蔗渣半纖維素的分級萃取和結構表征

1、蔗渣半纖維素的分級萃取和結構表征J.X. Sun, X.F. Sun, R.C. Sun, Y.Q. Su摘要：依次用蒸餾水，0.5M的NaOH溶液，pH值為11.5的0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和3.0%的過氧化氫在，和2.0 M NaOH溶液在55下提取2小時。蔗渣細胞壁中超過90%的原始半纖維素在，同時，連續(xù)處理也溶出了89.0%的原始木質素。利用糖分分析、 木質素硝基苯氧化、分子量測定，傅里葉變換紅外光譜，1H和13C核磁共振光譜和熱分析對8種半纖維素的化學組分、物理化學性質及結構進行了闡述。結果表明，依次提取對蔗渣半纖維素的分餾非常有效，而提取強度，如堿和過氧化氫濃度，對半

2、纖維素的化學和結構特征有很大影響，例如連接的木質素的含量及分子量等。用0.5%過氧化氫在55、pH 11.5 時作用2h得到的半纖維素是以-(14) 連接的木糖為主鏈、同時側鏈上含有呋喃阿拉伯糖基和4-O甲基吡喃葡萄糖基團。阿魏酸和對香豆酸以酯化的形式與半纖維素連接。關鍵詞：蔗渣；半纖維素；分餾；堿性過氧化氫；粘結木素；13C 核磁共振。1 前言甘蔗渣是一種糖和酒精工業(yè)產(chǎn)生的大量的殘留物。一般來說，1噸甘蔗產(chǎn)生280千克蔗渣，這些纖維副產(chǎn)物是甘蔗經(jīng)過糖提取后留下來的。全世界每年產(chǎn)生約5400萬噸蔗渣(Rodrigues, Felipe, Sil, & Vitolo,2003; Rowe

3、ll & Keany, 1991)。這些產(chǎn)物的形態(tài)具有很大的非均質性。它由纖維束和其他結構部件如導管，薄壁細胞和上皮細胞組成。（Sanjuan, Anzaldo, Vargas,Turrado, & Patt, 2001）。從化學上來說，干殘留物約有40-50%是葡萄糖聚合體纖維素，其中的大部分是晶體結構。另外25-35 %是半纖維素，一種通常由木糖，阿拉伯糖，半乳糖，葡萄糖和甘露糖組成的非晶聚合物。其余的大多是木質素，加上少量礦物質，蠟，及其他化合物（Jacobsen & Wyman, 2002）。農(nóng)業(yè)-工業(yè)殘留物在制漿過程中和其他化學品生產(chǎn)上的應用，一方面提供了可替

4、代的底物，并在另一方面有利于幫助解決由殘余物處理可能導致的污染問題。在細胞壁中出現(xiàn)的半纖維素是雜聚糖。木聚糖是在陸生植物細胞壁中發(fā)現(xiàn)的最豐富的半纖維素，它們可以占30%以上的干重（Linder, Bergman, Bodin, & Gatenholm, 2003）。谷物秸稈中的木聚糖的特點是：-（14）-D-木糖主鏈，阿拉伯糖醛酸、葡萄糖醛酸及乙酰基取代可以連接在吡喃式木糖基的C-2和C-3的兩個自由羥基上（puls,1997）。舉例來說，麥秸半纖維素被證實為（14）連接的-D-木聚糖，它與D-吡喃式葡萄糖醛酸或（4-O-甲基-吡喃式葡萄糖醛酸）基團在2號位連接的，與L-阿拉伯呋喃糖和

5、D-吡喃式木糖基團在3號位連接。在主鏈上，每26個D-吡喃木糖基有一個糖醛酸單元，而每13個這樣的D-吡喃木糖基有一個L-吡喃式阿拉伯糖基，且每18個這樣的D-吡喃木糖基有一個D-吡喃木糖基（Sun, Lawther, & Banks, 1996）。針葉木主要的木聚糖是阿拉伯糖基-4-O-甲基葡糖醛酸木聚糖，而闊葉木中則主要是未被阿拉伯糖醛酸取代的4 - O -甲基葡糖醛酸聚木糖（Sjöström, 1992）。換言之，這些糖基可直接連接到主鏈或連接在一個側鏈（Verbruggen, Beldman, & Voragen, 1998）。因此，由于聚-D-吡喃

