蔗渣半纤维素的分级抽提和分析_张宏书

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1、半纤维素是植物纤维的主 要成分之一,其含量仅次于纤维素。由于半纤维素来源丰富,它的应用和潜在用途,如制备 粘合剂、增粘剂、凝结剂、硬化剂、抗癌剂和食品添加剂 等的研究,已经受到注意。目前在造纸和 人造纤维的生产过程中,半纤维素 尚未得到很好利用,对于甘蔗渣半纤维素含量及单糖组成 的研究,可为半纤维素的利用提 供重要依据,在 我国,这方面的报道不多,不 同碱抽 提条件下得到的半纤维素含 量及单糖组 成,则未见报道。台糖13 4甘蔗 为广东种植较多的 品种之一,选用它作为研究对象,对 蔗渣半纤维素的利 用有一 定 的实际 意义。作适当改进,方法 如下:称取上述试样8克于三角磨口烧瓶 中,加水10

2、0 毫升,亚氯酸钠5克,冰醋酸1毫升。搅匀,塞紧瓶塞,置于2 8“C恒 温水 浴 中,定时摇动,两天后取出,快速抽 滤。滤 渣再放人三角瓶中,加 水8 0 毫升,亚氯 酸钠4克,冰 醋酸0.8毫升,重新置 于2 8”C恒温水浴中,每天摇动四次,一 定天数后取出抽滤(下面分级抽提实验的试样是经缓和亚 氯酸钠法处理四天后的),用蒸馏水 洗涤滤渣至中性,再用9 5%乙醇洗涤,抽 滤,8 5OC缓慢千燥,得白色综 纤维素。三、从综纤维素 中分 级抽提 半纤维素称取综纤维素于 圆底烧瓶中,加蒸馏水,使其固液比为1:1 6,在1 00“C水浴中回流加热2小时。取出后用G s玻璃滤器抽滤,并加入适量蒸 馏

3、水洗涤滤 渣,得到 的混合 液经真空蒸发至剩原来水量 的十分之一,再加三倍体积的乙醇(9 5%)摇均,得灰白色沉淀,静置后吸去上层清液,用9 5%乙 醇洗涤沉淀两次,再用无水乙醇洗涤一次,每次洗涤后均用 高速离心机分离。所得沉淀产物在室 温下用P:05真空干燥,得灰白色粉末状水抽 提半纤维素。水抽提后的残渣,依次用1%KO H,3%KO H,5%K OH,1 7.5%K OH,2 4%K OH和17.5%NaOH十4%硼酸进行分级的碱 抽提,分级抽提半纤维素要在氮气下进行。试样装入抽提 器后,先通氮半小时,除去系统中的空 气。在氮气流下,以试样与碱液用量为1:1 6的比例,加入碱液,连 续搅

4、拌8小时,然后在氮气下静置至24小时。抽提过程保持 温度为2 5“C,搅拌速度为1 2 0转/分。各级抽提所得的半纤维素碱溶液,用乙酸中和后,再加 乙醇沉 淀。制备各级抽提出的半纤维素干样品的过程,除了没有预先进行真空浓缩,但先用 一次7 5%乙 醇洗涤 之外,其余均与 上述 的水抽 提半纤维素的沉淀、洗涤、分离及干燥的步骤相 同,得到各级碱抽提的白色半纤维素产物。以铜乙二胺溶液作溶剂,在2 5OC亨欲丹z公洲/嵘移,公逃产公 乃了盯,/吩月/甘洲/公 姚/r洲/丫刀/哺, 睦刊/睛“瞬刃了高洁八材畔衅喂翩口黝/瞬洲/崛叭笛蔗半渣纤维素的分级抽提和分析候,月月,月,石,月,奋洲,洲洲,洲瞬,月

