一種從木質(zhì)纖維細(xì)胞壁中提取木質(zhì)素的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物質(zhì)基礎(chǔ)化學(xué)和可再生資源利用領(lǐng)域，具體涉及一種從木質(zhì)纖維細(xì) 胞壁中提取木質(zhì)素的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 木質(zhì)素是植物細(xì)胞壁中的三大組分之一，是植物界中僅次于纖維素的第二大豐富 和重要的有機(jī)高聚物。盡管對于木質(zhì)素的研究已經(jīng)有1〇〇多年的歷史了，由于木質(zhì)素本身 結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及其在植物細(xì)胞壁中與其它組分的交聯(lián)，使得植物細(xì)胞壁中木質(zhì)素的結(jié)構(gòu) 尚未完全闡明。為了進(jìn)一步了解植物細(xì)胞壁中木質(zhì)素結(jié)構(gòu)，如何從植物細(xì)胞壁中分離出可 以代表天然結(jié)構(gòu)的木質(zhì)素組分用于結(jié)構(gòu)表征，一直是困擾廣大研究者的難題。
[0003] 在最初的研究中，一般選用無機(jī)酸處理原料來提高木質(zhì)素得率，但是利用這種方 法提取出的木質(zhì)素結(jié)構(gòu)變化嚴(yán)重。目前，一般選用中性有機(jī)溶劑對球磨后的原料進(jìn)行抽提。 迄今為止，被廣大研究者應(yīng)用較多的抽提木質(zhì)素的方法主要有磨木木質(zhì)素、纖維素酶解木 質(zhì)素和堿木質(zhì)素。磨木木質(zhì)素分離法是由貝克曼于1956年提出的，該方法是在室溫下用不 引起潤脹作用的溶劑做介質(zhì)仔細(xì)地研磨木粉，通過溶劑抽提球磨后木粉而獲得木質(zhì)素，所 用的有機(jī)溶劑為二氧六環(huán)。用該方法得到的木質(zhì)素被認(rèn)為是與木材中的原本木質(zhì)素最為接 近的木質(zhì)素試樣，迄今為止最能代表細(xì)胞壁中木質(zhì)素結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的一種木質(zhì)素，常用作化 學(xué)和生物分析。但是，二氧六環(huán)抽提木質(zhì)素后，為了在盡量不改變木質(zhì)素結(jié)構(gòu)的前提下將溶 解的木質(zhì)素分離出來，需要用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器在低于50°C的條件下將二氧六環(huán)除掉，由于二氧 六環(huán)沸點(diǎn)高，因此該過程費(fèi)時(shí)長，造成了木質(zhì)素結(jié)構(gòu)改變的可能性，且二氧六環(huán)價(jià)格高、對 皮膚、眼部和呼吸系統(tǒng)有刺激性，并且可能對肝、腎和神經(jīng)系統(tǒng)造成損害，急性中毒時(shí)可能 導(dǎo)致死亡。
[0004] 專利號為ZL201210345573. 9的中國發(fā)明專利公開了一種提取木質(zhì)素的方法，包 括如下步驟：a.將木粉和有機(jī)溶劑加入離子液體中進(jìn)行反應(yīng)；b.向反應(yīng)后的液體中加入熱 的蒸餾水進(jìn)行纖維素再生；c.對經(jīng)過纖維素再生的液體過濾分離得到濾液，蒸餾濾液，分 離出有機(jī)溶劑和水，得到離子液體溶液；d.將步驟c得到的離子液體溶液溶解在丙酮中，析 出木質(zhì)素；e.對步驟d所得液體進(jìn)行分離得到粗木質(zhì)素，并進(jìn)行酸水洗滌、冷凍干燥得到純 度較高的木質(zhì)素。上述的提取方法尚存在以下缺陷：
[0005] 1.離子液體價(jià)格較高、制備程序復(fù)雜。在本研究中用來溶解木粉，其極易吸水，吸 水后木粉溶解效果差。
