Name: 轻度乙醇萃取高β-o-4 的木质素及其对解聚产率的影响 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 18 s
Description: 了解轻度乙醇萃取木质素的方法，该方法可保留高β-O-4键含量并防止再缩聚，从而提升解聚产率与芳香单体产量，为生物质可再生资源的高值化利用提供可靠技术路径。

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本工作由欧盟（玛丽·居里国际培训网络“SuBiCat”项目PITN-GA-2013-607044，PJD、KB和JGdV）资助，此外还获得了欧洲研究理事会ERC起始资助2015（CatASus）638076（AdS和KB）以及人才计划（Vidi）项目编号723.015.005（KB）的经费支持，后者部分由荷兰科学研究组织（NWO）资助。

1. 木质素提取前核桃原料的预处理
<ol>
	<li>核桃壳的制备
	<ol>
		<li>将核桃壳送入锤式切割机中进行破碎。在锤式切割机出口处配备孔径为 5 mm 的筛网。用 1 L 玻璃烧杯收集破碎后的核桃壳。</li>
		<li>将破碎后的核桃壳送入微型锤式切割机中进一步研磨成粉末。在微型锤式切割机出口处配备孔径为 2 mm 的筛网。用 1 L 玻璃烧杯收集研磨后的核桃壳粉末。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>从研磨后的核桃壳中提取脂肪酸
	<ol>
		<li>将 150 g 切碎的核桃壳放入 500 mL 圆底烧瓶中。向圆底烧瓶中加入 200 mL 甲苯和一根搅拌子。</li>
		<li>将回流冷凝管连接至圆底烧瓶。使用油浴将混合物加热至回流温度（111 ˚C），并在剧烈搅拌条件下回流反应 2 h。</li>
		<li>2 h 后停止加热，将烧瓶从油浴中取出，使混合物冷却至室温。</li>
		<li>通过过滤去除甲苯（滤膜直径 185 mm，孔径 10 µm）。弃去甲苯滤液。</li>
		<li>将核桃壳置于真空烘箱中，在 80 ˚C 和 50 mbar 条件下过夜加热，以去除残留的甲苯。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>预提取后核桃壳的研磨
	<ol>
		<li>将 7 个直径为 20 mm 的 ZrO2 研磨球放入由 ZrO2 制成的 250 mL 研磨碗中。</li>
		<li>向研磨碗中加入 40 g 核桃颗粒，并加入 60 mL 异丙醇。</li>
		<li>使用旋转球磨机对核桃壳进行研磨。研磨程序为：以 27 × g 转速研磨 2 min，随后暂停 4 min，共进行 4 个循环。研磨过程中始终确保研磨碗温度低于 80 ˚C。每次最多处理 3 批样品，研磨后需让研磨碗充分冷却。</li>
		<li>将精细研磨后的核桃壳收集至 500 mL 圆底烧瓶中。在 40 ˚C 和 125 mbar 条件下通过旋转蒸发去除异丙醇。</li>
		<li>将核桃壳在真空烘箱中于 50 ˚C 和 50 mbar 条件下过夜干燥。</li>
		<li>将精细研磨后的核桃壳通过 1 mm 筛网过筛。将粒径过大的颗粒重新用旋转球磨机进行研磨。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. 木材原料的制备
<ol>
	<li>木板切割
	<ol>
		<li>将木板置于配备平头木工钻头的钻机下进行钻削，并用玻璃烧杯收集木屑。</li>
		<li>将木屑放入咖啡研磨机中进一步切割成更小的碎片。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>从木材中提取脂肪酸
	<ol>
		<li>从木材中提取脂肪酸的操作步骤需严格按照第1.2步中所述的核桃壳提取方法进行。 
		注意：不使用球磨机对木材进行研磨，因为第1.3步中所述条件未能有效减小颗粒尺寸。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. 高β-O-4含量乙醇溶剂木质素的提取
<ol>
	<li>温和乙醇提取法（方法A）
	<ol>
		<li>将25 g原料放入500 mL圆底烧瓶中。加入80:20的乙醇/水混合液（200 mL）、4 mL 37% HCl溶液（0.24 M）以及一个磁力搅拌子。</li>
		<li>将回流冷凝器连接至圆底烧瓶。使用油浴在回流温度下加热混合物，同时剧烈搅拌，持续5小时。</li>
