一种高效分离木材细胞壁中木质素的方法技术

本发明专利技术涉及一种高效分离木材细胞壁中木质素的方法，截取树干中部木材，研磨到40～60目的粉末，放进索氏抽提器，将甲苯和乙醇以2：1的体积比混合形成的苯醇抽提液进行抽提，在90℃连续抽提6～8小时；将抽提产物采用行星球磨仪球磨一次后，用纤维素水解酶酶解得到酶解残渣；将酶解后的残渣进行冷冻干燥，取出后采用行星球磨仪进行二次球磨；再次采用纤维素水解酶进行酶解以去除残渣中剩余的碳水化合物，最终得到纯净的木质素组分。本发明专利技术能够获得得率超高、纯度高的残渣木质素，并且能够为全面定量地研究生物质木质素的精细结构提供基础，有助于理解木材细胞壁中全部木质素的结构特点，同时本发明专利技术的方法对其他类型木质纤维生物质原料分离具有普适性。

【技术实现步骤摘要】
一种高效分离木材细胞壁中木质素的方法
本专利技术涉及木材组分分析领域，特别是涉及一种高效分离木材细胞壁中木质素的方法。
技术介绍
木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素通过复杂的连接方式及大分子结构空间分布共同组成，三者占到总细胞壁含量的90％以上，其中纤维素是由葡萄糖以β-1-4糖苷键聚合而成的线性聚合物，分子内及分子间具有很强的氢键，具有一定的结晶度；半纤维素是由木糖及其他糖基聚合而成的具有一定分支度的复杂聚合物；纤维素和半纤维素经过糖化和发酵转化为乙醇。木质素则是由苯丙烷基聚合而成的大分子，以化学键与半纤维素相连。提高纤维素的利用效率是木材进一步加工处理的主要问题，但由于木质素包在纤维素和半纤维素的外面，这种与纤维素的紧密结合和对其保护作用，阻碍了所添加纤维素水解酶与其底物的接触，进而影响纤维素糖转化及酶解效率。要高效分离木质素，同时避免木质素在分离过程中结构遭到破坏，就必须在木质素在细胞壁中高效分离方法上有所突破。细胞壁主要是由胞间层，初生壁和次生壁三个部分组成，由于细胞各部位的木质化先后不同，各部位木质素的分子结构形式也会有所不同，能否解决该问题将影响到木材的进一步高效选择转化，如影响制浆时脱木质素和预处理(物理，化学和生物预处理)中的木质素移除顺序和含量。因此，研究细胞壁中木质素逐级高效分离的方法，是木材科学领域的一个重要科学问题，目前急需选择合适并且可行的方法高效脱除木质素，以为木质纤维素应用研究提供理论保障。目前，研究木材细胞壁中木质素脱除的方法主要有碱析法，酸沉淀法、二氧六环提取法等。这些方法在木质素的提取方面起到了较大的进展，但是均具有一定的局限性，如得率较低、木质素结构会有一定程度的破坏、重现性差等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述问题，提供一种得率超高、结构破坏小，可以对木材细胞壁中木质素进行高效逐级分离的方法。为实现上述目的，本专利技术提供了一种高效分离木材细胞壁中木质素的方法，所述方法包括如下步骤：A、截取树干中部木材，研磨到40～60目的粉末，放进索氏抽提器，将甲苯和乙醇以2：1的体积比混合形成的苯醇抽提液进行抽提，在90℃连续抽提6～8小时；B、将抽提产物采用行星球磨仪球磨一次后，用纤维素水解酶酶解得到酶解残渣；C、将步骤B中酶解后的残渣进行冷冻干燥，取出后采用行星球磨仪进行二次球磨；D、再次采用纤维素水解酶进行酶解以去除残渣中剩余的碳水化合物，水洗去除酶并冻干，最终得到纯净的木质素组分。优选地，步骤B和步骤D中酶解所用的纤维素水解酶包括纤维素酶、半纤维素酶以及β-葡萄糖苷酶，可将纤维素降解为可发酵糖，纤维素水解酶的浓度为1g木材对应50fpu纤维素水解酶。优选地，步骤B和步骤D中酶解在Ph＝4.8醋酸钠缓冲液中进行，温度为48～50℃，连续处理两次，每次24小时。优选地，在所述步骤B和步骤C中，球磨总时间为10小时，且每磨30分钟后停止球磨10分钟，再进行球磨30分钟并依次循环，将木材球磨成635目的粉末后再进行纤维素水解酶酶解。基于上述技术方案，本专利技术的优点是：本专利技术的高效分离木材细胞壁中木质素的方法通过两次球磨和两次酶解，球磨一次后酶解去除残渣中粗木质素中大部分碳水化合物，再将一次酶解残渣进行球磨，进一步降低一次酶解残渣的结晶度，再次采用纤维素水解酶进行水解，去除残渣中剩余的碳水化合物，得到纯净的木质素组分。本专利技术能够获得得率超高、纯度高的残渣木质素，可以作为一种代表性的原本木质素分离方法，并且能够为全面定量地研究生物质木质素的精细结构提供基础，有助于理解木材细胞壁中全部木质素的结构特点，同时本专利技术的方法对其他类型木质纤维生物质原料分离具有普适性。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为高效分离木材细胞壁中木质素的方法流程图。具体实施方式下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。本专利技术提供了一种高效分离木材细胞壁中木质素的方法。