木质素的化学结构及其应用_陶用珍.pdf

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1、第11卷第1期纤维素科学与技术Vol.11No.12003年3月JournalofCelluloseScienceandTechnologyMar.2003文章编号：1004-8405（2003）01-0042-14●综述评论●*木质素的化学结构及其应用11,2陶用珍管映亭（1西安工程科技学院纺织学院西安710048）（2西安交通大学金属材料强度国家重点实验室西安710049）文摘：综述了木质素分子结构的研究成果，认为木质素具有分散性、粘合性、络合性、表面活性、迟效性、抗癌性、抗诱变性等，探讨了它们在工业、农业、医药方面的广泛应用。关键词：木质素；分子结构；化学性能；综合应用+中图分类

2、号：O636.2;TQ351.377文献标识码：A在地球上，除苔藓和菌类外，一切植物都含有木质素。它是一种量大而又可再生的有机资源。再过几十年或稍长一点时间，石化资源枯竭了，它将成为有机化合物（特别是芳香族化合物）的主要来源之一。目前，在国外木质素已广泛应用于数十个部门，制造出许多产品。在我国，木质素的开发利用刚刚起步，制造出的产品屈指可数。木质素的结构复杂，不能用简单的语言表达，只能说木质素是一种具有芳香族特性，其结构单元为苯丙烷型的，非结晶性的，三维高分子网状化合物。按照植物种类不同，木质素可分为针叶材、阔叶材和草本植物木质素三大类。针叶材木质素主要由愈创木基丙烷单元所构成，阔叶材

3、木质素主要由愈创木基丙烷单元和紫丁香基丙烷的结构所构成，草本植物木质素主要由愈创木基丙烷单元和紫丁香基丙烷单元及对羟基苯丙烷单元所构成。这些单元的结[1]构如下所示。CCCCCCCCCOMeHCOOMe3OHOHOH愈创木基丙烷单元紫丁香基丙烷单元对羟基苯丙烷单元1木质素的分子结构1.1植物中木质素的存在状态[2]木质素是由苯丙烷单元，通过醚键和碳－碳键连接的复杂的无定型高聚物。一般说来，收稿日期：2002-06-10作者简介：陶用珍（1977~），女，硕士。主要从事木质素降解酶的分离与纯化以及影响木质素酶分泌因素的研究。第1期陶用珍等：木质素的化学结构及其应用43木质素在植物结构中的

4、分布是有一定的规律的：胞间层的木质素浓度最高，细胞内部浓度则减小，次生壁内层又增高。如用紫外显微分光法测定花旗松的胞间层木质素为60%~90%；[3]细胞腔附近为10%~20%。必须指出，胞间层的木质素浓度虽高，但宽度窄而容积小，因而胞间层的木质素对全部木质素的比例，春材为28%，秋材为18%。木质素和半纤维素一起作为细胞间质时，填充在细胞壁的微细纤维之间，加固木化组织的细胞壁；当木质素存在[4]于细胞间层时，把相邻的细胞粘接在一起，如图1所示，木质化的细胞壁能阻止微生物的攻击，增加茎干的抗压强度。木质化能减小细胞壁的透水性，对植物中输导水分的组织也很重要。纤维壁木素溶解的木素大分子纤

5、维图1木质素存在状态示意图[5]货新强等人利用紫外光显微镜、透射电子显微镜结合免疫胶体金标记，研究了杜仲次生木质部分化过程中木质素与半纤维素组分（木葡聚糖和木聚糖）在细胞壁分布的动态变化。结论是：在形成层及细胞伸展区域，细胞壁具有木葡聚糖的分布，而没有木聚糖和木质素沉积。随着次生壁S1层的形成，木质素出现在细胞角隅和胞间层，木聚糖开始出现在S1层中。此时木葡聚糖则分布在初生壁和胞间层。随着次生壁S2层和S3层的形成和加厚，木质素逐步由细胞角隅和胞间层扩展到S1、S2和S3层，其沉积呈现出不均匀的块状和片状沉积模式。在次生壁各层形成与其木质化的同时，木聚糖逐渐分布于整个次生壁中，而木葡聚

6、糖乃局限分布于初生壁和胞间层。结果表明，随着细胞次生壁的形成与木质化，细胞壁结构发生较大变化。细胞壁的不同区域，如细胞角隅、胞间层、初生壁和次生壁各层，具有不同的半纤维素组成，其与木质素等细胞壁组分结合共同构成不同的细胞壁分子结构。1.2木质素的分离和提取[6]从植物纤维原料中，分离木质素的方法大体有两类：一类是将植物中木质素以外的成分溶解除去，木质素作为不溶性成分被过滤分离出来；另一类是正好相反，木质素作为可溶性成分，将植物体中的木质素溶解而纤维素等其它成分不溶解进行的分离，如表1所示。作为前一类分离方法的典型例子，是木材的酸水解，纤维素被水解成葡萄糖，木质素作为水解残渣被分离。木材

7、水解，可用65%~72%的硫酸或42%的盐酸，前者得到的叫硫酸木质素，后者得到的叫盐酸木质素，总称木材水解木质素或酸木质素。此外，还有用硫酸和氧化铜氨溶液的分离法和用高碘酸钠溶液的分离法等几种。44纤维素科学与技术第11卷表1木质素分离方法及其特征分离方法木质素名称特征硫酸木质素化学变化大将木质素以外的成分溶解盐酸木质素除去，木质素作为不溶性成分氧化铜氨木质素发生化学变化高碘酸木质素木质素磺酸盐碱木质素发生化学变化，使用无机试硫木质素剂的分离方