6、式木糖主鏈不同的聚合度，取代度，側鏈數(shù)，以及側鏈長度，使得聚木糖多種多樣。這種復雜和多元化的結構直接影響了半纖維素的性質（Sarbu, Goncalves, & Pinho, 2003）。 近年來，半纖維素作為化學聚合物和藥物上的應用，例如生產(chǎn)陽離子生物大分子（Ebringerova´, Hroma´dhova´, kacura´kova´, & Antal, 1994），水凝膠（Gabrielli & Gatenholm, 1998; Gabrielli, Gatenholm, Glasser, Jain, &

7、 Kenne, 2000; Lindblad, Ranucci, & Albertsson, 2001）和長鏈烷基酯類衍生物（Fang, Sun, Fowler, Tommkinson, & Hill, 1999），引起了人們極大的興趣。然而，蔗渣半纖維素在這個領域被研究的很少。我們實驗室的目的是要使用一種環(huán)境友好的程序，發(fā)展一種大規(guī)模提取淺色谷物秸稈半纖維素組分的商業(yè)過程。根據(jù)我們最近10年對半纖維素的研究，我們發(fā)現(xiàn)，堿性過氧化氫是一種脫木素和從秸稈和草脫解半纖維素都很有效的試劑。被普遍接受的是，在堿性介質中形成的過氧氫根陰離子（HOO-），是過氧化氫漂白系統(tǒng)中主要的活性物質

8、。但是，過氧化氫在堿性條件是不穩(wěn)定的，易于分解成氫氧自由基（HO·）和超氧陰離子自由基（O2-·）。在有某些過渡金屬如錳，鐵，銅的時候是尤其是這樣。這些自由基被認為導致了木質素結構的氧化，從而導致親水性基團（羧基）的引入，內(nèi)部單元鍵連接的斷裂以及木質素和半纖維素的最終解體（Fang, Sun, Salisbury, Fowler, & Tomkinson, 1999; Pan, Bolton, & Leary, 1998）。從我們實驗室獲得的結果發(fā)現(xiàn)，堿性過氧化氫是一種對脫木素及從稻草秸稈溶解半纖維素都很有效的試劑。該過程容易操作，容易使用，且對環(huán)境友好。本

9、文描述了甘蔗渣半纖維素的提取分離和物化特性。堿性過氧化氫濃度對可溶性半纖維素得率和物化性質的影響通過傅立葉變換紅外光譜（FT-IR），凝膠滲透色譜（GPC），碳-13核磁共振波譜（13C NMR）進行了比較研究，結果見文中敘述。2 實驗2.1 原料蔗渣來自本地一家蔗糖廠（中國廣州）。蔗渣先在陽光下曬干，然后切割成小塊（1-3厘米）。磨好的蔗渣通過0.8毫米規(guī)格的篩子篩分?；诟芍氐恼嵩慕M成（%，w/w）是纖維素43.6 %，半纖維素33.5 %，木質素18.1 %，灰分2.3%，蠟質0.8 %。2.2 半纖維素提取為了研究蔗渣中半纖維素的結構差異，半纖維素組分被連續(xù)提取分離。干粉末（10克）

10、首先用甲苯-乙醇（2:1，V/V）溶液在索氏抽提器中抽提6h，然后試樣被放在烘箱中，在60條件下烘16h。接著，把該脫蠟蔗渣試樣用300毫升蒸餾水中在55條件下攪拌浸泡2h。濃縮液用4倍體積95 %乙醇沉淀，得到水溶性半纖維素。水不溶的脫蠟樣品連續(xù)用300毫升0.5MNaOH，200毫升0.5，1.0，1.5，2.0和3.0%的用6 M NaOH 調節(jié)pH值為11.5的過氧化氫，200毫升2.0 M NaOH，在55條件下處理2小時。經(jīng)過上述處理，不溶性殘渣通過過濾收集，用蒸餾水洗滌直到濾液的pH值呈中性，然后在60干燥。用6M HCl調整每個濾液的pH值到5.5，然后減壓濃縮至約30毫升。接