		<li>将混合物从油浴中取出，使其冷却至室温。过滤混合物（滤膜直径185 mm，孔径10 µm），并用4次每次25 mL乙醇洗涤残留物。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>木质素的后处理与分离
	<ol>
		<li>将滤液收集至500 mL圆底烧瓶中。在40 ˚C和150 mbar条件下通过旋转蒸发浓缩滤液。</li>
		<li>将所得固体溶解于30 mL丙酮中。若固体未完全溶解，可使用超声浴辅助溶解。</li>
		<li>将上述混合液加入600 mL水中以沉淀木质素。若未出现沉淀，可加入少量饱和水溶液Na2SO4以促进木质素絮凝。</li>
		<li>通过过滤（滤膜直径185 mm，孔径10 µm）收集木质素。每次用25 mL水洗涤木质素，共洗涤4次。若无需对半纤维素组分进行分析，则弃去滤液。若滤液非常浑浊，将其转移至离心管中，通过离心收集底部的（固体）组分。</li>
		<li>让木质素在空气中干燥过夜。随后在真空烘箱中进一步干燥（50 ˚C、50 mbar条件下过夜）。</li>
		<li>在真空烘箱中干燥过夜后测定木质素产率。</li>
		<li>通过将所得产率除以根据Klason法测定的总木质素含量，计算木质素提取效率24。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>高温乙醇提取法（方法B）
	<ol>
		<li>将15 g原料放入250 mL高压反应釜中。加入80:20的乙醇/水混合液（120 mL）、2.4 mL HCl（0.24 M）以及一个磁力搅拌子。</li>
		<li>在120 ˚C下加热混合物5小时，搅拌速度为5.2 x g。反应结束后将反应釜置于冰浴中冷却。</li>
		<li>过滤混合物（滤膜直径185 mm，孔径10 µm），并用15 mL乙醇洗涤残留物4次。</li>
		<li>后续的后处理与分离步骤严格按照步骤3.2所述进行。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>核桃壳的大规模高温乙醇提取（方法C*）
	<ol>
		<li>将90 g细磨的核桃壳放入1 L高压反应釜中。加入80:20的乙醇/水混合液（750 mL）和6.25 mL H2SO4（0.12 M）。</li>
		<li>在120 ˚C下加热混合物5小时，搅拌速度为35.8 x g。反应5小时后启动反应器冷却系统，将混合物冷却至室温。</li>
		<li>过滤混合物（滤膜直径185 mm，孔径10 µm），并用75 mL乙醇洗涤残留物4次。 
		注：使用多个滤膜可显著节省时间。</li>
		<li>将滤液均分为两份。按照步骤3.2所述方法对每份滤液进行后处理与分离，但溶剂用量加倍。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>步骤3.1（方法A*）和步骤3.3（方法B*）的对照实验（可选）
	<ol>
		<li>按照步骤3.1.1所述加入完全相同的物料，但将HCl溶液替换为1.67 mL H2SO4（0.12 M）。其余步骤3.1–3.2与方法A完全相同。</li>
		<li>按照步骤3.3.1所述加入完全相同的物料，但将HCl溶液替换为1.0 mL H2SO4（0.12 M）。其余步骤3.3与方法B完全相同。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. 木质素的脱醚化（可选）
<ol>
	<li>在100 mL圆底烧瓶中，将1000 mg木质素溶于24 mL的1:1 1,4-二氧六环/水混合液中。向该混合液中加入1 mL 37%的HCl溶液。</li>
	<li>加入搅拌子，并将回流冷凝管连接至圆底烧瓶。使用油浴将混合物加热至100 ˚C，在剧烈搅拌条件下回流5 h。</li>
	<li>将烧瓶从油浴中取出，使混合物冷却至室温。将混合物加入160 mL水中，使木质素沉淀析出。</li>
	<li>通过过滤（滤膜直径185 mm，孔径10 µm）收集木质素，并用25 mL水洗涤2次。将木质素在空气中静置过夜使其自然干燥。随后在真空烘箱中进一步干燥（50 ˚C、50 mbar条件下过夜）。</li>
</ol>
5. 木质素分析
<ol>
	<li>二维核磁共振（2D-NMR）分析
	<ol>
		<li>将60 mg干燥的木质素溶于0.7 mL的d6-丙酮。加入几滴 D2若木质素未完全溶解，则将混合物置于核磁共振管中，使用核磁共振波谱仪采集二维质子异核单量子相干谱（HSQC），参数设置如下：(11, -1)、(160, -10)，nt = 4，ni = 51220.</li>
