一種氫氧化鈉/尿素/硫脲水溶液低溫預(yù)處理提高煙梗木質(zhì)素收率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于木質(zhì)素提取技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氫氧化鈉/尿素/硫脲水溶液低溫 預(yù)處理提高煙梗木質(zhì)素收率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著吸煙者健康意識的提高，減害降焦成了煙草行業(yè)未來發(fā)展的必由之路。其 中，木質(zhì)素是煙葉中主要的芳香族組分，是焦油中稠環(huán)芳烴類、芳香胺等有害物質(zhì)的主要來 源;熱解會產(chǎn)生兒茶酚和烷基兒茶酚，引起澀口且有促癌活性。近年來，研究煙草木質(zhì)素在 卷煙吸燃條件下的熱裂解機(jī)理是卷煙降焦減害的新思路，這就需要從煙草中分離結(jié)構(gòu)變化 較小的木質(zhì)素。
[0003]從植物體內(nèi)提取或分離木質(zhì)素的方法可分為兩類:第一類是脫除木質(zhì)素以外的成 分，木質(zhì)素作為不溶成分沉淀分離出來;另一類是將木質(zhì)素作為可溶性成分，而纖維素、半 纖維素等其它成分不溶解而進(jìn)行分離。目前，主要有酸析法、堿析法、有機(jī)溶劑法、離子液體 法、磨木木質(zhì)素法和纖維素酶解法等（中華紙業(yè)，2005，26( 10) : 58-61;木質(zhì)素[M].北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2008)。其中，酸析法及堿析法一般都是采用濃硫酸或濃氫氧化鉀等處理 植物原料，一方面得到木質(zhì)素通常發(fā)生較大的化學(xué)改性，不適合做進(jìn)一步的研究，另一方面 危險(xiǎn)系數(shù)較高。（Renew. Energy, 1997，10 (2/3): 285-290;American Chemical Society，2000，742: 1-8)有機(jī)溶劑法得到的木質(zhì)素不僅收率較低，而且純度較低，并有 一定程度的化學(xué)改性(甘蔗，2002, 9 (4): 15- 19)。離子液體法得到的木質(zhì)素?；煊欣w 維素、半纖維素等雜質(zhì)，而且木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)也改變了（華東理工大學(xué)博士論文，2013)。
[0004] 磨木木質(zhì)素法分離得到的木質(zhì)素化學(xué)改性小，但是通常會含有2~8%的糖類(木質(zhì) 素[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008)。纖維素酶解法分離木質(zhì)素，可在溫和的條件下降解 纖維素，分離得到化學(xué)結(jié)構(gòu)變化小的木質(zhì)素，適合于結(jié)構(gòu)性分析或做進(jìn)一步的研究（J. Pulp Paper Sci.， 2002， 28 (2): 5〇-54)〇
[0005] 此外，在植物纖維原料中，木質(zhì)素含量較低，且與半纖維素形成緊密的結(jié)合層，并 緊緊的包裹著纖維素，阻礙了纖維素酶與纖維素的接觸，所以酶解比較困難。近年來，國內(nèi) 外不少學(xué)者通過研究不同的預(yù)處理方法，來提高酶解效率，進(jìn)而提高木質(zhì)素的收率。例如 (1)有機(jī)溶劑預(yù)處理:將植物纖維原料用有機(jī)溶劑的混合液索氏萃取，以除去有機(jī)物雜質(zhì)。 這種預(yù)處理方法耗時(shí)，而且危險(xiǎn)，預(yù)處理效果有待提高。（2)微波預(yù)處理：用電磁波處理植物 纖維原料，使纖維素分子間的氫鍵發(fā)生變化，增加纖維素分子的可及性及反應(yīng)活性。這種處 理方法簡單，耗時(shí)少，但是處理費(fèi)用較高，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。（3)生物技術(shù)預(yù)處理:利用 微生物分解掉纖維素、半纖維素等以獲得木質(zhì)素。這種處理方法耗時(shí)且與酶活性相關(guān)，很難 工業(yè)應(yīng)用。