[0006] 2.操作是在80°C高溫條件下進(jìn)行，一般認(rèn)為木素在溫度高于50°C的情況下會發(fā) 生結(jié)構(gòu)改變。且部分木素會溶解在離子液體中，難以在丙酮中析出，造成木素質(zhì)量的損失， 得率低。
[0007] 3.整個(gè)流程操作復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種從木質(zhì)纖維植物細(xì)胞壁中提取木質(zhì)素的新方法，以在 盡量不改變木質(zhì)素結(jié)構(gòu)的前提下分離出木質(zhì)素，并降低提取木質(zhì)素的成本，提高提取的效 率。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種從木質(zhì)纖維細(xì)胞壁中提取木質(zhì)素的方 法，包括以下步驟：
[0010] (1)將干燥的木質(zhì)纖維原料粉碎得到木質(zhì)纖維粉末，優(yōu)選通過40目篩的木質(zhì)纖維 粉末；用體積比為2:1的苯-乙醇溶液對木質(zhì)纖維粉末進(jìn)行抽提，去除抽出物（抽出物溶于 苯-乙醇溶液中），得到無抽出物木質(zhì)纖維粉末；
[0011] (2)用球磨機(jī)對步驟（1)所得無抽出物木質(zhì)纖維粉末球磨8~12h，將其分散于 提取液中，得到木質(zhì)纖維粉末的懸浮液，木質(zhì)纖維粉末與提取液的質(zhì)量體積比為1:10~ 1:30 ;在密閉容器中常溫下攪拌24~36h，使提取液與木質(zhì)纖維粉末充分接觸，提取木質(zhì)纖 維粉末中的木質(zhì)素，過濾分離或離心分離得到第一木質(zhì)纖維粉末和第一溶液；
[0012] 提取液是體積比為96:4~90:10的丙酮-水溶液；
[0013] (3)用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器在低于45°C的條件下對第一溶液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，以除去提取液，蒸 發(fā)后得固體萃取物，真空干燥或者是冷凍干燥，得到木質(zhì)素。
[0014] 在一些具體的實(shí)施方式中，上述的步驟（2)和步驟（3)可以替換為：
[0015] (2)用球磨機(jī)對步驟（1)所得無抽出物木質(zhì)纖維粉末球磨8~12h，將其分散于 提取液中，得到木質(zhì)纖維粉末的懸浮液，木質(zhì)纖維粉末與提取液的質(zhì)量體積比為1:10~ 1:30 ;在密閉容器中常溫下攪拌24~36h，使提取液與木質(zhì)纖維粉末充分接觸，提取木質(zhì)纖 維粉末中的木質(zhì)素，過濾分離或離心分離得到第一木質(zhì)纖維粉末和第一溶液；
[0016] 將第一木質(zhì)纖維粉末分散在提取液中，得到第一木質(zhì)纖維粉末的懸浮液，第一木 質(zhì)纖維粉末與提取液的質(zhì)量體積比為1:10~1:30 ;在密閉容器中常溫下攪拌24~36h，使 提取液與木質(zhì)纖維粉末充分接觸，提取第一木質(zhì)纖維粉末的木質(zhì)素，過濾分離或離心分離 得到第二木質(zhì)纖維粉末和第二溶液；
[0017] 提取液是體積比為96:4~90:10的丙酮-水溶液，（3)合并第一溶液和第二溶液， 用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器在低于45°C的條件下對其旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，以除去提取液，蒸發(fā)后得固體萃取物，真 空干燥或者是冷凍干燥，得到木質(zhì)素。
[0018] 由此，可以提高木質(zhì)素的得率，節(jié)省原料，降低成本。
[0019] 在一些具體的實(shí)施方式中，上述的步驟（2)和步驟（3)還可以替換為：
