龍竹竹粉半纖維素的提取

龍竹竹粉半纖維素的提取

隨著世界能源需求的增加和石化燃料的衰落，作為一種燃料替代品，水生植物越來越受到重視。農(nóng)林廢棄物因其可重復(fù)利用,廉價(jià),分布廣泛以及產(chǎn)量巨大,被認(rèn)為是一種優(yōu)良的生物質(zhì)資源竹材的主要成分為纖維素,半纖維素以及木質(zhì)素。其中,半纖維素約占20%~30%,主要成分為木聚糖、甘露聚糖、阿拉伯聚糖和半乳聚糖1材料和方法1.1目的提取制備龍竹加工廢棄物于2012年采集于中國云南省。試驗(yàn)材料經(jīng)60℃烘干后粉碎過篩,取20~80目竹粉置于索氏提取器中,采用甲苯/乙醇(體積比2∶1)脫蠟處理6h,脫蠟后的竹粉采用80℃熱水提取6h脫除淀粉。上述兩步提取之后的樣品60℃烘干24h備用。試驗(yàn)所使用的化學(xué)試劑有亞氯酸鈉(NaClO1.2方法1.2.1檸檬酸用量的測定脫蠟及脫淀粉后所得樣品烘干后,稱取50g置于燒杯中,同時(shí)加入1L去離子水和50g亞氯酸鈉混勻。用乙酸調(diào)節(jié)pH至4.0,記錄所添加的乙酸用量。然后于75℃中水浴加熱,攪拌。1h后向反應(yīng)體系中添加25g亞氯酸鈉,并加入乙酸(用量為之前所記錄乙酸用量的1/2)調(diào)節(jié)pH,反應(yīng)1h,所得殘?jiān)?jīng)過濾后用大量去離子水沖洗,放入烘箱60℃烘干24h,所得樣品即為綜纖維素1.2.2半纖維素半素鹽系圖1為分離制備半纖維素的流程。制備的綜纖維素與二甲亞砜混合后,在80℃條件下提取5h,反應(yīng)結(jié)束后過濾,所得濾液經(jīng)減壓蒸餾濃縮至50mL,然后與3倍體積的無水乙醇混合,室溫下靜置24h,所得沉淀經(jīng)離心后去除上清液并冷凍干燥,標(biāo)記為半纖維素H1。經(jīng)DMSO提取后過濾所得殘?jiān)?00g/LKOH溶液在室溫下抽提10h,過濾,所得濾液用乙酸調(diào)pH至5.5,并減壓蒸餾濃縮至50mL。濃縮后的液體經(jīng)透析除鹽,然后加入3倍體積的無水乙醇沉淀(24h,室溫),離心后除去上清液并對沉淀物冷凍干燥,所得產(chǎn)物標(biāo)記為半纖維素H2。1.2.3離子檢測方法所制備的半纖維素組分H1和H2分別用w=4%的硫酸在121℃水解2h。水解所得的單糖采用離子色譜儀進(jìn)行分析(ICS3000,Dionex,美國),檢測器為ED50,該儀器配有AS50自動進(jìn)樣器和CarbopacPA-20色譜柱(4mm×250mm,Dionex),流動相流速為0.4mL/min1.2.4里葉變換紅外光譜儀mct傅里葉變換紅外光譜分析采用NicoletiN10傅里葉變換紅外光譜儀(ThermoScientific,美國)采集,檢測器為MCT。所采集譜圖為4000~800cm本文中各組合含量均以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。2結(jié)果與討論2.1半纖維素的提取龍竹原料采用美國國家能源實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行組分分析檢測竹粉經(jīng)亞氯酸鈉脫木素后制得綜纖維素,然后再以綜纖維素為原料提取半纖維素。采用DMSO在80℃提取5h后所得的半纖維素H1得率為18.7%,經(jīng)DMSO抽提過后的殘?jiān)俳?jīng)100g/LKOH在室溫下提取10h所得的半纖維素H2得率為39.8%。由此可知,經(jīng)2步抽提后總的半纖維素的得率為58.5%。