5、,月,/公,众实验部分一、原料用 台糖1 3 4甘蔗渣的混 合原料(取自南海糖厂),经粉碎 后,选用2 8一5 5目筛份作实验之用。二、蔗渣综 纤维素的 制备1.苯 醇抽提处理,除试样量增加(2 0克)和抽提时间延长2小时外,参照 国 家标淮草案1对定 量试样进行苯醇抽提,除去 蔗渣中的苯醇抽提物,供制备综纤维素。2.缓和 亚氯酸钠法制备综纤维素。参考文献“方法,根据蔗渣的具体情况,通过实验本文于1985年6月12日收到。的水浴中,用粘度法测定这些产物的聚合度。四、各级份半纤维素的水解及 气相色谱分析采用三氟乙酸 法水解半纤维素及糖睛乙酞醋 的制备方法 (见 文献”)。对于较难水解的17.5%

6、NaO H+4%硼 酸抽提 级分的水解,三氟乙酸 与半纤维素回流加热 时间为20分钟,第一次 加水后回流加热2 5 分钟,第二次加水后回流加 热45分钟。各级分半纤维素的水解产物 的糖睛乙 酞醋衍生物,在Perkin一E lme rSigmaZB气相 色谱仪上进行分析。气 相色谱分析条件见文献4。结果及讨论1.用缓和亚 氯酸钠 法制备 的综 纤维素,随着处理 时 间不 同,综纤维 素得率和产物中木素含量也有差别,结果 列于表1。表1综纤维素得率及其木紊含最与处理时间的关系表2不同玻浓度分 级抽提的半纤维紊得率及其聚合度分分级抽抽累计抽抽本级分分 提提时间间提时间间半纤维维 ( ( (小时) )

7、 )(小时) ) )素得率率 ( ( ( ( ( ( (%综纤) ) ) 维维维维素素沸沸水水2 2 22 2 26.18 8 878 8 81 1 1%K O H H H24 4 426 6 612。8 8 88 6 6 63 3 3%K O H H H24 4 450 0 07。85 5 5112 2 25 5 5%K O H H H24 4 4汉汉2。7 2 2 2134 4 41 1 17.5%KOH H H24 4 498 8 89.61 1 1139 9 92 2 2 4%KOH H H24 4 4122 2 22。04 4 4150 0 01 1 17.5%Na0 H H H24

8、 4 414 6 6 62。18 8 886 6 6十十4%硼酸酸酸酸酸酸。号处理天数综纤维,得,%木素含量%一2一一一一-二 一卜尘生竺-一二少一-一一吕一一-阵兰一卜一里 ) 坚生一-二竺一一 一j一-一阵竺二. 卜-一Z 兰二 生一卜. 兰 燮一一, 一壁一一一二一. 卜-二望生一一止二二一5107479119 5表1表 明,经过4一6天 的处理,可除去蔗渣中绝大部分的木素。此 法用于处理 木材 则需要较长时间2。用上述蔗 渣原料 作Wi允法”与缓和亚氯酸钠法制备综 纤维素的比较,确有减少降解的效果 的。随着处理时间的增加,综纤维素中木素含量 是有所下降的,但综纤维素得率下降得更快,考虑

9、综 纤维素的得率和尽可 能除去木素,处理时 间 以4一6天为宜。2.蔗渣综 纤维素中分级抽 提的半纤维素得率及 其聚合 度列 于表2。表2表 明,蔗渣综纤维素中,半纤维素的含量较高,台糖13 4混合蔗渣 的综纤维素样品中,半纤维素含量达4 3%。这些半纤维素中的大部分是在低浓度 的碱液中被 抽提出来的。另有大 约1 0%的半纤维素较难抽 提,需用2 4%KO H和1 7.5%NaOH+4% 硼酸抽 提。表2也表 明除最后抽出级分外,随 着碱 浓 度 的 增加,抽出的半 纤维素的聚合度 也随之增高,说明低分子量 的纤维素较易抽 提。3.各级份半纤维素的相 对百分含量及 其单糖组 成 的气相色 谱