如图1所示，其中示出了本专利技术的一种优选实施方式。为了对木质素从方法上进行高效分离，本专利技术提出两次球磨和两次酶解，球磨一次后酶解去除大部分碳水化合物，再将一次酶解残渣进行球磨，进一步降低一次酶解残渣的结晶度，再次采用纤维素水解酶进行水解，去除残渣中剩余的碳水化合物，得到纯净的木质素组分。本方法对其他类型木质纤维生物质原料研究具有普适性。具体地，如图1所示，所述高效分离木材细胞壁中木质素的方法包括如下步骤：A、截取树干中部木材，研磨到40～60目的粉末，放进索氏抽提器，将甲苯和乙醇以2：1的体积比混合形成的苯醇抽提液进行抽提，在90℃连续抽提6～8小时。B、将抽提产物采用行星球磨仪球磨一次后，用纤维素水解酶酶解得到酶解残渣；一次球磨酶解后，残渣为粗木质素，里面有很多碳水化合物等杂质，所以需要进行再一次的纯化。C、将步骤B中酶解后的残渣进行冷冻干燥，取出后采用行星球磨仪进行二次球磨。D、再次采用纤维素水解酶进行酶解以去除残渣中剩余的碳水化合物，水洗去除酶并冻干，最终得到纯净的木质素组分，以利于后续进行核磁分析，还原细胞壁中木质素的结构。二次球磨酶解可以达到纯化效果得到纯净的木质素，纯度可达98％以上，同时不太影响得率。如果进行第三次球磨酶解纯化意义不大，二次纯化所得残渣木质素对后续木质素成分结构分析所需的纯度已经达到了，再次纯化只会造成损失，降低木质素的提取得率。优选地，步骤B和步骤D中酶解所用的纤维素水解酶包括纤维素酶、半纤维素酶以及β-葡萄糖苷酶，可将纤维素降解为可发酵糖。纤维素水解酶的浓度为1g木材对应50fpu纤维素水解酶。优选地，步骤B和步骤D中酶解在Ph＝4.8醋酸钠缓冲液中进行，温度为48～50℃，连续处理两次，每次24小时。优选地，在所述步骤B和步骤C中，球磨总时间为10小时，且每磨30分钟后停止球磨10分钟，再进行球磨30分钟并依次循环，将木材球磨成635目的粉末后再进行纤维素水解酶酶解。本专利技术的方法对其他类型木质纤维生物质原料研究具有普适性，以适合于高效分离木材中的原本木质素的客观要求，进而为制浆造纸和生物质预处理
提供相关技术支撑。本专利技术的高效分离木材细胞壁中木质素的方法通过两次球磨和两次酶解，球磨一次后酶解去除大部分碳水化合物，再将一次酶解残渣冷冻干燥后进行二次球磨，进一步降低一次酶解残渣的结晶度，再次采用纤维素水解酶进行水解，去除残渣中剩余的碳水化合物，得到较为纯净的木质素组分。本专利技术能够获得得率超高、纯度超高的残渣木质素，可以作为一种代表性的原本木质素分离方法，并且能够为全面定量地研究生物质木质素的精细结构提供基础，有助于理解木材细胞壁中全部木质素的结构特点，同时本专利技术的方法对其他类型木质纤维生物质原料分离具有普适性。最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本专利技术进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本专利技术的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本专利技术技术方案的精神，其均应涵盖在本专利技术请求保护的技术方案范围当中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效分离木材细胞壁中木质素的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：A、截取树干中部木材，研磨到40～60目的粉末，放进索氏抽提器，将甲苯和乙醇以2：1的体积比混合形成的苯醇抽提液进行抽提，在90℃连续抽提6～8小时；B、将抽提产物采用行星球磨仪球磨一次后，用纤维素水解酶酶解得到酶解残渣；C、将步骤B中酶解后的残渣进行冷冻干燥，取出后采用行星球磨仪进行二次球磨；D、再次采用纤维素水解酶进行酶解以去除残渣中剩余的碳水化合物，水洗去除酶并冻干，最终得到纯净的木质素组分。

【技术特征摘要】
1.一种高效分离木材细胞壁中木质素的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：A、截取树干中部木材，研磨到40～60目的粉末，放进索氏抽提器，将甲苯和乙醇以2：1的体积比混合形成的苯醇抽提液进行抽提，在90℃连续抽提6～8小时；B、将抽提产物采用行星球磨仪球磨一次后，用纤维素水解酶酶解得到酶解残渣；C、将步骤B中酶解后的残渣进行冷冻干燥，取出后采用行星球磨仪进行二次球磨；D、再次采用纤维素水解酶进行酶解以去除残渣中剩余的碳水化合物，水洗去除酶并冻干，最终得到纯净的木质素组分。2.根据权利要求1所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭霄鹏，文甲龙，崔颖，崔林晔，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11