±0.24.2±0.18.3±1.17.5-12.5
超精研磨产品0.19±0.30.02±0.40.06±1.40.03-0.0815.0±0.24.0±0.29.6±1.32.5-12.5
超精研磨残留物0.23±0.30.03±0.30.09±1.30.04-0.1417.0±0.24.3±0.19.9±1.47.5-12.5
含量(%)
纤维素半纤维素木质素
图5超精研磨产物和汽爆稻草(
[min]=3.09)的研磨残留物的化学组成
超精研磨的进行需要以下条件:
进料负载,15kg/h;分级轮的旋转速度,4544rpm;研磨时间,25min;水分含量,4.6%。
4.结论
为了在短时间获得一个收益率相对较高的超精研磨产品,汽爆稻草的超精研磨过程参数由相对的流化床喷射磨确定,从而提高了经济上的可行性。
超精研磨汽爆稻草产品和汽爆稻草残留物的酶水解、化学成分、纤维的特性和组成细胞内容都表现出很大的差异。
超精研磨产物的酶水解得到最高的水解率和产生最还原糖,而从超精研磨残留物产生的还原糖产量甚至低于未经处理的稻草。
将低程度的蒸汽爆炸和超精研磨的RS组合起来是一个将汽爆稻草的容易转换部分和不容易转换部分分馏出来的好办法。
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