		<li>分析获得的HSQC谱图。通过手动对两个轴进行相位校正，调整谱图直至所有信号均为正，这在水平方向（f2轴）上尤为重要。不进行基线校正。所有连接位点的位置已在步骤5.1.3和5.1.6中给出。</li>
		<li>积分芳香区域中对应于三种不同芳香单元的信号（质子编号依据 图4）。这些信号位于区域 [（氢谱范围）（碳谱范围）]： 
		S2/6:                [(6.48-6.90)(104-109)] 
		S'2/6:                [(7.17-7.50)(105-109)] 
		S浓缩的:       [(6.35-6.65)(106-109)] 
		G2:                 [(6.78-7.14)(111.5-116)] 
		G5:                 [(6.48-7.06)(115-120.5)] 
		G6:                 [(6.65-6.96)(120.5-124.5)] 
		H2/6:               [(7.05-7.29)(128.5-133)] 
		注意：H3/5 与 G 重叠5 信号，并假设 H2/6 与 H 的强度相同3/5凝聚态G的信号与G重叠5。如果无（或几乎没有）G2 和 G6 信号存在表明G已完全凝聚。</li>
		<li>使用以下公式计算芳香族单元的数量： 
		总芳香族 = (((S2/6 + S'2/6)/ 2) + S浓缩的) + ((G2 + G5 + G6- H2/6) / 3) + (H2/6 / 2)</li>
		<li>使用以下公式计算G、H和S单元的百分比： 
		比率 S = (((S2/6 + S'2/6)/ 2) + Scondensed)：总芳香度 × 100% 
		比率 G = ((G2 + G5 + G6- H2/6) / 3)：总芳香性 × 100% 
		比率 H = (H2/6 / 2)：总芳香族含量 × 100%</li>
		<li>对脂肪族区域中对应于 β-O-4、β-β 和 β-5 连接键以及希伯特酮（Hibbert Ketones）的信号进行积分。这些信号位于以下区域 [(质子化学位移范围)(碳化学位移范围)]： 
		β-O-4α                          [(4.76-5.10)(73-77.5)] 
		β'-O-4α                         [(4.44-4.84)(81.5-86)] 
		β-O-4β 和 β'-O-4β      [(4.03-4.48)(85-90.5)] 
		β-O-4γ 和 β'-O-4γ       [(3.10-4.00)(58.5-62)] 
		β-5α                              [(5.42-5.63)(88-92)] 
		β-5β                              [(3.36-3.56)(53-54.5)] 
		β-5γ                              [(3.50-4.00)(62-64.5)] 
		β-βα                              [(4.59-4.77)(86.5-89.5)] 
		β-ββ                              [(2.98-3.20)(55.5-59)] 
		β-βγ                              [(3.75-3.96)(72.5-76)] 和 [(4.10-4.31)(72.5-76)] 
		中国香港γ                               [(4.20-4.30)(66-68)] 
		注意：β-O-4 和 β'-O-4 连接的 β-质子信号重叠。这些连接结构单元的结构示意图如下所示 图1.</li>
		<li>每100个C9单元的总连接数均基于连接中α质子的信号。使用以下公式计算总连接数： 
		β-O-4 连接 = (β-O-4α + β'-O-4α）/ 总芳香族化合物 × 100 
		# β-5 连接 = β-5α / 总芳香族含量 × 100 
		β-β连接 = β-βα / 总芳香族含量 × 100</li>
	</ol>
	</li>
	<li>凝胶渗透色谱（GPC）分析
	<ol>
		<li>将10 mg干燥的木质素溶解于1 mL四氢呋喃（THF）中（加入一滴甲苯作为内标）。将该混合物通过滤膜过滤 0.45 µm 使用注射器滤器将溶液滤入带有0.3 mL低容量进样口的自动进样瓶中，用瓶盖密封自动进样瓶。</li>
