论文部分内容阅读
木质素作为木质纤维生物质细胞壁的三大组分之一,是植物界中仅次于纤维素的天然高分子化合物。由于木质纤维生物质的细胞壁具有复杂的多层结构,且木质素在各层中分布不均一,因此,木质素的存在也是生物质天然抗降解屏障的主要因素。脱木素技术可以有效打破细胞壁的天然抗降解屏障,并促进化学组分的高效分离及转化利用。本研究选择针叶材植物杉木(Cunninghamia lanceolata(lamb.)Hook)为原料,利用显微成像以及显微光谱技术揭示了细胞壁的复杂结构和酸性亚氯酸钠处理(Sodium Acid-Chlorite treatment,AC)中木质素的溶解规律,并结合红外光谱(FT-IR)以及核磁共振(NMR)等技术研究了处理过程中木质素的化学结构变化。主要结论如下:1.扫描电子显微镜(SEM)显示杉木,主要包括纤维管胞、木射线等细胞类型;利用透射电子显微镜(TEM)观察纤维管胞的超微结构,可以清晰辨认出细胞角隅(CCML)、复合胞间层(CML)和次生壁(SW)区域,且SW具有多层结构;采用荧光显微镜(FM)和共聚焦拉曼显微光谱技术(CRM)探究了杉木细胞壁的局部化学,结果表明细胞壁中木质素和碳水化合物的分布具有不均一性,符合植物细胞壁的天然抗降解特性。木质素在细胞壁中的分布规律:CCML>CML>SW。2.共聚焦拉曼显微光谱技术(confocal Raman microscopy,CRM)和紫外显微光谱技术(Ultraviolet and visible spectrum,UV-spectra)的研究结果表明酸性亚氯酸钠处理可以有效脱除细胞壁各层中的木质素大分子,各层的溶出速率为CCML>CML>SW,由于SW最厚,所以SW中木质素溶出的量最大。采用凝胶色谱(GPC)和二维核磁共振技术(2D-HSQC NMR)研究了杉木磨木木素(MWL)和酸性亚氯酸钠处理不同时间后的木质素大分子的结构,结果表明酸性亚氯酸钠处理前期选择性脱除木质素,基本不会降解碳水化合物大分子,只打断木质素大分子结构中的β-O-4链接键。3.酸性亚氯酸钠处理提取的木质素,与MWL对比研究表明亚氯酸钠处理的木质素得率先从36.71%提升至39.50%然后再下降。杉木磨木木素(MWL)结构主要是GS型,H型含量很少,主要连接键型有β-0-4、β-β、β-5、β-1,α,β-二芳基醚键等。