碱法提取的半纤维素中LCC的富集及二氧化氯氧化研究

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半纤维素是一种优质的、可再生的生物质资源,具有较高的研究、利用的价值。由于木质素-碳水化合物复合物(LCC)的存在,半纤维素分离比较困难,如碱法提取半纤维素中含有较多木质素,限制了其高值化利用。因此,LCC的结构分析对其高值化利用有重要意义。但对于富含碳水化合物的LCC来说,结构判断较为困难。在前期研究的二氧化氯氧化法纯化半纤维素时,由于样品糖组分含量高,难以观测纯化后残余木质素的结构,为纯化过程中LCC结构变化研究产生阻碍。因此,很有必要对半纤维素样品中存在的LCC进行富集,从而提高结构识别灵敏性。本文对从竹子用碱法提取的半纤维素样品,采用木聚糖酶-大孔树脂连用法,富集半纤维素样品中的LCC。之后讨论了木聚糖酶的酶用量和酶处理时间对富集过程对LCC结构分析的影响;最后利用木聚糖酶-大孔树脂连用法分析二氧化氯氧化后半纤维素样品中LCC结构变化。主要研究结果如下:经过木聚糖酶-大孔树脂处理后,半纤维素样品中LCC结构的信号识别灵敏性显著提高。富集后LCC中木糖主链被破坏,阿拉伯糖占比提高,木质素主要以酸溶木质素形式存在。2D NMR-HSQC核磁、Py-GC/MS等分析发现LC连接键以苯基糖苷键为主,同时保留了FA-Ara-Xly连接结构。木质素含量呈现出S>H>G的规律,木质素间连接以β-O-4′为主,还存在少量的β-β′和β-5′结构。木聚糖内切酶用量要比酶处理时间对富集后的LCC组分及结构影响更显著。112 U/g酶用量条件木质素含量最高为17.34%;随着酶用量的增加,LCC结构核磁信号灵敏度增强,β-O-4′、苯基糖苷键等信号识别更为清晰。120 min的酶处理时间会使更多小分子木质素从LCC中分离,影响半纤维素中LCC结构的完整性识别。在使用木聚糖酶-大孔树脂连用法时,选择112 U/g~140 U/g酶用量和60~90 min的酶处理时间可以同时满足木质素含量和结构完整性的富集要求。二氧化氯氧化后半纤维素样品经木聚糖酶-大孔树脂连用法富集后,识别到了未反应部分LCC结构信息。纯化后半纤维素中残余木质素以H型为主;苯基糖苷键是主要的LCC连接键;木质素链接键中β-O-4′信号最强。推测竹子碱法半纤维素中残余的大部分木质素以非酚型形式存在。二氧化氯对LCC中木质素的氧化主要在10 min内进行;反应效率随二氧化氯浓度增加而提高。90.93 mg/L二氧化氯浓度下反应存在,每氧化1g LCC中木质素大约需要消耗0.7g二氧化氯规律。
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