		<li>注射 20 µL 将样品注入THF GPC。处理所得数据。</li>
		<li>用甲苯信号校正所获得的信号。选择洗脱体积的合适范围（~200–10000 Da）。通过软件计算质量分布。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
6. 木质素解聚为酚类2-芳甲基-1,3-二氧戊环（缩醛）
<ol>
	<li>将50 mg干燥的木质素放入20 mL微波反应管中，作为配备磁力搅拌器的反应容器。加入0.85 mL 1,4-二氧六环、50 µL乙二醇的1,4-二氧六环溶液（0.54 mL/mL）以及50 µL十八烷（内标物）的1,4-二氧六环溶液（26 mg/mL）。</li>
	<li>封闭反应容器，并在3.8 × g搅拌条件下将溶液加热至140 °C。</li>
	<li>当反应容器达到140 °C时，加入50 µL Fe(III)OTf3 的1,4-二氧六环溶液（0.1 g/mL）。</li>
	<li>搅拌反应器15分钟。</li>
	<li>将反应器冷却至室温，并按照步骤7.1所述方法取出解聚液体。</li>
</ol>
7. 解聚混合物的后处理与分析
<ol>
	<li>将液体通过硅藻土过滤（渗透率：2.60-6-50 达西；粒径：150 目 Tyler；筛上残留物（140 M US）：2.0-25.0%），并收集至 2 mL 离心管中。</li>
	<li>在旋转真空浓缩仪中于 35 °C 浓缩液体过夜。</li>
	<li>采用以下步骤提取最终的油状物/固体：
	<ol>
		<li>加入 0.15 mL 二氯甲烷（DCM），通过剧烈混合（涡旋振荡）、超声处理 15 分钟以及自动旋转轮上处理 30 分钟，使残留物悬浮并溶胀。</li>
		<li>使用小型台式离心机离心样品最多 10 秒，确保液体位于管底（离心速度：671 × g）。</li>
		<li>加入 0.75 mL 甲苯，并充分混合（涡旋振荡及超声 10 分钟）。</li>
		<li>使用小型台式离心机离心样品最多 10 秒（离心速度：671 × g），确保液体位于管底。</li>
		<li>将轻质有机液体与固体或粘稠油状残留物分离，并将该液体通过一段硅藻土柱过滤，收集至玻璃小瓶中。 
		注：上述悬浮/洗涤步骤重复三次，最后一次提取使用 0.5 mL 甲苯。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>通过旋转蒸发（40 °C，20 mbar）浓缩合并的有机相。</li>
	<li>将油状残留物溶解于 1 mL 二氯甲烷中，用于气相色谱火焰离子化检测器（GC-FID）分析。</li>
	<li>使用配备 FID 检测器的气相色谱仪进行 GC-FID 分析，载气为氦气。标准设置如下：进样量 1 µL，分流比 50:1，氦气流速 0.95 mL/min。气相色谱仪配置 HP5 柱（30 m × 0.25 mm × 0.25 µm），运行程序起始于 60 °C 恒温 5 分钟，随后以 10 °C/min 的升温速率升至 260 °C，持续 20 分钟。</li>
	<li>手动积分色谱图中的峰。各峰保留时间如下：十八烷（21.4 分钟）、H-缩醛（19.5 分钟）、G-缩醛（20.8 分钟）、S-缩醛（23.4 分钟）。使用步骤 7.8 获得的数值进行定量分析。</li>
	<li>对 G-缩醛进行定量，基于使用内标物（十八烷）校准的标准品绘制的校准曲线进行。 
	注：校准曲线：<img alt="用于缩醛与十八烷定量的化学比例公式示意图，包含计算符号。" src="/files/ftp_upload/58575/58575eq1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="方程 1"> (R2=0.9991) 
	G-缩醛产率：<img alt="G-缩醛克数与木质素比例的转换分析公式，化学计算。" src="/files/ftp_upload/58575/58575eq2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="方程 2"> 
	根据先前研究结果9,21,23，估算 H-缩醛和 S-缩醛的响应因子分别为 2.19 和 1.82。</li>
</ol>

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</ol>

作者声明无利益冲突

