《纤化及研究方法-木素》由会员分享，可在线阅读，更多相关《纤化及研究方法-木素（66页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、植物纤维化学及研究方法Lignin & LCC,梁 辰College of light industry and food engineering, GXU,content,植物纤维化学木素木素的分离方法木素的化学结构研究方法木素-碳水化合物复合体,植物纤维化学,J. Phys. Chem. C. 2010, 114, 1869318697,Chem. Rev. 2010, 110, 35523599,化学组成分析,水分灰分抽出物综纤维素纤维素半纤维素木素,http:/www.nrel.gov/biomass/analytical_procedures.html,国标GB,木（质）素 lign
2、in,G S H,制浆漂白过程化学改性生物质精炼羟基羧基醚键酯键,J. Am. Chem. Soc., 2011, 133 (50), pp 2027720287,木（质）素 lignin,木（质）素 lignin,木素结构鉴定的基本步骤分离木素，并尽量使木素不发生变化木素样品的元素分析（定量）木素样品的功能基分析三种结构单元的比例分析木素的温和降解，获得二聚体、三聚体等，分析结构单元之间连接键类型及比例,木素的分离方法,Brauns木素BNL,酶-弱酸解木素EMAL,水解（降解）木素,Bjorkman木素MWL,酶解木素CEL(EIL),不加催化剂，只用乙醇抽提，被认为最接近天然木素,Bjo
3、rkman提出，但含有太多碳水化合物Lundquist利用液-液萃取，去除碳水化合物得率低，代表性差(25%)，产生的化学变化不可预测,Pew & Weyna提出Chang利用高酶活的纤维素酶和半纤维素酶得率高，但碳水化合物多过程复杂,木素的分离方法,利用含有半纤维素酶的纤维素酶，降解大部分的碳水化合物，提高木素的可溶性含水二氧六环溶解木素，弱酸条件下部分木素与碳水化合物之间的键接得率在总木素的35%50%应避免蛋白质干扰，尽量降低酶用量，使用高酶活的纤维素酶必要时测氮含量,酶-弱酸解木素EMAL,木素的分离方法样品处理,Pulp/chips was ground to pass a 20 m
4、esh screen in a Wiley mill Soxhlet extracted with acetone for 48 h.powder was air-dried stored in a desiccator under vacuum.特殊情况化学浆的EMAL,纸浆/原料,风干,extractive-free powder,过20目筛,抽提,磨粉,先用丙酮抽提48h，最后阶段再加入10%水先用苯醇抽提48h，再用乙醇抽提数天,置于真空干燥器，加干燥剂（五氧化二磷）冷冻干燥（先冷冻过夜）,木素的分离方法样品处理,Extractives苯-乙醇丙酮二氯甲烷甲醇风干挥发溶剂之后才能放入干
5、燥器或冻干室,extractive-free powder,Gutirrez, A. Journal of Chromatography A. 1998, 823( 12): 449455,木素的分离方法MWL,旋转式球磨罐中加入的球磨珠占总体积的18%、振动式的32%球磨珠（玻璃or钢）与extractive-free wood powder的质量比为16.6 使用甲苯作为分散体，加入量约为罐体的80%（V）球磨时间 2 to 96 h（4872），温度低于35C.,Ball milling,Extract,Dioxane/water(96:4,v/v)用量5-10mL/g慢速搅拌、萃取24
6、h离心分离出清液，残渣重复上述步骤两次三次清液合并，旋转蒸发除去溶剂残渣可用于制备LCC,离心去除甲苯后干燥,Purify,木素的分离方法MWL,Ball milling,Extract,离心去除甲苯后干燥,Purify,溶于醋酸/水（9/1）,不溶物,搅拌下，滴入水中,沉淀真空干燥,溶于CH2Cl2/乙醇（2/1）,不溶物,滴入无水乙醚中,沉淀立即用无水乙醚洗2次,低沸点石油醚洗1次,沉淀干燥,*分离采用离心,木素的分离方法MWL,Purify,溶于吡啶/醋酸/水（9/1/4）,沉淀层和水层,摇晃后，静置12 h分层后摇荡，再次分层后，分离出下层溶有木素的有机层,萃取（两次）,有机层浓缩（旋
7、转）,滴入10倍体积无水乙醚中,沉淀立即用无水乙醚洗涤,沉淀（浅黄色）干燥,*沉淀分离采用离心,约等体积的氯仿,置于真空干燥器，加干燥剂（五氧化二磷）冷冻干燥（先冷冻过夜）,木素的分离方法CEL,原料和高得率浆仍需研磨（ball milling）化学浆较易与酶反应，可不用研磨纯化参照MWL,HYP,化学浆,木素的分离方法EMAL,extractive-freepowder,enzymatichydrolysis,mild acidhydrolysis,Purify,E,MA,NaAc/HAc（pH=4.8）缓冲溶液纤维素酶用量为360 IU/g40的摇床内连续酶解48 h，100 r/min酶
8、解后，离心弃去上层清液，沉淀第二次酶解离心沉淀物用pH=2的盐酸溶液洗涤数次真空冷冻干燥机冷冻干燥,木素的分离方法EMAL,extractive-freepowder,enzymatichydrolysis,mild acidhydrolysis,Purify,E,MA,HCl浓度为0.05mol/L的二氧六环-水（85:15）在氮气保护下回流2h过滤得到深红色滤液，二氧六环洗涤滤渣3遍洗涤液和滤液混合，NaHCO3中和至中性旋转蒸发器进行浓缩至2mL左右浓缩液滴至pH为2（硫酸）的水中（10倍体积）离心分离沉淀，冷冻干燥，得到粗木素样品。,木素的分离方法制浆废液中木素,硫酸盐木素酸化过滤洗涤