2.2酸組成和含量測定由表1可知,2種不同條件所制得的半纖維素都由阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖以及葡萄糖醛酸組成,但含量有所差別。2種半纖維素最主要的成分為木糖,由DMSO所提取制備的半纖維素H1中含有較多的葡萄糖(18.5%),而僅含有5.1%的阿拉伯糖。出現(xiàn)這種情況的主要原因是由于DMSO在高溫下對非結(jié)晶的纖維素有一定的降解作用,部分葡萄糖溶解于體系當(dāng)中2.3半纖維素h和h紅外光譜是一種研究碳水化合物化學(xué)結(jié)構(gòu)的有效工具,目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于植物細(xì)胞壁的分析研究在圖2中,半纖維素H1和H2分別由DM-SO和KOH提取所得,從圖中可以看出,在1732cm2.4半纖維素糖基的信號分析為了更好地研究半纖維素的結(jié)構(gòu),采用核磁共振分析來研究DMSO和KOH提取的半纖維素H1和H2。對DMSO所提取的半纖維素H1的半纖維素樣品H1和H2的對半纖維素H1和H2進(jìn)行二維HSQC核磁共振分析,其譜見圖5。圖5-a為DMSO提取的半纖維素H1的二維核磁共振譜圖,圖5-b為KOH提取的半纖維素H2的二維核磁共振譜圖,從譜圖中可知,β-D-木糖單元有5個(gè)明顯的信號峰(紅色)分別出現(xiàn)在102.0/4.30(C-1/H-1)、73.0/3.1(C-2/H-2)、74.5/3.25(C-3/H-3)、75.4/3.59(C-4/H-4)、63.1/3.25(C-5a/H-5a)以及63.1/4.04(C-5e/H-5e)。另外,L-阿拉伯糖基的信號峰(綠色)相對較弱,出現(xiàn)在109.1/5.05(C-1/H-1)、85.7/3.91(C-4/H-4)、81.9/3.73(C-2/H-2)、78.9/3.54(C-3/H-3)、61.3/3.51(C-5e/H-5e)、61.3/3.35(C-5e/H-5e)。圖5-a中L-阿拉伯糖基的信號峰比圖5-b中的信號峰弱,這主要是由于DMSO所提取的半纖維素H1中阿拉伯糖所占的比例比KOH所提取的半纖維素H2較低(表1)圖5-a與圖5-b的主要區(qū)別在于99.5/4.49和72.9/4.52,以及101.9/4.39和73.7/4.76處有C-H相關(guān)信號峰。這主要是由于DMSO所提取的半纖維素H1含乙酰基,信號峰99.5/4.49和72.9/4.52,以及101.9/4.39和73.7/4.76分別為C-2位(黃色)和C-3(藍(lán)色)位上取代有乙?；?D-木糖基的C-1/H-1和C-2/H-2,以及C-1/H-1和C-3/H-3的信號,而乙?；男盘柗宄霈F(xiàn)在20.9/1.81(圖5-a中未顯示)3半纖維素糖組分的糖組成及糖化性質(zhì)分析經(jīng)脫蠟及脫淀粉的龍竹竹粉在75℃下采用亞氯酸鈉脫木素,所制備的綜纖維素先由DMSO在80℃下抽提5h,過濾后殘?jiān)儆?00g/LKOH室溫下提取10h,然后經(jīng)乙醇沉淀后分別得到半纖維素組分H1和H2,得率分別為18.7%和39.8%。通過對半纖維素H1和H2進(jìn)行糖分析發(fā)現(xiàn),其主要組成為D-木糖,L-阿拉伯糖,D-半乳糖,D-葡萄糖,以及葡萄糖醛酸。傅里葉變換紅外光譜和核磁共振分析發(fā)現(xiàn),經(jīng)DMSO提取的半纖維素H1木聚糖鏈上有乙酰基,而經(jīng)KOH提取的半纖維素H2已經(jīng)完全脫乙?；?。半纖維素主要由L-阿拉伯糖,D-木糖,4-O-甲基葡萄糖