在不同条件下以及从不同生物质来源提取的结果表明，获得相对较高含量β-O-4键的木质素的最佳提取条件会因原料来源不同而有所差异。例如，核桃壳在较剧烈条件（方法B）下提取时，产率提高了三倍，同时β-O-4结构单元的含量几乎得以保留；而对于山毛榉和雪松，虽然产率有所提高，但β-O-4结构单元的含量显著下降。另一方面，对于松木，在较剧烈的提取条件下产率提升极小，且所得木质素中β-O-4结构单元的含量非常低。这意味着通常需要进行一定程度的优化，以在木质素产率与质量（即所得木质素材料中β-O-4结构单元含量的保留程度）之间取得适当的平衡。
从更剧烈的提取条件下获得的木质素材料其重均分子量（Mw）显著增加，表明在这些条件下可提取出更大的片段，从而获得更高的产率。然而，在这些条件下也会发生额外的断裂，产生更多低分子量的组分，因此导致多分散性增加，这一点在核桃（图5a）和雪松（图5d）的凝胶渗透色谱（GPC）图谱中约500 Da处的信号上可明显看出。
HSQC核磁共振是提供不同木质素质量对比数据的重要信息工具。需要注意的是，本实验采用的是标准HSQC实验，适用于获取对比数据，但由于弛豫时间的差异，其结果并不一定具有定量性。如表1中所示，某些木质素显示的连接数被高估了。定量HSQC实验可提供更准确的结果，但需要显著更长的核磁共振时间，尽管存在其他替代方法29。根据我们的经验，表1中的数值应除以1.3的校正因子，以更准确地反映每100个芳香单元中β-O-4结构单元的实际数量。
如前所述，已有报道的结果表明，为了获得最大的单体产率，寻找最佳反应条件会因原料来源的不同而有所差异。例如，当以核桃壳为起始原料时，若采用更剧烈的条件（方法B）进行木质素提取，总体乙缩醛总产率大约可提高两倍。然而，这主要归因于木质素提取产率的显著差异，而对β-O-4结构含量并无明显影响。相反，当使用松木时，较温和的提取条件（方法A）更为适宜。事实上，在这两种情况下，木质素的提取产率相近，但更剧烈的条件会导致β-O-4单元（尤其是非醚化β-O-4连接）减少，这可能是导致单体产率较低的原因，如前文所述。在山毛榉和雪松的情况下，若采用剧烈条件（方法B）进行提取，同样可观察到非醚化β-O-4连接的显著损失，这可能导致单体产率降低。然而，总体乙缩醛产率并不因提取条件的不同而出现显著差异。事实上，无论何种生物质来源，从方法A切换到方法B时，木质素提取产率均大约提高两倍&#160;，这恰好抵消了单体产率约两倍的下降。

为了实现化学工业的可持续发展，应使用木质纤维素生物质等可再生原料替代目前占主导地位的化石原料1。然而，为了使这些原料的利用具备经济可行性，必须为其所有组分寻找高附加值的应用途径。木质纤维素生物质中约含有30 wt%的木质素，这是一种芳香族生物聚合物，目前除作为低价值燃料使用外，其应用仍十分有限2。因此，开发能够提升芳香族组分价值的方法学，对于确保未来生物炼制厂的成功至关重要。
近期研究主要集中于开发新型方法，以选择性裂解木质素中最丰富的β-O-4键（图1a），从而获得特定的芳香族单体，通常是酚类单体3,4,5,6。&#160;例如，在80 °C至180 °C条件下使用酸处理，可高效裂解β-O-4键，生成醛和酮片段7,8。我们课题组及其他研究团队近期已证明，将酸解与稳定和捕获活性片段的方法相结合，是获得具有特定化学结构的酚类单体的极为有效策略9,10,11,12。其中，尤其以利用醇类对活性醛进行缩醛捕获，生成酚基2-芳甲基-1,3-二氧戊环（缩醛）的方法效果显著，因其操作相对简便，且能保留木质素单体高度官能化的特性（图1b）13,14。这些缩醛产物的生成比例，反映了原始木质素原料中H、G和S型单体的分布情况。
酸催化解聚法与许多已开发的精巧方法类似，反应条件相对温和，不会断裂木质素中存在的较强C-C键15。然而，当采用剧烈的木质纤维素分级条件时，由于较弱的C-O键断裂后释放出的活性片段发生缩合，C-C键的含量会显著增加16,17。通过分析一系列技术级木质素，可以清楚地证明生物质加工方法导致β-O-4结构单元的损失，这些技术级木质素中每100个芳香单元仅保留最多6个β-O-4连接18，而在天然木质纤维素中，该数值根据原料来源不同，范围为每100个芳香单元45至90个连接16。若采用更温和的提取条件，所获得的木质素其连接方式分布更接近天然木质素。然而，这需要在提取效率与所得木质素材料的质量之间进行权衡17。这一点在有机溶剂法（organosolv）提取木质素中已有先例，该方法是木质素分级的一种常用手段。该工艺存在多种变体，采用不同的温度、酸含量、提取时间和溶剂。在此过程中，提取的剧烈程度直接影响所得木质素的结构，从而决定其进一步高值化利用的适用性19,20,21。例如，基于乙醇的Alcell工艺在示范规模运行了5年，所生产的organosolv木质素中残留的β-O-4连接相对较少，因其在较高温度下运行以确保高效的脱木质素，从而获得高质量的碳水化合物用于生物乙醇生产。尽管如此，像乙醇这样环境影响小的生物基溶剂仍更受青睐，因此能够获得更高价值木质素的提取方法具有重要意义。醇类溶剂尤其受到关注，因为它们不仅作为提取介质，还会嵌入木质素结构中，例如形成β'-O-4结构（图1a）22，从而在一定程度上&#34;保护&#34;结构免受非预期的断裂。一种理想的方法可能是首先获得高β-O-4含量的木质素，然后在后续步骤中去除剩余的木质素，以获取高价值的纤维素。