9、应先浓缩，提高得率酸化常用硫酸或盐酸pH=2沉淀大部分木素，逐步酸化可以实现分级洗涤使用酸性水木素磺酸盐与长链烷基形成不溶于水的混合物有机溶剂萃取水相中再生木素磺酸盐,木素的分离方法,木素的化学结构研究方法,化学降解分析紫外光谱红外光谱核磁共振色谱法薄层色谱气相色谱液相色谱凝胶色谱,色谱与光谱GC、LC、GPCUV-Vis、IR、MS、NMR,定量分析,定性分析,化学降解分析,酸解醇解氧化铜高锰酸钾氧化碱性硝基苯氧化,色谱法,GC-MSHPLCGPC,GC-MS,分子量大小与分布,Py-GC-MS,Rencoret, J., et al. (2011). Plant Physiol 155(2
10、): 667-682.,UV(-Vis),定性分析280nm定量分析差示紫外光谱溶液中木素含量（酸溶木素）阔叶木205nm针、竹200nm吸收系数均值100L/（g*cm）,(FT-)IR,注意样品干燥固体IR样品的粉末颗粒大小,(FT-)IR,NMR1H、31P、13C,1H-NMR,乙酰化的木素溶于氘代试剂氘代氯仿氘代丙酮氘代DMSO结构单元上的氢缩合单元缩合度乙酰化定量各种羟基,1H-NMR,Brunow G., Lundquist K. (1980). Paperi ja Puu(11): 669-672.,31P-NMR,测定碳水化合物及木素的功能基 酚羟基（Ph-OH）脂肪羟基（A
11、liph-OH）羧基（COOH）醛基（CHO）等 木素中邻醌与对醌 分析各种醚键结构,31P-NMR,386.66内标胆固醇摩尔质量；I1胆固醇中羟基的积分面积，此处I1=1；I2木素结构中羟基的积分面积；W木素样品质量，mg。,H羟基含量，mmol/g；80内标胆固醇浓度，mg/mL；50内标胆固醇用量，L；,31P-NMR,溶剂：氘代吡啶和氘代氯仿按8-5（体积比）用上述溶剂准确配制浓度为80 mg/mL的胆固醇（内标）溶液和11 mg/mL的乙酰基丙酮络酸铬（驰豫剂）溶液分别称取约40.0mg的干燥木素样品，置于容量为1 mL带有刻度容量瓶中加入0.65mL氘代溶剂，使木素溶解加入100
12、 uL磷化试剂TMDP分别加入50 uL内标溶液和100 uL驰豫剂溶液用氘代溶剂，定容总体积为1mL，摇动使溶液混合均匀迅速转移到直径为5 mm的NMR测试管中，放入NMR仪器的QNP探头中进行测试。,磷化试剂：2-氯-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧膦杂戊环（2-chloro-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaphospholane，简称TMDP）溶剂：Pyridine-d5，Chloroform-d内标：Cholesterol驰豫剂：乙酰基丙酮络酸铬（Chromium() Acetylacetonate,31P-NMR,1995,2011,2001,1
13、3C-NMR,各种有机物都含C原子不同13C的化学位移变化范围大（022010-6）化学环境稍有不同的13C核都有不同的化学位移,John Ralph, Department of Forestry, University of Wisconsin, Madisonhttp:/www.biochem.wisc.edu/faculty/ralph/,乙酰化的木素溶于DMSO-d6、丙酮-d6,13C-NMR,定量分析化学位移100ppm160ppm之间积分值为6个苯环上的碳和0.12个乙烯基碳的吸收峰面积的积分值，因此在计算木素中各个结构含量时，以该化学位移区间的积分值为参考标准,Ai-j为每个
14、苯环上化学位移在ij之间的结构基团的个数I（i-j）为化学位移在ij之间的积分面积I（102-162）为化学位移在102-162ppm之间的积分面积,Capanema, E. A., et al. (2004). J Agric Food Chem 52(7): 1850-1860.Capanema, E. A., et al. (2005). J Agric Food Chem 53(25): 9639-9649.,13C-NMR,木素侧链的各种结构含量 （联接方式）木素结构中各种功能基含量苯环上各种结构的含量木素结构中缩合结构的含量,2D NMR（HQSC）,一维核磁共振波谱往往使一些信号
15、重叠二维核磁共振技术通过碳核与氢核的耦合,氧化脂肪族侧链C-H共振dC/50.0-95.0ppmdH/2.5-6.0ppm）,2D NMR（HQSC）,芳香环上的C-H共振dC/95.0-160.0ppmdH/5.5-8.5ppm,脂肪族侧链C-H共振dC/0-50.0ppmdH/0-2.5ppm,dC,dH,Kim, H. and J. Ralph (2010). Org Biomol Chem 8(3): 576-591.,2D NMR（HQSC）,Kim, H. and J. Ralph (2010). Org Biomol Chem 8(3): 576-591.,2D NMR（HQSC
16、）,Kim, H. and J. Ralph (2010). Org Biomol Chem 8(3): 576-591.,2D NMR（HQSC）,Peng, P., et al. (2012). Wood Science and Technology 46(5): 871-885.,木素乙酰化,各称取300 mg木素样品加入15 mL吡啶-醋酸酐（吡啶：醋酸酐为1:2，体积比）混合液使木素溶解通入氮气赶走瓶中空气后，迅速盖紧瓶塞置于暗处，室温下反应72h，其间经常摇荡木素溶液慢慢滴入搅动着的200 mL乙醚中沉淀出乙酰化木素用乙醚洗涤沉淀多次直至无吡啶气味置入40的真空干燥箱中干燥干燥后的乙酰化木素样品保存于放有P2O5的真空干燥器中备用。,
