1. 研究目的与意义
背景：
纤维素是自然界中分布最广的有机化合物。它是植物细胞壁的主要成分。此外，已经发现某些动物体内也有动物纤维素。纤维素是一种天然有机高分子化合物，纤维素的通式为（c6h10o5）n，是由d-葡萄吡喃糖基以1,4-β-苷键连接、定向排列的线型高分子化合物，纤维素中的1,4-β-苷键具有缩醛键的性质，对酸敏感。当酸作用于纤维素时，纤维素苷键发生断裂，聚合度降低。
琼脂糖是线性的多聚物，基本结构是1,3连结的β-d-半乳糖和1,4连结的3,6-内醚-l-半乳糖交替连接起来的长链。琼脂果胶是由许多更小的分子组成的异质混合物。琼脂糖在水中一般加热到90℃以上溶解，温度下降到35-40℃时形成良好的半固体状的凝胶，这是它具有多种用途的主要特征和基础。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。简单地说，把琼脂中的琼脂果胶去掉，剩下的部分，就是琼脂糖。
2. 研究内容和预期目标
技术要求：学会生物质多糖纤维素和琼脂糖的稀酸水解反应操作、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。目前木质纤维素衍生生物质多糖即纤维素的研究较为广泛，可利用纤维素产多种生物基平台化合物。但是纤维素的高度结晶结构限制了其降解效率。海洋藻类衍生的生物质多糖即琼脂糖因其低结晶结构有望一定程度上代替纤维素产生物基平台化合物。本论文利用传统的稀酸热法考察并对比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，通过调节酸浓度、反应温度及时间等，获得琼脂糖降解产单糖，重要平台化合物5-羟甲基糠醛、乳酸、乙酰丙酸的最优反应条件，并归纳其相对于纤维素作为底物的优越性。
工作要求：调节稀酸降解反应条件，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。
3. 研究的方法与步骤
研究方法：生物质多糖纤维素和琼脂糖的稀酸水解反应操作、产物分析、反应条件优化等。
1.1 实验材料
底物：纤维素琼脂糖
催化剂： 0.5%-2% w/w H2SO4
反应器：30mL高压反应釜
溶剂：去离子水
每人准备实验记录本
1.2 实验操作配置稀硫酸
电子天平分别称量xg纤维素或琼脂糖 ( 根据下表中换算)
去离子水与催化剂、纤维素配成溶液
1.3 实验组 （实验结束后所有样品保存好，以后要做其他分析）
（1）纤维素为底物 (高亮部分已做完)
| 实验序号 | 硫酸浓度 | 去离子水/蒸馏水 | 底物浓度 | 反应温度 | 反应时间 |
| 1 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 140 | 10 min |
| 2 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 140 | 20 min |
| 3 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 140 | 30 min |
| 4 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 140 | 40 min |
| 5 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 160 | 10 min |
| 6 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 160 | 20 min |
| 7 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 160 | 30 min |
| 8 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 160 | 40 min |
| 9 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 180 | 10 min |
| 10 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 180 | 20 min |
| 11 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 180 | 30 min |
| 12 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 180 | 40 min |
| 13 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 200 | 10min |
| 14 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 200 | 20min |
| 15 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 220 | 10min |
| 16 | 0.5% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 160 | 10 min |
| 17 | 0.5% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 160 | 20 min |
| 18 | 0.5% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 160 | 30 min |
| 19 | 0.5% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 160 | 40 min |
| 20 | 0.5% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 180 | 10 min |
| 21 | 0.5% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 180 | 20 min |
| 22 | 0.5% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 180 | 30 min |
| 23 | 0.5% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 180 | 40 min |
| 24 | 0.5% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 200 | 10min |
| 25 | 0.5% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 200 | 20min |
| 26 | 0.5% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 220 | 10min |
| 27 | 2% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 140 | 10 min |
| 28 | 2% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 140 | 20 min |
| 29 | 2% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 140 | 30 min |
| 30 | 2% (w/w) | 30 mL | 2% (w/w) | 140 | 40 min |
| 31 | 2% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 160 | 10 min |
| 32 | 2% (w/w) | 30 mL | 2% (w/w) | 160 | 20 min |
| 33 | 2% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 160 | 30 min |
| 34 | 2% (w/w) | 30 mL | 2% (w/w) | 160 | 40 min |
| 35 | 2% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 180 | 10 min |
| 36 | 2% (w/w) | 30 mL | 2% (w/w) | 180 | 20 min |