11、著，通過將濃縮后的清液倒入120毫升95%乙醇，析出的半纖維素被沉淀出來。形成的沉淀通過過濾收集，用70%酸化乙醇洗滌后風干。從蔗渣中分餾半纖維素的流程圖如圖1，半纖維素的得率以初始的蔗渣干重為基準給出。所有實驗都至少重復過一次。相對標準偏差，即由均值確定的標準偏差，小于3.8%。2.3 化學分析經(jīng)過2 M三氟乙酸在120下水解2h，分離得到的半纖維素通過用氣相色譜法測定其醛醇-醋酸鹽衍生物，確定了其中的中性糖組分(Blakeney, Harris, Henry, & Stone, 1983)。通過添加含有2% NaBH4（硼氫化鈉）的5 M NH3，多糖轉變相應的醛醇。濃縮在40下進

12、行90分鐘。然后，過量的硼氫化鈉通過加入0.1毫升冰醋酸除去。然后，以1-甲基咪唑（0.2毫升）作為催化劑，用醋酸酐（2毫升，室溫下10分鐘）使其乙?；?。用5毫升去離子水終止乙?；阴；娜┐加枚燃淄椋?1.0毫升）和水分離。經(jīng)過相分離，液體下面的部分用巴斯德吸管轉移，并儲存在1毫升的隔蓋小瓶中置于-20條件下，以備后面的分析。糖醛酸含量用自動化的間-羥基二苯比色法測定(Blumenkrantz & Asboe-Hansen，1973）。半纖維素分子量的測量方法在以前的一篇文獻中有描述（Lawther, Sun, & Banks, 1995）。從堿性硝基苯氧化的連接在半纖維

13、素組分中的木質素中釋放的酚酸類物質和醛類化合物的化學成分，在一個尺寸為250×4.6平方毫米的Hichrom H5ODS高效液相色譜法柱（購自Phenomenex有限公司，北京）上鑒定。通過計算機在280納米處探測，并與已知的酚類物質比較保留時間和峰面積，考察其中的單個組分。Klason木質素在半纖維素樣品中的含量根據(jù)Tappi方法T 249 cm-85（Lignin in wood, 1994）測定。傅立葉變換紅外光譜分析在一臺傅立葉變換紅外光譜儀（尼科爾750）上進行，波數(shù)為32cm-1，用含有1%的試樣的精細粉末的溴化鉀片。溶液狀態(tài)的1H和13C核磁共振波譜是使用Bruker

14、MSL-300波譜儀在300和74.5兆赫下獲得的。1H核磁共振波譜是將20毫克樣品溶解于1.0 ml D2O在25條件下獲得的。13C核磁共振波譜是將80毫克樣品溶解于1.0 ml D2O在25條件下在30，000掃描后獲得的。掃描時使用60°的脈沖翻轉角，3.9s的脈沖寬度和0.85s的延遲時間。半纖維素的熱穩(wěn)定性用熱重分析（TGA）和差示掃描量熱法（DSC），在一個同步熱分析儀（NETZSCH STA-409）上進行。儀器持續(xù)通過氮氣。樣品重在10和13毫克之間，溫度以10/min的速度由室溫升至600。3 結果與討論3.1 相對得率堿性條件下半纖維素的提取，實際上涉及到酯鍵連

15、接的堿性水解，以從木質纖維素網(wǎng)絡中釋放半纖維素，然后把它們提取到水介質中。然而，植物細胞壁中半纖維素組分的釋放受到木質素網(wǎng)絡以及木質素-半纖維素的酯鍵和醚鍵連接的存在的限制。此外，細胞壁多糖的單元之間廣泛的氫鍵連接可能阻礙半纖維素的分離（Ebringerova´ & Heinze，2000）。值得一提的是，如前所述，用堿性過氧化氫處理木質纖維材料，由堿性過氧化氫分解所產(chǎn)生的過氧化氫自由基和氫氧自由基不僅導致木質素的大量降解，對半纖維素溶出也具有重大意義（Fang et al., 1999）。從表1中可以看出，脫蠟蔗渣連續(xù)經(jīng)過蒸餾水，0.5 M NaOH，pH值為11.5、濃度

