1. 研究目的与意义
生物质多糖是世界上分布较多的一种可再生资源，利用生物质多糖生产能源或相关化学品目前已得到世界各国的高度重视。
目前生物质多糖主要包括陆生植物衍生的纤维素及海洋藻类衍生的琼脂糖。其中纤维素是地球上最古老、最丰富的天然高分子，是取之不尽用之不竭的，人类最宝贵的天然可再生资源。纤维素化学与工业始于一百六十多年前，是高分子化学诞生及发展时期的主要研究对象，纤维素及其衍生物的研究成果为高分子物理及化学学科的创立、发展和丰富作出了重大贡献。纤维素生理作用人体内没有β-糖苷酶，不能对纤维素进行分解与利用，但纤维素却具有吸附大量水分，增加粪便量，促进肠蠕动，加快粪便的排泄，使致癌物质在肠道内的停留时间缩短，对肠道的不良刺激减少的作用，从而可以预防肠癌发生。纤维素膳食纤维人类膳食中的纤维素主要含于蔬菜和粗加工的谷类中，虽然不能被消化吸收，但有促进肠道蠕动，利于粪便排出等功能。草食动物则依赖其消化道中的共生微生物将纤维素分解，从而得以吸收利用。食物纤维素包括粗纤维、半粗纤维和木质素。食物纤维素是一种不被消化吸收的物质，过去认为是“废物”，2013年认为它在保障人类健康，延长生命方面有着重要作用。因此，称它为第七种营养素。
琼脂糖是来源于红藻的多糖，其主要成分为多聚半乳糖，其中约70%为琼脂糖，30%为支链琼脂糖。琼脂糖具线型结构,由d-半乳糖和3,6-脱水半乳糖通过β-1，4和α-1，3连接交替形成重复双糖单位。支链琼脂糖则从β-1，3键分出另一链。 用热水从海藻抽提的物质约含40%琼脂。市售的琼脂（俗称洋菜）常呈片状或疏松绳索状，通常作食用胶质，药物包装剂或细菌培养基使用。纯制的琼脂糖常在生物化学实验室中，作为电泳、层析等技术中的半固体支持物，用于生物大分子或小分子物质的分离和分析。琼脂、琼脂糖因为有特殊的胶凝性质，尤其有显著的稳固性、滞度和滞后性，并且易吸收水分，有特殊的稳定效应；已经广泛使用于食用、医药、化工、纺织、国防等领域，据不完全统计，琼脂、琼脂糖的用途已有1000多种，被国际上称为“新奇的东亚产品”。在食品工业中可用于生产：水晶软糖、定型软糖、水产品、肉类罐头、果汁饮料、果肉饮料、米酒饮料、乳品饮料、精品、乳品蛋糕。由于其良好的生物相容性又广泛用于生物分离介质的生产。
2. 研究内容和预期目标
技术要求：学会碱土金属离子催化纤维素和琼脂糖的反应操作、产物分析、反应条件优化等
设计条件：生物质多糖是世界上分布较多的一种可再生资源，利用生物质多糖生产能源或相关化学品目前已得到世界各国的高度重视。目前生物质多糖主要包括陆生植物衍生的纤维素及海洋藻类衍生的琼脂糖。传统稀酸法虽能一定程度上降解生物质多糖，但对高附加值产品如5-羟甲基糠醛的选择性较差，且带来环境污染问题。本研究利用碱土金属离子催化纤维素及琼脂糖的降解，并对其降解机理及产物分布进行研究，获得纤维素及琼脂糖降解产单糖，重要平台化合物5-羟甲基糠醛、乳酸、乙酰丙酸的催化反应信息。工作要求：调节碱土金属离子催化反应条件，考察其对纤维素及琼脂糖降解及平台化合物产出的影响及机理，从而获得最优反应条件。
查阅文献，写出开题报告（第1-2周）
3. 研究的方法与步骤
1.1 实验材料
底物：微晶纤维素、琼脂糖
催化剂：CaCl2、MgCl2、BaCl2、SrCl2
反应器：30mL高压反应釜
溶剂：去离子水/蒸馏水
1.2 实验操作
电子天平称量X g催化剂（质量根据下表中摩尔浓度换算）
电子天平分别称量xg纤维素 ( 根据下表中换算)
去离子水/蒸馏水与催化剂、纤维素或琼脂糖配成溶液 （注：最好用去离子水没有的话用蒸馏水）
分别以纤维素、琼脂糖为底物
| 实验序号 | 催化剂类型 | 去离子水/蒸馏水 | 底物浓度 | 催化剂浓度 | 反应时间 |
| 1 | CaCl2 | 30 mL | 5% (w/w) | 0.5 mol/L | 220 30 min |
| 2 | CaCl2 | 30 mL | 5% (w/w) | 0.5 mol/L | 220 30 min |
| 3 | MgCl2 | 30 mL | 5% (w/w) | 0.5 mol/L | 220 30 min |
| 4 | MgCl2 | 30 mL | 5% (w/w) | 0.5 mol/L | 220 30 min |
| 5 | BaCl2 | 30 mL | 5% (w/w) | 0.5 mol/L | 220 30 min |
| 6 | BaCl2 | 30 mL | 5% (w/w) | 0.5 mol/L | 220 30 min |
| 7 | SrCl2 | 30 mL | 5% (w/w) | 0.5 mol/L | 220 30 min |
| 8 | SrCl2 | 30 mL | 5% (w/w) | 0.5 mol/L | 220 30 min |
| 9 | 纯水 | 30 mL | 5% (w/w) |
| 220 30 min |
| 10 | 纯水 | 30 mL | 5% (w/w) |
| 220 30 min |
1.3 产物分析
测糖
色谱柱：Prevail carbohydrate ES column (250 × 4.6 mm)
检测器：蒸发光散射检测器(ELSD)
流动相：25%去离子水 75%乙腈
测有机酸
通过液相色谱分析法用Hi Plex H柱测定液相产物中乙酰丙酸，HMF，甲酸的浓度。
流速为0.6 mL/min，流动相为5毫米硫酸，探测器=250nm的紫外线；停留时间为45min，柱温为60C.
利用高效液相色谱进行分析测定HMF
色谱柱：C-18 agilent column (150 × 4.6 mm)
检测器：紫外检测器
流动相：PH=2的去离子水 甲醇
1.4结果讨论
通过高压反应釜考察不同过渡金属离子水相催化纤维素在不同的温度下
1.对其结构的影响（表征）
2.降解产物：低聚葡萄糖及其分布（液相色谱）
3.副产物：乳酸、乙酰丙酸的生成（液相色谱）
4.目标产物（液相色谱）
4. 参考文献
1.armisen, r. 1991.agar and agarose biotechnological applications.hydrobiologia. 221, 157-166.
2. yan, l., laskar, d.d., lee, s., yang, b. 2013. aqueous phase catalytic conversion of agarose to 5-hydroxymethylfurfural by metal chlorides. rsc advances, 2013, 3, 24090-24098.
3.marinho-soriano., 2001.agar polysaccharides from gracilaria species (rhodophyta, gracilariaceae).journal of biotechnology. 89, 81–84.
5. 计划与进度安排
1、2022年1月1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日准备催化反应器，熟悉反应操作；
3、2022年3月11日-2022年4月22日 催化反应、产物分析；
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