| 37 | 2% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 180 | 30 min |
| 38 | 2% (w/w) | 30 mL | 2% (w/w) | 180 | 40 min |
（1）琼脂糖为底物 (高亮部分已做完)
| 实验序号 | 硫酸浓度 | 去离子水/蒸馏水 | 底物浓度 | 反应温度 | 反应时间 |
| 1 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 120 | 10 min |
| 2 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 120 | 20 min |
| 3 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 120 | 30 min |
| 4 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 120 | 40 min |
| 5 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 140 | 10 min |
| 6 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 140 | 20 min |
| 7 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 140 | 30 min |
| 8 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 140 | 40 min |
| 9 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 160 | 10 min |
| 10 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 160 | 20 min |
| 11 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 160 | 30 min |
| 12 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 160 | 40 min |
| 13 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 180 | 10min |
| 14 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 180 | 20min |
| 15 | 1% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 180 | 30min |
| 16 | 0.5% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 140 | 10 min |
| 17 | 0.5% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 140 | 20 min |
| 18 | 0.5% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 140 | 30 min |
| 19 | 0.5% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 140 | 40 min |
| 20 | 0.5% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 160 | 10 min |
| 21 | 0.5% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 160 | 20 min |
| 22 | 0.5% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 160 | 30 min |
| 23 | 0.5% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 160 | 40 min |
| 24 | 0.5% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 180 | 10min |
| 25 | 0.5% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 180 | 20min |
| 26 | 0.5% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 180 | 30min |
| 27 | 0.5% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 200 | 10min |
| 28 | 0.5% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 200 | 20min |
| 29 | 2% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 120 | 10 min |
| 30 | 2% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 120 | 20 min |
| 31 | 2% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 120 | 30 min |
| 32 | 2% (w/w) | 30 mL | 2% (w/w) | 120 | 40 min |
| 33 | 2% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 140 | 10 min |
| 34 | 2% (w/w) | 30 mL | 2% (w/w) | 140 | 20 min |
| 35 | 2% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 140 | 30 min |
| 36 | 2% (w/w) | 30 mL | 2% (w/w) | 140 | 40 min |
| 37 | 2% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 160 | 10 min |
| 38 | 2% (w/w) | 30 mL | 2% (w/w) | 160 | 20 min |
| 39 | 2% （w/w） | 30 mL | 2% (w/w) | 160 | 30 min |
| 40 | 2% (w/w) | 30 mL | 2% (w/w) | 160 | 40 min |
| 41 | 2% (w/w) | 30 mL | 2% (w/w) | 180 | 10min |
1.4 结果讨论
（1） 考察不同温度对纤维素及琼脂糖降解及产物分布的影响，并进行对比
（2） 考察不同酸浓度对纤维素及琼脂糖降解及产物分布的影响，并进行对比
（3） 总结纤维素或琼脂糖降解产糖、呋喃类化合物及有机酸的最高产量及对应条件。
指出糖、呋喃类化合物或有机酸适合通过哪类多糖生产（纤维素or琼脂糖）
4. 参考文献
1. armisen, r. 1991. agar and agarose biotechnological applications. hydrobiologia. 221,157-166.
2. yan, l., greenwood, a., hossain, a., yang, b., 2014. a comprehensive mechanistic kinetic model for dilute acid hydrolysis of switchgrass cellulose to glucose, 5- hmf and levulinic acid. rsc adv. 4(45), 23492.
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日准备稀酸降解反应器，熟悉反应操作；
3、2022年3月11日-2022年4月22日稀酸反应、产物分析；
4、2022年4月23日-2022年5月25日数据处理，通过数据分析找出较好的反应条件；
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