16、為0.5、1.0、1.5、2.0、3.0%的H2O2，以及2.0M NaOH在55下抽提2h，釋放了4.1，12.0，3.8，1.4，2.5，1.0，0.9和4.6%的半纖維素（%初始干原料），分別相應的溶解了12.2，35.8，11.3，4.2，7.5，3.0，2.7和13.7%的原來的半纖維素。與此同時，連續(xù)處理也溶解了0.5，9.5，2.7，0.6，1.0，0.9，0.5和0.4%的木質素（%初始干原料），分別相應的釋放了2.8，52.5，14.9，3.3，5.5，5.0，2.8，和2.2%的原木質素。很明顯，8種半纖維素組分的總得率占蔗渣細胞壁的原來的半纖維素的90.4%，這表明，隨著

17、氫氧化鈉和堿性過氧化氫濃度在相應條件下從0.5%增加到3.0%，絕大多數(shù)的半纖維素被提取出來。結果也表明，對蔗渣的這種連續(xù)提取是非常有效的，最高提取得率是用0.5M NaOH (12.0%，w/w)獲得的，由以下可知：初始用0.5 M NaOH提取所釋放的半纖維素占得到的半纖維素總量的35.8%，這說明半纖維素提取具有選擇性。在另一方面，2.0和3.0%的過氧化氫提取結果得率分別只有1.0和0.9% ，占蔗渣中半纖維素的3.0和2.7%。顯然，部分半纖維素松散地結合在細胞壁內(nèi)部，而另外大部分的半纖維素是牢牢地嵌入在細胞壁的。由此可以推測，半纖維素這種可提取性的差異，是由于細胞壁中這些多糖的不同

18、的功能所導致的。3.2 中性糖及糖醛酸的含量為了表征可溶性半纖維素，8個抽提物被水解，以確定糖的成分，結果給出在表2。水提取物（ws1）的主要單糖是木糖（55.2%），以一種阿拉伯木聚糖為特征。來自可溶性半纖維素和分解的淀粉的葡萄糖（20.4%）是第二主要的糖成分。此外，糖醛酸（7.0 %）和鼠李糖（1.8 %）含量相對較高，這說明水提取物中有少量的果膠物質。已經(jīng)知道，堿被證明是從次生細胞壁中提取大多數(shù)可得到的半纖維素非常有效的，提取過程用0.5M NaOH進行。這種濃度提取了半纖維素總量的35.8%（AS1），且阿拉伯醛糖取代程度相對較低（木糖/阿拉伯糖（6.8:1）的比例）。葡萄糖（4.0

19、%），糖醛酸（3.5%），半乳糖（1.8%），甘露糖（0.5%）和鼠李糖（0.5%）作為次要組分被檢測到。用0.5，1.0，1.5，2.0和3.0%過氧化氫連續(xù)處理提取的半纖維素，阿拉伯糖基arabino（葡糖糖基glucurono）木聚糖類型含量豐富，按照糖（含量）的順序（從高到低）如下：木糖（68.6%-76.6%） ，阿拉伯醛糖（12.8%-15.6%），葡萄糖（7.4%-13.1%） ，糖醛酸（3.5%4.8%） ，半乳糖（1.9%-3.0 %） ，鼠李糖（微量1.1%） ，和甘露糖（微量0.3% ） 。應該指出的是，隨著堿性過氧化氫濃度從0.5增加至3.0 %，半纖維素提取物中葡萄糖

