蒲公英橡胶发酵工艺研究
煤炭、石油、钢铁以及天然橡胶被称为世界四大工业基础原料，作为其中之一的天然橡胶在我国的各行各业中都受到青睐。由于我国天然橡胶的种植面积有限，天然橡胶的产量远不及需求量，我国天然橡胶市场的消费量超过80％都是依赖进口，这对我国的各行各业都十分不利，使下游轮胎企业面临天然橡胶高额的进口成本，因此急需寻找第二天然橡胶来解决我国天然橡胶产量不足的问题。目前研究比较广泛的第二天然橡胶资源有蒲公英橡胶(Taraxacum koksaghyz rubber，TKS rubber)、杜仲胶(Eucommia ulmoides gum，EUG)以及银胶菊橡胶(Guayule rubber)。我国对蒲公英橡胶草的研究工作目前还处于基础发展阶段，研究工作主要集中在蒲公英橡胶草的遗传改造、育苗筛选以及种植收割等方面，而对蒲公英橡胶的提取工艺研究涉及较少。 本文针对蒲公英橡胶的提取工艺研究工作共分为三部分，首先是对蒲公英橡胶草根里橡胶的分布以及橡胶草主要成分分析的研究，其次是对蒲公英橡胶的发酵提取工艺进行研究，最后是对蒲公英橡胶的性能表征研究。 1.对TKS干根的横纵切片进行扫描电镜(SEM)观察，研究橡胶在TKS根部的分布状态。对TKS干根的主要成分进行检测，检测发现纤维素含量占12.94％、半纤维素含量占6.85％、木质素含量占20.24％、还原糖含量占3.57％、菊糖含量占21.87％，对约占TKS干根40％含量的木质纤维素则成了提取的橡胶的主要杂质成分，所以我们在对提取的橡胶纯化时使木质纤维素脱离橡胶的束缚是提取高品质橡胶不可缺少的环节。 2.对于蒲公英橡胶的发酵提取工艺，本篇论文建立了在提取橡胶的同时实现了副产品乙醇制备的工艺路线，其路线共分为三个环节，分别是TKS的预处理工艺、酶解工艺和发酵工艺，而预处理工艺是整个提胶工艺中最为重要的一步，针对预处理工艺的影响因素（反应温度、反应时间、固液比和溶液浓度），我们根据单因素的实验结果设计了预处理工艺参数的四因素三水平正交实验，由正交实验结果建立最佳预处理工艺，预处理最佳工艺参数分别为反应温度140℃、反应时间30min、固液比1∶9以及酸浓度3％。通过酶解和发酵过程实现了高纯度TKS橡胶的提取和生物燃料乙醇的制备，使提取的TKS橡胶最高纯度可达95.54％，乙醇的最高产率为2.05％（100g蒲公英根原料在提取橡胶时可生产2.05g乙醇），成功实现了在提取TKS橡胶的同时制备了副产品生物燃料乙醇。 3.对TKS橡胶与天然橡胶(NR)进行了结构和性能的表征与比较，根据两者的GPC、FTIR、DSC、TGA以及NMR的测试结果表明:TKS橡胶与NR的分子量虽然存在一定的差异，但是可以完全满足工业加工的需求;TKS橡胶与NR的FTIR、NMR、TGA和DSC谱图无明显差异。对TKS橡胶与NR进行力学性能分析，结果表明发酵提取的TKS橡胶无NR在常温下的应变诱导结晶现象，但TKS橡胶具有NR数倍的断裂伸长率，使TKS橡胶具有更好的拉伸效果。 TKS作为目前唯一能够替代天然橡胶树的产胶资源，在利用发酵法对TKS进行橡胶提取的过程中生产的副产品乙醇可以带来一定的附加经济收益，可以降低TKS橡胶提取所需的生产成本，因此TKS的综合利用开发对TKS橡胶的发展有着重要的意义，所以本文的提胶工艺对TKS橡胶的发展有着一定的工业价值。
蒲公英橡胶;发酵提取;工艺参数;力学性能
北京化工大学
硕士
材料工程
张继川;马勇
2020
中文
TQ332
2020-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）