10、分析结果列于表3。表3表明,蔗渣半纤维素主要成分为阿拉伯木 聚糖。在水抽出级分中,半乳糖含 量较其它级分为高,说明含有阿拉伯半乳聚糖。这类聚糖较易 溶于 水7,该级分及1肠KOH抽 提级分中尚可 能存在着少许半乳葡萄甘露聚糖。2 4%KOH抽出级份中,甘露糖、葡 萄糖和 半乳糖含量也较高。这一 级份除阿拉 伯木聚 糖外,也可 能有少许葡萄甘露聚糖和半乳葡萄甘露聚糖。最后 抽出的级份,木糖含 量 大 大减少,甘露糖和葡萄糖明显增加,说明这 一级份半纤维素是以葡萄 甘露聚糖为主,这类 聚糖是较难用 碱直接 抽出来的“,”,尽管其聚合 度不高,2 4%K OH溶液也难以将其抽提出。表2和表3表明,分

11、级抽提 蔗渣半纤维素中,碱浓度 差别较大 的抽提级份,半纤维素单表3不同城浓度抽提蔗渣半纤维素的相对百分含t及其单枯组成 省吮遮赞摧端漩 一竺望塑色-一一一卜里 竺 二一Je s上 些一一兰生 1一二生一燮二垦-一竺翌竺巴一一一 卜尘些一三丝一一里竺一卜止1斗共牛退一一竺塑竺竺一一一一一一一阵全兰一.甲 兰二-里生兰一一二二-阵坚一 阵井 一竺些塑竺些一一一一一-卜里望-止竺-卜竺二一卜一二. !一目 坐-卜坚一一竺竺竺竺竺一一-一一一止二一二土一卜竺生二一卜止竺-阵全止卜旦生1 75%Na0H+4%硼酸抽提“o痕1 o“7 65一糖组成差异较明显,尤其是最后抽出的半纤维素与其它组份比较,有明

12、显的差 别。甘蔗渣半纤维素中除绝大部分为阿拉伯木聚糖外,其它常见的半纤维素多糖还有葡萄甘露聚糖、半乳葡萄 甘露聚糖和 阿拉伯半乳聚糖,只是存 在量都较少而已。84567参考文献12电华人民共和国国家标堆(草案)2 7(1 980)。ZhungZ ha ngLe e,Gyos ukeMeshitsuka,89JhunzoNakan,Tap pi,65,2,61(”82)。杨精干,李筱华,“化学通讯”,2,5 4(19 83 )。第五次全国色谱会议征文,“气相色谱分析蔗渣半纤维素的糖组成”(待发表)。Wise,L.E.,Murphy,M.,Daddieeo.A.A,PaperTradeJ.,1 2

13、2,2,5 5(1 0 46)。本实验室研究资料。E之ting,B.V.,Adams,M.F.,T ap pi,51(s,11 6(196 8)。Timell,T.E.,Tap pi,44,5 5(196 1).Timell,T.E.,TaPpi,4 3,7 7(1960).GradedExtra ctio nandAnalysisofBaga ss eHemie elluloseZha ngHongshu,YangJing ga n,LiXiaohua,C hangFengmeiandGaoJie(C“ang:hooIn;titoteofc入e仍istr了,注eaeoiasinie a)AB

14、STRACTMitigatede五lo ritemet五odwa susedtoPr ePareholoeellulo sefromBa邵sse(Taisugar八34).Asequen-eeofbotwater,i%K O H,3%KOH,5%K oH,17.5%Ko H,24%K OH,and17.5%NaOHwith4%boriea eidwa sused forgradedext ra etion.Whenfhec oneentr ationoffheal kali15iner e。s edtos%KO H,theextr a etedyieldofhemieelluloo ewa s

15、about70%,withalkalioone entr ationsuPto17.5%,90%yie-ldofbemieellulo sewa se xtr a eted。Thec ontentofhemieelluloseamou ntsto43%inholo eellulo seo r35%inethanol一benz eneextraetedbaga sse.TheDPof hemieellulosethuse xtr a eted15arou nd75一1 50.T hec ontentsofe aohe xtr aetedfr a e-tionandtheirmono一saeeha rideeomPo sitionsa sdeterminedwithGasChr omatograPh yshowthatbaga-ssehemieellulo se15primatilye om Pos edofa r abin o xylanwithmino ramo unt,ofa r abinogalaeta n,glue o-man nan,andgalaeto一g lueoman nan.4 8