20、含量增加，部分原因是在該條件下蔗渣纖維素的降解。在我們以往的研究用堿性過氧化氫處理稻草過程中，類似的現(xiàn)象已報道過（Sun,Tomkinson, Ma,& Liang, 2000）。數(shù)據(jù)顯示，在類似的堿性條件，但沒有過氧化氫時，對稻草作堿抽提處理，結果只有2.5%的纖維素降解。而用堿性過氧化氫作過氧化氫濃度從0.5增加至5.0%的連續(xù)處理，導致了9.8%-17.8%的原纖維素溶解。 表2還顯示，用2.0M NaOH的最后處理，導致了13.7% 的原半纖維素釋放。此提取物（AS2）與0.5 M NaOH提取物(AS1)有類似的糖成分，主要由木糖（85.0%）和阿拉伯糖（8.7%）組成。根據(jù)

21、單糖組成，這個最后的提取物主要由阿拉伯木聚糖組成。隨著提取強度從0.5增加至2.0 M NaOH，兩個堿提取物中的阿拉伯糖/木糖比從0.15 (AS1) 減少至0.10 (AS2)，這表明阿拉伯醛糖含量豐富的半纖維素比較容易提取。這表明，提取物AS2中的阿拉伯木聚糖的支鏈化程度降低了。而且，AS2中的糖醛酸和鼠李糖含量也下降了，這表明，含有取代程度高的側鏈的木聚糖有較好的堿溶性，而且與纖維素的結合沒那么緊密，相對的，側鏈少的分子堿溶性不好，且與纖維素結合的更加緊密。該結果與對烤過的綠色Arabica咖啡豆中的多糖的研究結果相一致(Oosterveld, Harmsen, Voragen, &a

22、mp; Schols, 2003)。作者指出，阿拉伯半乳聚糖的支鏈化程度隨著抽提強度的增加而減少。3.3 結合木質素和其成分酚酸類物質和醛類化合物的含量為了驗證木質素和酚類物質組分的含量，對被分離的8半纖維素物質進行硝基苯氧化，從結合木質素中釋放的酚酸類物質和醛類化合物在表3給出了。顯然，相對于水溶性半纖維素中的木質素含量（9.6%） ，其他 7種用堿或堿性過氧化氫分離的半纖維素物質，結合木質素含量相對低得多（0.5%-5.1 %）。在堿或堿性過氧化氫濃度相對較高時獲得的半纖維素尤其是如此。當堿濃度從0.5增加至2.0M，過氧化氫的百分比從0.5%增加至3.0%，分別導致木質素含量由5.1減少

23、至0.5%和3.8減少至0.8%，這表明濃度高的堿和堿性過氧化氫處理，對蔗渣中木素和半纖維素之間-酯鍵的斷裂有更積極的作用。這再次表明了，連續(xù)的堿和堿性過氧化氫處理是一種有效的提取具有相對較低含量的結合木質素的半纖維素的方法。堿性硝基苯氧化的主要產(chǎn)物，被確定為香蘭素和紫丁香醛，它們分別占總的酚酸類物質和醛類化合物的%和%。這表明，在半纖維素提取物中的結合木質素含有大致相等數(shù)量的非濃縮guaiacyl和syringyl單元（non-condensed guaiacyl and syringyl units）。大量的對羥基苯甲醛和乙酰丁香酮，及微量對羥基苯甲酸、香草酸、丁香酸、乙酰香蘭酮、阿魏酸，

24、和對香豆酸亦被發(fā)現(xiàn)在出現(xiàn)在硝基苯氧化混合物中。蔗渣細胞壁中存在阿魏酸和對-香豆酸酸，這早在對木質素半纖維素復合體中含有羥基桂皮酸的研究時，就已由Kato, Azuma, and Koshijima (1987)報道過。作者已證明，阿魏酸和對香豆酸與蔗渣細胞壁的半纖維素和木質素分別酯化。進一步研究發(fā)現(xiàn)，蔗渣半纖維素中阿魏酸的結點完全是O- 5連接的L-阿拉伯呋喃糖基，它通過O-3連接到（1 4）-連接的D -木聚糖的主鏈(Kato et al., 1987)。3.4 分子量最近，在研究小麥面粉阿拉伯木聚糖分子量的基礎上，Dervilly-Pinel, Thibault, 和Saulnier (2

