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1、蔗渣半纤维素的分级萃取和结构表征J.X.Sun,X.F.Sun,R.C.Sun,Y.Q.Su摘要：依次用蒸馏水，0.5M的NaOH溶液，pH值为11.5的0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和3.0%的过氧化氢在，和2.0MNaOH溶液在55℃下提取2小时。蔗渣细胞壁中超过90%的原始半纤维素在，同时，连续处理也溶出了89.0%的原始木质素。利用糖分分析、木质素硝基苯氧化、分子量测定，傅里叶变换红外光谱，1H和13C核磁共振光谱和热分析对8种半纤维素的化学组分、物理化学性质及结构进行了阐述。结果表明，依次
2、提取对蔗渣半纤维素的分馏非常有效，而提取强度，如碱和过氧化氢浓度，对半纤维素的化学和结构特征有很大影响，例如连接的木质素的含量及分子量等。用0.5%过氧化氢在55℃、pH11.5时作用2h得到的半纤维素是以β-(1→4)连接的木糖为主链、同时侧链上含有呋喃阿拉伯糖基和4-O甲基吡喃葡萄糖基团。阿魏酸和对香豆酸以酯化的形式与半纤维素连接。关键词：蔗渣；半纤维素；分馏；碱性过氧化氢；粘结木素；13C核磁共振。1前言甘蔗渣是一种糖和酒精工业产生的大量的残留物。一般来说，1吨甘蔗产生280千克蔗渣，这些纤维副产物是
3、甘蔗经过糖提取后留下来的。全世界每年产生约5400万吨蔗渣(Rodrigues,Felipe,Sil,&Vitolo,2003;Rowell&Keany,1991)。这些产物的形态具有很大的非均质性。它由纤维束和其他结构部件如导管，薄壁细胞和上皮细胞组成。（Sanjuan,Anzaldo,Vargas,Turrado,&Patt,2001）。从化学上来说，干残留物约有40-50%是葡萄糖聚合体纤维素，其中的大部分是晶体结构。另外25-35%是半纤维素，一种通常由木糖，阿拉伯糖，半乳糖，葡萄糖和甘露糖组成的非
4、晶聚合物。其余的大多是木质素，加上少量矿物质，蜡，及其他化合物（Jacobsen&Wyman,2002）。农业-工业残留物在制浆过程中和其他化学品生产上的应用，一方面提供了可替代的底物，并在另一方面有利于帮助解决由残余物处理可能导致的污染问题。在细胞壁中出现的半纤维素是杂聚糖。木聚糖是在陆生植物细胞壁中发现的最丰富的半纤维素，它们可以占30%以上的干重（Linder,Bergman,Bodin,&Gatenholm,2003）。谷物秸秆中的木聚糖的特点是：β-（1→4）-D-木糖主链，阿拉伯糖醛酸、葡萄糖醛
5、酸及乙酰基取代可以连接在吡喃式木糖基的C-2和C-3的两个自由羟基上（puls,1997）。举例来说，麦秸半纤维素被证实为（1→4）连接的β-D-木聚糖，它与D-吡喃式葡萄糖醛酸或（4-O-甲基-α-吡喃式葡萄糖醛酸）基团在2号位连接的，与L-阿拉伯呋喃糖和D-吡喃式木糖基团在3号位连接。在主链上，每26个D-吡喃木糖基有一个糖醛酸单元，而每13个这样的D-吡喃木糖基有一个L-吡喃式阿拉伯糖基，且每18个这样的D-吡喃木糖基有一个D-吡喃木糖基（Sun,Lawther,&Banks,1996）。针叶木主要的
6、木聚糖是阿拉伯糖基-4-O-甲基葡糖醛酸木聚糖，而阔叶木中则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）。换言之，这些糖基可直接连接到主链或连接在一个侧链（Verbruggen,Beldman,&14Voragen,1998）。因此，由于聚-D-吡喃式木糖主链不同的聚合度，取代度，侧链数，以及侧链长度，使得聚木糖多种多样。这种复杂和多元化的结构直接影响了半纤维素的性质（Sarbu,Goncalves,&Pinho,2003）。近年来，半纤维素作为化学聚合物和药物上的应
7、用，例如生产阳离子生物大分子（Ebringerova´,Hroma´dhova´,kacura´kova´,&Antal,1994），水凝胶（Gabrielli&Gatenholm,1998;Gabrielli,Gatenholm,Glasser,Jain,&Kenne,2000;Lindblad,Ranucci,&Albertsson,2001）和长链烷基酯类衍生物（Fang,Sun,Fowler,Tommkinson,&Hill,1999），引起了人们极大的兴趣。然而，蔗渣半纤维素在这个领域被研究的很少
8、。我们实验室的目的是要使用一种环境友好的程序，发展一种大规模提取浅色谷物秸秆半纤维素组分的商业过程。根据我们最近10年对半纤维素的研究，我们发现，碱性过氧化氢是一种脱木素和从秸秆和草脱解半纤维素都很有效的试剂。被普遍接受的是，在碱性介质中形成的过氧氢根阴离子（HOO-），是过氧化氢漂白系统中主要的活性物质。但是，过氧化氢在碱性条件是不稳定的，易于分解成氢氧自由基（HO·）和超氧阴离子自由基（O2-·）。在有某些过
