1. 研究目的与意义
近年来，随着化石能源的短缺，及严重的环境污染问题，人们对环境保护和可持续发展越来越重视，生物质资源的开发利用受到了世界各国的关注，生物质资源数量庞大，种类繁多，根据来源不同，生物质资源一般可分为农作物秸秆类、禽畜粪便类，生活垃圾类、森林能源类、植物能源类及水生植物类。我国作为世界农业大国，农作物秸秆产量大、分布广并且含有丰富的生物质资源。
农作物秸秆是农业生产的副产物，是一种可再生的生物质资源，具有来源广、污染小等特点。农作物秸秆的化学组成包括纤维素、半纤维素、木质素、粗蛋白、可溶性糖等，其中半纤维素占38.10％～38.18％，巨大的年产量为其作为新能源和新材料提供了可能性。
半纤维素是由几种不同类型的单糖构成的异质多聚体，这些糖是五碳糖和六碳糖，包括木糖、阿拉伯糖和半乳糖等，其中以木糖为主。半纤维素木聚糖在木质组织中占总量的50%，它结合在纤维素微纤维的表面，并且相互连接，这些纤维构成了坚硬的细胞相互连接的网络。半纤维素具有可再生、成本低、生物相容性好等特点，主要应用于环境、食品、医药、造纸等多个领域。利用半纤维素可转化制备低聚糖、木糖醇、糠醛等多种产品。
2. 研究内容和预期目标
| 技术要求：学会对农作物秸秆中半纤维素的提取及降解单糖反应及相应的含量分析。 设计条件：秸秆是一种农林废弃物，利用秸秆代替不可再生的石化资源来生产能源及相关化学品目前已得到世界各国的高度重视。半纤维素是秸秆中的第二大组份，利用半纤维素可转化制备低聚糖、木糖醇、糠醛等多种产品。本研究采用经典的酸处理法对秸秆中半纤维素含量进行分析。 工作要求：考察分析方法中酸浓度和底物浓度对农作物秸秆半纤维素分析准确性的影响；考察秸秆分析过程中粒径大小对半纤维素含量准确性的影响；考察秸秆密度与其半纤维素含量的关系；能够根据农作物秸秆半纤维素含量分析结果总结我国秸秆半纤维素含量的地域差异。 一、查阅文献，写出开题报告（第1-2周） 根据论文题目，查阅正式出版的中外学术期刊和专著，从中选择10篇以上参考文献（外文1-2篇或以上），认真阅读，深刻理解，综合分析，掌握其最新动态，参照论文设计任务书的研究内容，写出开题报告（包括文献综述、选题目的和意义、研究方案、计划进度、参考文献）。论文撰写的格式按照院统一标准。如参考文献要列出作者姓名、论文标题、发表刊物、时间、卷（期）及起止页码。在查阅的文献中选1篇外文（5000以上外文印刷字符、文献内容要结合本研究内容）全文翻译为中文。 二、实验研究前期准备工作（2周前） 1、根据论文计划任务书，参阅参考文献制定具体的实验方案； 2、准备实验药品和器具，未使用过的仪器学会正确操作使用； 3、酶水解反应的准备工作； 三、实验研究工作的实施（正式实验：1-12周完成） 根据任务内容一步步做实验，包括熟练掌握木聚糖酶水解玉米芯/木聚糖过程、产物分析、反应条件优化等。实验结果收集分析，部分实验需要拍照作为实验结果分析材料。 四、论文的撰写与答辩（13～16） 在完成论文全部实验后，对实验的全部数据进行整理、分析，使用计算机绘图或进行数据处理、数据分析、撰写研究论文（字数15000以上）。论文撰写格式和打印按照院统一标准（论文撰写格式包括中、外文摘要、目录、绪论、正文主体、结论、致谢、参考文献、附录等。附录内含外文文献的译文及原文、实验报告和原始数据等），最后进行毕业论文答辩。 |
3. 研究的方法与步骤
| 1．实验材料 底物：三种产地的玉米秸秆（产地分别为吉林、辽宁、山东） 反应器：灭菌锅（高压反应器） 溶剂：去离子水/蒸馏水， 4%的硫酸 2．实验步骤 不同产地农作物秸秆半纤维素含量测定 2.1 具体农作物秸秆组分测定的实验操作步骤如下： 1.分别称量并记录100mg、300mg、500mg的玉米秸秆粉末，精度为0.1mg，置于额定压力管中。 2.向额定压力管中加入3.00±0.01mL浓度为72%的浓硫酸；而后用玻璃搅拌棒搅拌1分钟至充分混合。（压力管也可改为50ML离心管）加84±0.04ml去离子水进行稀释，稀释成4%稀硫酸。（比例不变，50ML离心管最多装40ML，否则受热会溢出） 3.准备SRS（标准样）。取木糖180mg分别加入到120ml水（标记为：NO.1）和120ml4%稀硫酸（标记为：NO.2）。 4.把管（包括样品、SRSNO.1、NO.2）放在在高压反应釜中反应。高压反应釜条件设置为常规设定，温度121℃，反应1小时。反应结束后，将其冷却至室温。 5.取出后用碳酸钙进行中和（需缓缓加入）。 6.将试样（40mL）上清液转移到样品储存瓶中并进行HPLC分析，测木糖含量。 7.以上实验重复二组。 2.2 酸浓度对反应准确性的影响 三个酸浓度（1%， 2%， 4%）
2.3 底物浓度对分析反应准确性的影响 100mg 秸秆，40ML 300mg秸秆，40mL 500mg秸秆，40mL
2.4 秸秆粒径大小对分析反应准确性的影响
2.5 探讨秸秆密度与秸秆半纤维对应关系 分析三个产地对应的的三种秸秆密度对于半纤维素含量的影响（正/负/无相关性）如有相关性即可以密度来预测其半纤维含量，简化分析步骤 a、 分别测定三个产地玉米秸秆对应的密度 b、 分别测定三种密度下秸秆的半纤维素含量 c、 绘制曲线图，通过曲线图分析对应相关性
3．产物分析 利用高效液相色谱进行分析 色谱柱：Prevailcarbohydrate ES column (250 × 4.6 mm) 检测器：示差检测器 流动相：蒸馏水
4．结果讨论 1. 分析酸浓度对分析反应准确性的影响 2. 分析底物浓度对分析反应准确性的影响 3. 分析秸秆粒径大小对分析反应准确性的影响 4. 探讨秸秆密度与秸秆半纤维对应关系
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4. 参考文献
1.牛文娟. 主要农作物秸秆组成成分和能源利用潜力[d].中国农业大学,2015.
2.张俊英. 玉米秸秆中半纤维素的提取[d].大连工业大学,2014.
3.张磊. 玉米秸秆半纤维素的分离提取和结构分析及玉米芯水解残渣活性炭的制备[d].齐鲁工业大学,2016.
5. 计划与进度安排
1、2022年12月28日-2022年3月1日 查阅文献，根据任务书书写开题报告，制定实验方案，翻译外文文献；
2、2022年3月2日-2022年3月10日准备秸秆原材料及分析试剂，熟悉反应操作；
3、2022年3月11日-2022年4月22日 秸秆半纤维素分析反应、半纤维素降解产物分析；