25、000)指出，水溶性阿拉伯木聚糖鏈是半剛性的。此特征可讓這些半纖維素在溶液中采取卷曲構象。因此，該高分子的流體力學體積依賴于溶劑的特點。此外，由空間排阻色譜法得出的spelts燕麥木聚糖分子量的結果表明，木聚糖分子量隨著半纖維素溶液堿濃度和淋洗液的pH值增加而增加，而木聚糖和NaCl濃度則對鑒定無顯著影響(Sarbu et al., 2003)。在這項研究中，8種半纖維素物質的重均分子量（Mw）通過GPC用PL aquagel-OH 50柱鑒定。半纖維素被溶解在含有0.02N NaCl的0.005M磷酸鈉緩沖液中，pH值7.5，濃度為0.1%。洗脫液為含有0.02N NaCl的0.005M磷酸

26、鈉緩沖液，pH值7.5。表4列出了8種半纖維提取物的重均分子量（Mw）、數(shù)均分子量（Mn）和分散系數(shù)（Mw/ Mn）。顯然，相對于Mw從18,960到 45,370 g/mol的兩種堿溶半纖維素組分和5種堿性過氧化氫半纖維素制備物，水溶性半纖維素組分的聚合度低得多，Mw為7380 g/mol。這表明，第一次用蒸餾水處理脫蠟蔗渣，在沒有堿或過氧化氫情況下，溶解了小分子的半纖維素。換句話說，這表示，堿或堿性過氧化氫提取釋放的半纖維素分子量比單獨使用蒸餾水要高。如表4所示，接下來的0.5 M NaOH處理優(yōu)先釋放了Mw值為45,370 g/mol的大分子半纖維素。有趣的是，如表4所示的數(shù)據(jù)，堿性過氧

27、化氫濃度從0.5增加至2.0 %，導致了Mw值從34,070 增加至38,890 g/mol，大分子的半纖維素的溶解隨著過氧化氫濃度上升到2.0 %而增加。另一方面，由于過氧化氫濃度進一步增加，從2.0至3.0 % ，Mw顯著下降，從38,890到23,340 g/mol，這意味著，在用3.0% H2O2處理時，半纖維素發(fā)生了降解。同樣地，最后的2.0 M NaOH處理，導致半纖維素聚合物進一步的降解，Mw值低很多，為18,960 g/mol。很顯然，分子量較低的多糖比較容易提取，在溫和的提取條件如水處理即釋放。此外，這些數(shù)據(jù)表明，在較高的提取強度下，例如3.0% H2O2 和 2.0 M N

28、aOH處理，取物的半纖維素分子量較低，這可能是由于這些多糖的降解引起的。此外，該數(shù)據(jù)還表明，水溶性半纖維素的分子量分布更窄，相應的分散系數(shù)為1.5，相對的，堿和堿性過氧化氫可溶性半纖維素提取物有更廣的摩爾質量分布，其分散系數(shù)在4.4和8.1之間。3.5 傅立葉變換紅外光譜對紅外光譜數(shù)據(jù)的分析表明，所有八種半纖維素提取物的半纖維素基元都有典型的信號圖像為表示，且在12001000 cm-1區(qū)域有特征波峰。圖2給出了溶在蒸餾水（譜1）和0.5 M NaOH溶液（譜2 ）中的半纖維素提取物的傅立葉變換紅外光譜。光譜以C O，C -C ， C OH和C O - c在1049 cm-1 處的拉伸和彎曲振

29、動為主。1175和1000cm-1之間的波是典型的木聚糖的波。很明顯，阿拉伯醛糖arabinosyl側鏈的存在被兩個在1175和990 cm-1處的低強度吸收肩記錄下來，它們僅連接在吡喃式木糖單元處，這個已有報道(Sun & Tomkinson, 2002)。建議以這兩個波段的強度變化來反映阿拉伯糖基取代的貢獻，因此可以用來確定阿拉伯木聚糖結構。這是因為，這個波段給出的各種各樣的波譜的形狀是由O-2和O-3位的枝鏈決定的。有報道，隨著枝鏈數(shù)增加，在1175-990 cm-1處（波譜）強度逐漸發(fā)生減弱(Kacurakova´, Belton, Wilson, Hirsch, &

