9講第三章：木素之生物合成、分離與利用

1、整理ppt1本部分內(nèi)容介紹第一節(jié) 木素的存在及木素的生物合成第二節(jié) 木素的分離與研究 第三節(jié) 木素的化學(xué)構(gòu)造 *第四節(jié) 木素的化學(xué)反應(yīng)* 第五節(jié) 木素的物理性質(zhì)及其利用*2l木質(zhì)素（lignin ）的定義至今還有爭論。但比較共識的是木質(zhì)素可被定義為一大類苯基丙烷（phenyl propane ）類聚合物，在酶引發(fā)和化學(xué)作用下，通過對羥肉桂基前體脫氫聚合而產(chǎn)生的高分子聚合物。l木素的研究歷史：1838年P(guān)ayen發(fā)現(xiàn)，1856年Schulz分理出木素并命名，20世紀(jì)初Klason系統(tǒng)研究木素， Klason被尊稱為木素化學(xué)之父。l一、木素的存在l木素是生物體自身合成的一種重要高分子有機(jī)聚合物，含

2、有苯環(huán)結(jié)構(gòu)單元。占植物重量的15%35%，自然界每年可產(chǎn)600萬億噸木素。3l一、木素的存在l木素是生物體自身合成的一種重要高分子有機(jī)聚合物，含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)單元。占植物重量的15%35%，自然界每年可產(chǎn)600萬億噸木素。整理ppt4CCC苯基Phenyl 丙烷propane 苯基丙烷結(jié)構(gòu)phenyl propane 整理ppt5CCC143256整理ppt6CCCO HCCCOHOCH3CCCOHOCH3H3CO愈瘡木酚基丙烷-Gguaiacol 對-羥基苯基丙烷-Hp-hydroxyphenyl 紫丁香基丙烷-Ssyringyl 整理ppt7整理ppt8整理ppt9木材中部位部位所占體積比/%

3、占總木素的比例/%木素含量/%早材springwood 次生壁secondary wall 87.672.122.5復(fù)合胞間層8.715.849.7細(xì)胞角隅3.912.184.8晚材summerwood 次生壁93.781.722.2復(fù)合胞間層4.19.760.0細(xì)胞角隅2.28.6100表表2-1云杉管胞云杉管胞（tracheid ）中的木素分布中的木素分布復(fù)合胞間層composite middle lamella整理ppt10木材中的部位木素類型部位體積/%占總木素的比例/%木素含量/%木纖維次生壁S73.459.916-19復(fù)合胞間層S-G(1:1)5.28.934-40細(xì)胞角隅S-G(

4、1:1)2.48.872-85導(dǎo)管次生壁G8.29.422-27復(fù)合胞間層G0.81.535-42射線薄壁細(xì)胞次生壁S10.011.422-27表表2-2 白樺各種細(xì)胞中木素分布白樺各種細(xì)胞中木素分布整理ppt11Goring木素碳水化合物超微結(jié)構(gòu)排列示意圖整理ppt12二、木素的生物合成1.細(xì)胞壁中木素的堆積 黑松的木質(zhì)化進(jìn)程整理ppt131.在次生壁外層形成前的嫩的細(xì)胞角隅部分開始木素最初的堆積。2.S1形成期的管胞，以細(xì)胞角隅為起點，沿著初生壁（P）迸行木化。 l4.在次生壁中層（S2）的形成期，復(fù)合胞間層（ML)整體上進(jìn)行木素的堆積，以后，隨著細(xì)胞的成熟，木化的程度變高。l3.S2層初

5、期是在外側(cè)迅速進(jìn)行木化，隨著細(xì)胞的成熟慢慢地向內(nèi)側(cè)進(jìn)行。這個過程一直持續(xù)到次生壁內(nèi)層（S3）的形成期，整個次生壁木素都在快速堆積，木化程度不斷增加。5.S3的形成完畢，ML部分木素的堆積便結(jié)束了，以上的木素堆積過程也就終止。黑松管胞木化過程：整理ppt14l闊葉木細(xì)胞：l脫除次序：木素形成次序、結(jié)構(gòu)單元類型、木素的連接方式都影響木素脫除次序。一般先沉積的后脫除，紫丁香基活性大于愈瘡木基；分子量小的易脫除；醚鍵比碳碳鍵易斷裂。l最初在復(fù)合胞間層和細(xì)胞角隅中，沉積的是原始木素，是H型和G型木素，分子量較高。后堆積的是G型木素。整理ppt15l木素母體：苯基丙烷的葡萄糖甙O(O5C6H11)OCH3

