【摘 要】
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伴随着社会的不断发展、人们生态保护意识的逐步增强,绿色、可再生植物生物质资源的开发利用已经成为可持续发展的重要一环。作为一种植物生物质总量占比15-30%、并以芳香化合物为结构单元的天然可再生大分子,木质素在转化利用上有着光明的前景。木质素与碳水化合物的含量组成情况是决定植物生物质资源用途的一个至关重要的因素,而在评价纸页的性能、评估动物饲料的营养价值以及比较生物原料潜在的用途中,木质素定量也是必
【基金项目】
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华南理工大学和制浆造纸国家重点实验室项目
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伴随着社会的不断发展、人们生态保护意识的逐步增强,绿色、可再生植物生物质资源的开发利用已经成为可持续发展的重要一环。作为一种植物生物质总量占比15-30%、并以芳香化合物为结构单元的天然可再生大分子,木质素在转化利用上有着光明的前景。木质素与碳水化合物的含量组成情况是决定植物生物质资源用途的一个至关重要的因素,而在评价纸页的性能、评估动物饲料的营养价值以及比较生物原料潜在的用途中,木质素定量也是必不可少的环节。常见的木质素定量方法有酸不溶木质素法(又称克拉森或Klason木质素法)、乙酰溴法、以及巯基乙酸法等,但上述方法存在着原料用量多、测定过程繁琐、耗时较长以及适用范围有限等问题。针对上述问题,本研究开发了一种在酸性条件下采用氨基酸辅助溶解木质纤维素全组分并通过溶液的紫外吸收强度定量木质素的方法——CASA法(Cysteine-Assisted Sulfuric Acid)。首先,将木质纤维素原料全组分能够溶解在L-半胱氨酸和72wt%H2SO4的混合溶液中,发现木质纤维原料的L-半胱氨酸/H2SO4溶液具有较好的紫外吸收性能。进而,通过改变木质纤维素原料溶解的温度、时间等因素,研究了溶液的紫外吸收强度与木质素含量之间的关系。研究发现,将30mg植物纤维原料粉末在(40目~80目)加入到3ml的L-半胱氨酸/硫酸混合溶液中,加热至60℃,搅拌反应30 min后,原料溶解完全,且不同原料(针叶材、阔叶材、草类等)的溶解液的紫外吸光度与其木质素含量之间呈现线性关系。其次,分别制备不同比例磨木木质素(思茅松、桉木)与微晶纤维素的混合物(比例1:9、2:8、3:7、4:6 g/g)用于替代不同木质素含量的针叶材和阔叶材,在上述条件下溶解后进行紫外测定,针叶材和阔叶材的紫外吸收系数分别为16.57 g-1·L·cm-1和13.74g-1·L·cm-1。进而,采用G型人工木质素(DHP,人工合成的木质素大分子模型物)的紫外吸收系数进行针叶材紫外吸收系数的校准,得到针叶材的吸收系数17.6 g-1·L·cm-1。同理,经校正获得阔叶材和草类原料的吸收系数分别为14.0 g-1·L·cm-1、15.0 g-1·L·cm-1。基于不同原料的紫外吸收系数,初步建立了一种氨基酸辅助溶解木质纤维素全组分快速定量木质素含量的方法。最后,对该方法的植物纤维原料用量、温度、时间等因素进一步的优化,将样品处理量降低至7 mg,且处理温度为室温。进而,使用不同类型的DHP(G型、不同比例的S/G/H型)对该条件下的对不同类型的原料进行吸收系数的进行校准,并得到针叶材的适用紫外吸收系数为17.25 g-1·L·cm-1,而阔叶材和草类的紫外吸收系数为11.23 g-1·L·cm-1。经过本部分优化,最终建立了一种室温条件下采用氨基酸辅助溶解木质纤维素全组分进行木质素定量的方法。综上所述,本论文建立了一种基于紫外光谱的L-半胱氨酸法定量植物生物质木质素含量的方法——CASA法。该方法可在室温或加热的条件下使用,灵敏、准确度高,且用时短、原料用量小,适用于多种原料的木质素含量测定,在追求高效率、低成本的社会环境下具有良好的应用前景。
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