30、amp; Ebringerova´, 1998)。在羰基伸展區(qū)中，除了由于水在1640 cm-1處的吸收引起的信號加強，水溶性半纖維素組分的一個在1740 cm-1處的小波峰（譜1）代表了多糖中的乙酰酯、糖醛酯、阿魏酯等，而0.5 M NaOH可溶性半纖維素組分在波譜中沒有這個信號，這表明，在一定條件下的堿處理是這些酯鍵從半纖維素中完全斷裂。譜1中由于C-1組振動或環(huán)振動引起的吸收肩和在903 cm-1處的尖銳吸收峰，是糖單位之間-型糖苷鍵連接的表征（Fang et al., 1999）。由于- CH2的伸縮振動引起的波峰，在1467和1434 cm-1處被觀察到。在1387，133

31、4和1262cm-1處的波峰是源自C-H，OH，或-CH2的彎曲振動。C-H的伸縮振動在2926cm-14處有信號。在3443cm-1附近的突出峰代表了有氫鍵連接的半纖維素和水的羥基的伸縮振動。在1520cm-1處，譜1中的加強信號和譜2中的吸收肩的產(chǎn)生，無疑是由于在半纖維素中有少量結合木質素的存在，這與堿性硝基苯氧化和klasson木素的鑒定結果相符合。圖3顯示了由0.5%（譜1），1.5% （譜2）和2.0%（譜3）過氧化氫，2.0 M NaOH（譜4）處理所釋放的半纖維素組分的傅立葉變換紅外光譜。最明顯的特征是光譜很相似，這表明了半纖維素的結構很類似。正如預料的一樣，四個譜在1720cm

32、-1附近都沒有由羰基伸展產(chǎn)生的信號，這表明，在一定條件下用堿性過氧化氫和堿的連續(xù)處理，沒有顯著地攻擊或氧化半纖維素的糖苷鍵和羥基。光譜中在3443， 2926，1474，1434，1394，1268，1169，1096，1043，990，897cm-1處的在吸光度都與半纖維素有關。所有光譜在1633cm-1處都有一個強烈的與水有關的吸光度。在1514cm-1處，與木質素有關的吸光度在譜13中較弱，在譜4中特別的弱。這與分離的半纖維素組分中的結合木素含量是一致的。3.6 1H和13C核磁共振波譜 用0.5% H2O2分離的半纖維素的1H和13C核磁共振波譜在D2O中測定。圖4顯示了用0.5% H

33、2O2在pH值為11.5時從經(jīng)過0.5M NaOH處理的甘蔗渣中分離的半纖維素的核磁共振波譜?？梢钥闯?，譜圖給出了所期望的半纖維素單元的典型的信號。在3.0-4.2 ppm處的化學位移是源于半纖維素的乙?；療o水木糖單元的赤道質子和其他質子。少量乙酰基和4-O-甲基-D-葡萄糖醛酸的甲基質子分別在1.7和處有弱吸收峰。-D-阿拉伯呋喃糖基末端產(chǎn)生的anomeric質子出現(xiàn)在5.0 ppm處（Teleman, Lundqvist, Tjerneld, & Stalbrand, 2000）。在4.6 ppm處的一個強信號是由殘留的溶劑引起的（HDO）。用0.5%過氧化氫在pH值為11.5分離

34、的半維素提取物給出了一個復雜的的碳-13核磁共振波譜。（圖5）。大部分的主要共振根據(jù)參考文獻的數(shù)據(jù)來解釋(Gabrielli et al., 2000; Imamura, Watanabe, Kuwahara, & Koshijima, 1994; Sun et al., 1996)。主要的1,4連接的-D-木糖單元很顯然的由在99.5，73.2，72.0，70.5，60.6 ppm處的五個強信號表征，這是分別由-D-木糖單元的C - 1，C 4，C 3，C 2，和C 5引起的。在106.7，83.7，77.5，75.7，57.8 ppm處的信號分別表征了連接在-D-木聚糖上的- L-