在本文中，我们描述了一种通过温和乙醇提取法提取高含量β-O-4木质素的简便且高度可重复的步骤。根据生物质来源的不同，该方法可实现相对较高的提取效率和得率。文中同时提供了所得木质素的表征方法，以及如何对醚化的β'-O-420进行&#34;去保护&#34;。此外，还提出了一种评估此类木质素在选择性解聚过程中的潜力的方法，该过程依赖于选择性断裂β-O-4键。该评估采用三氟甲磺酸铁催化、在乙二醇存在下的解聚反应，生成酚类2-芳基甲基-1,3-二氧戊环23，从而揭示木质素材料中β-O-4含量与单体产率之间的关联21。结果展示了高木质素提取效率与所得木质素解聚为特定芳香族单体潜力之间的平衡关系。

<table><tbody><tr><td>&lt;strong&gt;材料&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>三氟甲磺酸铁(III)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>708801-1G</td><td>纯度：90%</td></tr><tr><td>十八烷</td><td>Sigma Aldrich</td><td>0652-100G</td><td>纯度：99%</td></tr><tr><td>硅藻土</td><td>Alfa Aesar</td><td>H33152.0B</td><td></td></tr><tr><td>硅胶</td><td>SiliCycle</td><td>R12030B-1KG</td><td>P60 40–63 &amp;mu;m</td></tr><tr><td>二氯甲烷</td><td>Macron Fine Chemicals</td><td>6779-25</td><td></td></tr><tr><td>核桃壳</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>松木</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>雪松</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>山毛榉木</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>乙醇</td><td>JT Baker Chemicals</td><td>00832000001</td><td>无水乙醇</td></tr><tr><td>异丙醇</td><td>Acros Organics</td><td>149320025</td><td>99.5%以上，特纯</td></tr><tr><td>丙酮</td><td>Macron Fine Chemicals</td><td>2440-06</td><td></td></tr><tr><td>四氢呋喃</td><td>Boom B.V.</td><td>164240025</td><td>以BHT稳定化</td></tr><tr><td>甲苯</td><td>Macron Fine Chemicals</td><td>8608-02</td><td></td></tr><tr><td>水</td><td></td><td></td><td>内部供应的去离子水</td></tr><tr><td>1,4-二氧六环</td><td>Acros Organics</td><td>408820010</td><td>99%以上，特纯</td></tr><tr><td>盐酸</td><td>Acros Organics</td><td>124620026</td><td>37%水溶液</td></tr><tr><td>硫酸</td><td>Boom B.V.