（4)化學(xué)預(yù)處理:主要包括稀酸預(yù)處理和稀堿預(yù)處理，主要是通過打斷纖維素、半 纖維素、木質(zhì)素之間的連接鍵，降低纖維素的結(jié)晶度、增加原料的疏松性，使纖維素酶與纖 維素的接觸位點(diǎn)更多，酶解效率提高。但是目前此種處理方法關(guān)注的重點(diǎn)在纖維素的降解 及糖轉(zhuǎn)化率等，而沒有涉及木質(zhì)素在預(yù)處理過程中的化學(xué)改性及收率低等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有煙草木質(zhì)素提取的技術(shù)不足，提供一種氫氧化鈉/尿 素/硫脲水溶液低溫預(yù)處理提高煙梗木質(zhì)素收率的方法，該方法能夠有效提高煙梗木質(zhì)素 的收率，且純度高、結(jié)構(gòu)變化小，操作簡單安全。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種氫氧化鈉/尿素/硫脲水溶液低 溫預(yù)處理提高煙梗木質(zhì)素收率的方法，包括以下步驟： ① 將煙梗預(yù)先干燥，粉碎，過40~80目篩，將過篩后的煙梗粉末加入到氫氧化鈉/尿素/ 硫脲/水溶液中，_8°C~_10°C下攪拌反應(yīng)20~40min，過濾，蒸餾水洗滌，得到殘?jiān)?② 將步驟①得到的殘?jiān)尤氲酱姿?醋酸鈉緩沖溶液中，加入纖維素酶，40~60°C酶解 反應(yīng)48~72h后，離心分離，蒸餾水洗滌，真空干燥，得到酶解木質(zhì)素； ③ 將步驟②將到的酶解木質(zhì)素用酸性二氧六環(huán)(1，4_二氧六環(huán))水溶液86~110°C下抽 提1~3h，過濾得濾液和固體，將固體再次用酸性二氧六環(huán)水溶液86~110°C下抽提1~3h， 再次過濾，合并兩次濾液，減壓濃縮得濃縮液(減壓濃縮至濃縮液幾乎不含1，4-二氧六環(huán)）； 其中，每次抽提時(shí)的固液比均為Ig: (15~50)mL; ④ 向步驟③得到的濃縮液中加入pH為1~3的酸溶液(鹽酸、硫酸、磷酸、硝酸等中的任 一種），離心分離，洗滌沉淀，真空干燥，即得煙梗木質(zhì)素;其中，濃縮液與pH為1~3酸溶液 的體積為1:80~1:150。
[0008] 所述步驟①中氫氧化鈉/尿素/硫脲水溶液由以下重量百分比的組分組成:氫氧化 鈉6~8%、尿素6~8%、硫脲5~7%、余量為水。
[0009] 所述步驟②中醋酸-醋酸鈉緩沖溶液的pH為4.5~6.0。
[0010]所述步驟③中的酸性二氧六環(huán)水溶液中，二氧六環(huán)的體積分?jǐn)?shù)為80~85%，酸（（鹽 酸、硫酸、磷酸、硝酸等中的任一種))濃度為〇. 〇 1~〇. 12mo 1/L。
[0011]所述步驟①中氫氧化鈉/尿素/硫脲水溶液與過篩后的煙梗粉末的液固比為15~ 30mL : Igo
[0012]所述步驟②中殘?jiān)c醋酸-醋酸鈉緩沖溶液的固液比為Ig: (20~45)mL。
[0013] 所述步驟②中纖維素酶的加入量為150~500FPA/g過篩后的煙梗粉末。
[0014] 本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明是用氫氧化鈉-尿素-硫脲-水混合液對煙梗粉 進(jìn)行低溫預(yù)處理，一方面打斷煙梗粉中纖維素-半纖維素_木質(zhì)素之間的連接鍵，另一方面 可溶解部分纖維素、半纖維素、水溶性成分等，殘?jiān)俳?jīng)酶解-溫和酸解處理，最后得到結(jié)構(gòu) 變化小、純度較高的煙梗木質(zhì)素，而且收率也可顯著提高，有利于對煙草木質(zhì)素的進(jìn)一步研 究。
【附圖說明】
[0015]圖1為實(shí)施案例1提取的煙梗木質(zhì)素的紅外光譜圖； 圖2為測定木質(zhì)素純度的標(biāo)準(zhǔn)曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此。以 下實(shí)施例和對照例中所用的纖維素酶購自阿拉丁試劑(上海)有限公司，粉末，1萬U/g)。 [0017] 實(shí)施例1 一種氫氧化鈉/尿素/硫脲水溶液低溫預(yù)處理提高煙梗木質(zhì)素收率的方法，包括以下 步驟： ① 將煙梗預(yù)先干燥，粉碎，過40目篩，含水率為6.62%(根據(jù)煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC31-1996烘 箱法測定）；將過篩后的煙梗粉末35g加入到氫氧化鈉/尿素/硫脲/水溶液中（液固比為 25mL: lg)，-8°C下攪拌反應(yīng)30min，600目的濾布過濾，水洗至中性，得到殘?jiān)?2.39g;氫氧化 鈉/尿素/硫脲/水溶液由以下重量百分比的組分組成:氫氧化鈉8%、尿素8%、硫脲6.5%、余量 為水； ② 將步驟①得到的殘?jiān)尤氲絧H為4.8的醋酸-醋酸鈉緩沖溶液（固液比為lg:40mL) 中，加入纖維素酶，50°C下恒溫震蕩反應(yīng)48 h后，離心分離，蒸餾水洗滌，353 K下真空干燥8 h，得到酶解木質(zhì)素6. Og;纖維素酶的加入量為150FPA/g過篩后的煙梗粉末； ③ 將步驟②將到的酶解木質(zhì)素用酸性二氧六環(huán)水溶液95°C下抽提2h，過濾得濾液和固 體，將固體再次用酸性1，4_二氧六環(huán)水溶液95°C下抽提2h，再次過濾，合并兩次濾液，減壓 濃縮得濃縮液(減壓濃縮至濃縮液中幾乎不含1，4_二氧六環(huán)），每次抽提時(shí)的固液比均為 I g: (15~50 )mL;其中，酸性1，4-二氧六環(huán)水溶液中，1，4-二氧六環(huán)的體積分?jǐn)?shù)為82%，鹽酸 濃度為O.lmol/L; ④ 向步驟③得到的濃縮液中加入pH為2的鹽酸溶液(pH為2的鹽酸溶液的體積為濃縮液 體積的100倍），離心分離，洗滌沉淀，353 K下真空干燥8 h，即得煙梗木質(zhì)素1.31g。
[0018] 對照例1 一種氫氧化鈉/尿素水溶液低溫預(yù)處理提高煙梗木質(zhì)素收率的方法，包括以下步驟： ①將煙梗預(yù)先干燥，粉碎，過40目篩，含水率為6.62%(根據(jù)煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC31-1996烘箱法 測定）;將過篩后的煙梗粉末35g加入到氫氧化鈉/尿素/水溶液中（液固比為25mL: lg)，-8°C 下攪拌反應(yīng)30min，600目的濾布過濾，水洗至中性，得到殘?jiān)?2.28g;氫氧化鈉/尿素/硫脲/ 水溶液由以下重量百分比的組分組成:氫氧化鈉8%、尿素8%、余量為水； ② 將步驟①得到的殘?jiān)尤氲絧H為4.8的醋酸-醋酸鈉緩沖溶液（固液比為lg:40mL) 中，加入纖維素酶，50°C下恒溫震蕩反應(yīng)48 h后，離心分離，蒸餾水洗滌，353 K下真空干燥8 h，得到酶解木質(zhì)素6.05g;纖維素酶的加入量為150FPA/g過篩后的煙梗粉末； ③ 將步驟②將到的酶解木質(zhì)素用酸性二氧六環(huán)水溶液95°C下抽提2h，過濾得濾液和固 體，將固體再次用酸性1，4_二氧六環(huán)水溶液95°C下抽提2h，再次過濾，合并兩次濾液，減壓 濃縮得濃縮液(減壓濃縮至濃縮液中幾乎不含1，4_二氧六環(huán)），每次抽提時(shí)的固液比均為 I g: (15~50 )mL;其中，酸性1，4-二氧六環(huán)水溶液中，1，4-二氧六環(huán)的體積分?jǐn)?shù)為82%，鹽酸 濃度為O.lmol/L; ④ 向步驟③得到的濃縮液中加入pH為2的鹽酸溶液(pH為2的鹽酸溶液的體積為濃縮液 體積的100倍），離心分離，洗滌沉淀，353 K下真空干燥8 h，即得煙梗木質(zhì)素0.29g。
[0019] 實(shí)施例2 一種氫氧化鈉/尿素/硫脲水溶液低溫預(yù)處理提高煙梗木質(zhì)素收率的方法，包括以下 步驟： ① 將煙梗預(yù)先干燥，粉碎，過60目篩，含水率為6.53%(根據(jù)煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC31-1996烘 箱法測定）;將過篩后的煙梗粉末35g加入到氫氧化鈉/尿素/硫脲水溶液中（液固比為15mL: lg)，-l〇°C下攪拌反應(yīng)20min，600目的濾布過濾，水洗至中性，得到殘?jiān)?2.98g;氫氧化鈉/ 尿素/硫脲/水溶液由以下重量百分比的組分組成:氫氧化鈉6%、尿素7%、硫脲7%、余量為水； ② 將步驟①得到的殘?jiān)尤氲絧H為6.0的醋酸-醋酸鈉緩沖溶液(固液比為lg: 20mL) 中，加入纖維素酶，40°C下恒溫震蕩反應(yīng)72h后，離心分離，蒸餾水洗滌，353 K下真空干燥8 h，得到酶解木質(zhì)素6.05g;纖維素酶的加入量為500FPA/g過篩后的煙梗粉末； ③ 將步驟②將到的酶解木質(zhì)素用酸性1，4_二氧六環(huán)水溶液86°C下抽提3h，過濾得濾液 和固體，將固體再次用酸性二氧六環(huán)水溶液86°C下抽提3h，再次過濾，合并兩次濾液，減壓