35、阿拉伯呋喃糖基的C 1，C 4，C 2，C - 3 ，C - 5。在59.0 ppm處的一個加強信號是由木聚糖中的葡萄糖醛酸基的4-O-甲氧基引起的。糖醛酸中的羰基共振對174.2 ppm處的信號有貢獻，這個信號表征了甲基糖醛酸中的C-6。半纖維素中的4-O-葡萄糖醛酸基的C - 4和C - 5分別在79.8和69.0 ppm處產(chǎn)生信號。在14.2 ppm處的信號涉及ArCOCH3中的CH3，這表征了結合木質素。經(jīng)0.5% H2O2處理后釋放的甲氧基也在56.8 ppm處產(chǎn)生了一個信號，這證明了木質素碎片的存在。在170.4 ppm處的一個小信號代表了在分離出來的的半纖維素中的酯化阿魏酸或對香

36、豆酸中的羰基信息（CH2COO-）。這個結果正好與Kato等人（1987）的發(fā)現(xiàn)相符。他們指出，阿魏酸是連接在L-阿拉伯呋喃糖基的C-5上，而L-阿拉伯呋喃糖基連接在（14）-連接的D -木聚糖主鏈的C-3上。簡而言之，這些結果意味著，該半纖維素提取物可以從結構上定義為含有少量結合木質素和羥基苯乙烯酸酯的L-阿拉伯糖基-（4-O-甲基-D-葡萄糖基）-D-木聚糖。3.7 熱分析圖6顯示了用1.0% H2O2(圖6(a)和2.0M NaOH (圖6(b)分離的半纖維素提取物的熱重。如圖所示，兩種半纖維素提取物分別在高達214和196還是穩(wěn)定的。超過這些溫度，熱降解發(fā)生了。類似的，兩種聚合物樣品失

37、重50.0%的分解溫度分別出現(xiàn)在324和290。這些數(shù)據(jù)表明，用1.0% H2O2分離的半纖維素提取物，比用2.0 M NaOH萃取的提取物更穩(wěn)定，這與表4中它們的分子量從34330到18960 g/mol的降低趨勢相一致。兩種提取物的有DSC曲線沒有顯著差異。由于分子內(nèi)相互作用的瓦解和聚合物的分解，它們兩個（提取物）都在約500處有一個大的放熱峰。正如上面所討論，用堿和堿性過氧化氫對脫蠟蔗渣的連續(xù)處理對半纖維素的提取是非常有效的，通過這個過程，蔗渣細胞壁中超過90.4%的原半纖維素和總木質素的89.0%被釋放出來。被分離的其他7種半纖維素提取物的木質素含量非常低（0.5%-5.1%）證實了這

38、一點。在用2.0，3.0% H2O2 和2.0 M NaOH提取半纖維素是尤其是如此，提取物的木質素含量低于2%。此外，用堿而沒有加過氧化氫釋放的半纖維素，枝鏈化程度比使用堿性過氧化氫作為提取介質溶解的半纖維素低。這表明，蔗渣細胞壁中的半纖維素具有多樣性，他們的支鏈化程度和分子量可能不同?；谔欠治龊?H和13C NMR譜的研究，用0.5% H2O2分離的半纖維素提取物可以從結構上定義為L-阿拉伯糖基-（4-O-甲基-D-葡萄糖基）-D-木聚糖。另一方面，用這些連續(xù)的堿和堿性過氧化氫處理提取另外10%的原半纖維素的難度表明，蔗渣細胞壁中的大部分半纖維素較暴露，少量的與纖維素強烈的結合在一起。還

39、發(fā)現(xiàn)，半纖維素聚合物的降解反應發(fā)生在較強的提取強度，如3.0% H2O2 和2.0 M NaOH。致謝作者感謝這項研究的財政支持：中國國家自然科學基金委員會（編號30271061和30025036）和廣東省自然科學基金（編號013034和36567）。參考文獻Blakeney, A. B., Harris, P. J., Henry, R. J., & Stone, B. A. (1983). A simple and rapid preparation of alditol acetates for monosaccharide analysis. Carbohydrate Rese

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