[0020] (2)用球磨機(jī)對步驟⑴所得無抽出物木質(zhì)纖維粉末球磨8~12h，將其分散于 提取液中，得到木質(zhì)纖維粉末的懸浮液，木質(zhì)纖維粉末與提取液的質(zhì)量體積比為1:10~ 1:30 ;在密閉容器中常溫下攪拌24~36h，使提取液與木質(zhì)纖維粉末充分接觸，提取木質(zhì)纖 維粉末中的木質(zhì)素，過濾分離或離心分離得到第一木質(zhì)纖維粉末和第一溶液；
[0021 ] 將第一木質(zhì)纖維粉末分散在提取液中，得到第一木質(zhì)纖維粉末的懸浮液，第一木 質(zhì)纖維粉末與提取液的質(zhì)量體積比為1:10~1:30 ;在密閉容器中常溫下攪拌24~36h，使 提取液與木質(zhì)纖維粉末充分接觸，提取第一木質(zhì)纖維粉末的木質(zhì)素，過濾分離或離心分離 得到第二木質(zhì)纖維粉末和第二溶液；
[0022] 將第二木質(zhì)纖維粉末分散在提取液中，得到第二木質(zhì)纖維粉末的懸浮液，第二木 質(zhì)纖維粉末與提取液的質(zhì)量體積比為1:10~1:30 ;在密閉容器中常溫下攪拌24~36h，使 提取液與木質(zhì)纖維粉末充分接觸，提取第二木質(zhì)纖維粉末的木質(zhì)素，過濾分離或離心分離 得到第三木質(zhì)纖維粉末和第三溶液；
[0023] 提取液是體積比為96:4~90:10的丙酮-水溶液；
[0024] (3)合并第一溶液、第二溶液和第三溶液，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器在低于45°C的條件下對 其旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，以除去提取液，蒸發(fā)后得固體萃取物，真空干燥或者是冷凍干燥，得到木質(zhì)素。
[0025] 由此，可以提高木質(zhì)素的得率，節(jié)省原料，降低成本。
[0026] 在一些具體的實(shí)施方式中，步驟（1)中的木質(zhì)纖維原料優(yōu)選禾本科纖維原料或木 材木質(zhì)纖維原料，其中，禾本科木質(zhì)纖維原料優(yōu)選蔗渣、秸桿或王草；木材木質(zhì)纖維原料優(yōu) 選桉木或楊木。
[0027] 在一些具體的實(shí)施方式中，第一木質(zhì)纖維粉末與提取液的質(zhì)量體積比優(yōu)選1:20， 第二木質(zhì)纖維粉末與提取液的質(zhì)量體積比優(yōu)選1:20,所述的第三木質(zhì)纖維粉末與提取液的 質(zhì)量體積比優(yōu)選1:20。
[0028] 在一些具體的實(shí)施方式中，上述的過濾分離可以為經(jīng)0. 1~0.5μπι膜過濾。
[0029] 在一些具體的實(shí)施方式中，上述的離心分離的離心轉(zhuǎn)速可以為8000~12000rpm， 離心時(shí)間為15~30min。
[0030] 在一些具體的實(shí)施方式中，步驟（3)中的真空干燥可以是用真空干燥箱在30~ 50 °C下進(jìn)行干燥。
[0031] 在一些具體的實(shí)施方式中，步驟（3)中的冷凍干燥是指用冷凍干燥機(jī) 在-20~-50 °C下進(jìn)行干燥。
[0032] 本發(fā)明的提取方法，采用室溫處理，無需加熱，降低了設(shè)備要求和能耗；選用丙酮 為萃取溶劑，毒性低、沸點(diǎn)低，易于蒸發(fā)去除，大大地提高了提取的效率，為木質(zhì)纖維原料中 的木質(zhì)素結(jié)構(gòu)的表征和利用提供了新的分離方法。
[0033] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：
[0034] 1、本發(fā)明采用的丙酮-水溶液作為溶劑抽提木質(zhì)纖維原料中的木質(zhì)素組分，由于 其為中性有機(jī)溶液，不會改變木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，本發(fā)明降低了木質(zhì)素溶液在