6、CH=CH CH2OH松柏甙O(O5C6H11)OCH3CH=CH CH2OH酶若干結(jié)構(gòu)單元聚合成木素大分子纖維素、半纖維素整理ppt16CO2光合作用C6H12O6COOHHOOHOHCOOHOH莽草酸對-闊馬酸整理ppt17COOHOHCOOHOHOCH3COOHOHO CH3HOCOOHOHOHCOOHOHOCH3OCH3CH2OHOHO CH3OCH3CH2OHOHOCH3CH2OHOH針葉材、闊葉材、禾本科結(jié)構(gòu)單元間的差別？對-闊馬酸咖啡酸阿魏酸5-羥基阿魏酸芥子酸香豆醇松柏醇紫丁香基丙稀醇芥子醇整理ppt18l木素結(jié)構(gòu)單元通過自由基聚合高分子化的第二步：5種游離基兩兩發(fā)生游離基聚合

7、，形成新二聚體。二聚體進(jìn)一步脫氫生成自由基，該自由基再與別的基聚合，發(fā)生末端聚合，使木素分子變大。第一步：木素結(jié)構(gòu)單元在酶的作用下，脫氫生成自由基整理ppt19RaRbRcRdReRa過氧化物-O-44-O-51-O-4Rb-O-4 - -5 -1Rc4-O-5 -55-51-5Rd1-O-4 -11-51-1?Re整理ppt20整理ppt21整理ppt22整理ppt23整理ppt24針葉木模型闊葉木模型 -O-4 -O-45565 -5166 -19155-592.34-O-531.5 - 25.5 /-O-102 - 11- 6 6-522.51-O-4 1-51-5-總計11799.8整

8、理ppt25整理ppt26一、木素的分離（一）植物原料的準(zhǔn)備1. 4060#的木粉制備2.采用惰性有機(jī)溶劑抽提（二）木素的分離與精制1.可溶性木素2.不溶木素：（1）布勞斯天然木素（BNL）（2）貝克曼木素（MWL）（3）其它可溶木素（MWL）酸木素、過碘酸鹽木素、銅氨木素整理ppt27貝克曼木素（MWL)和纖維素分解酶木素（CEL） 貝克曼木素是1957年由貝克曼提出的分離法得到的木素；又稱磨木木素（milied wood lignin），略寫成MWL。 磨木木素的制備方法是將充分干燥的脫脂木粉在振動式球磨中，在干燥狀態(tài)或者懸浮于甲苯一類的非潤脹性溶媒中，磨碎48h或更長時間，以破壞木材的細(xì)

9、胞構(gòu)造，之后，以含少量水的二氧己環(huán)（9：1）進(jìn)行抽提，抽提液經(jīng)濃縮，得到粗磨木木素將此粗磨木木素溶于90的醋酸中再注入水中沉淀，經(jīng)干燥而制得磨木木素。整理ppt28 Klason 木素： 6080目的木粉，在索氏抽提器中以乙醇、苯（體積1：2）混合溶液脫脂68h，脫脂試料風(fēng)干后，在20下用72硫酸糊化4h，加入蒸餾水使硫酸液度為3%，便其煮沸4h生成的不溶性殘渣。 為了進(jìn)一步精制，將其溶解于1，2-二氯乙烷和乙醇（2：1）的混合液中，再注入乙醚中使其沉淀，之后洗滌、干燥。 通常，磨木木素的收獲率不到全木素的50%。它不含灰分，但含有2%8的糖，為黃褐色的非晶體粉末狀物質(zhì)。整理ppt29二、木素的定量方法1.酸不溶木素定量法2.物理方法3.其它方法Kappa值-卡伯值K值-高錳酸鉀值Roe羅依值、氯價紫外吸