</td><td>760519081000</td><td>95–97%</td></tr><tr><td>丙酮-d6</td><td>Acros Organics</td><td>325320500</td><td>99.8 原子% D</td></tr><tr><td>重水</td><td>Sigma Aldrich</td><td>151882-100G</td><td>99.9 原子% D</td></tr><tr><td>滤纸</td><td>Munktell</td><td>400303185</td><td>直径185 mm，孔径10 &amp;mu;m</td></tr><tr><td>磁力搅拌子</td><td>VWR</td><td>442-4525</td><td></td></tr><tr><td>注射器滤膜</td><td>Sartorius</td><td>17559-Q</td><td>0.45 &amp;mu;m 滤膜</td></tr><tr><td>自动进样瓶（2 mL）</td><td>Brown</td><td>151123</td><td></td></tr><tr><td>减容进样口（0.3 mL）</td><td>Brown</td><td>150820</td><td></td></tr><tr><td>自动进样瓶盖（11 mm）</td><td>Brown</td><td>151216</td><td></td></tr><tr><td>自动进样瓶压盖器</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>油浴锅</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>注射器（1 mL）</td><td>Henke Sass Wolf</td><td>4010-200V0</td><td></td></tr><tr><td>加热块（4孔位）</td><td>IKA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>2 mL 微量离心管</td><td>Sarstedt</td><td>72691</td><td></td></tr><tr><td>压盖密封垫（20 mm）</td><td>Brown Chromatography Supplies</td><td>151287</td><td>带硅胶/聚四氟乙烯隔垫</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;设备&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>旋转球磨机</td><td>Fritsch</td><td>06.2000.00</td><td>实验室行星式单罐球磨机 PULVERISETTE 6</td></tr><tr><td>锤式粉碎机</td><td>Brabender</td><td></td><td></td></tr><tr><td>微型锤式粉碎机</td><td>Brabender</td><td></td><td></td></tr><tr><td>真空烘箱</td><td>Heraeus</td><td></td><td>Heraeus Vacutherm</td></tr><tr><td>回流装置及其他玻璃器皿</td><td>CBN Suppliers B.V.</td><td></td><td>回流冷凝管、圆底烧瓶、烧杯和漏斗</td></tr><tr><td>旋转蒸发仪</td><td>IKA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>250 mL 高压反应釜</td><td>Berghof</td><td></td><td></td></tr><tr><td>1 L 高压反应釜</td><td>Medimex</td><td></td><td></td></tr><tr><td>超声波清洗机</td><td>Emerson</td><td></td><td>型号 Branson 3210</td></tr><tr><td>核磁共振仪</td><td>Bruker</td><td></td><td>Ascend 600</td></tr><tr><td>四氢呋喃凝胶渗透色谱（THF-GPC）</td><td>Hewlett Packard</td><td></td><td>1100 系列</td></tr><tr><td>磁力搅拌器</td><td>SalmenKipp</td><td>SK861492220263</td><td>型号 x-1250</td></tr><tr><td>咖啡研磨机</td><td>Profi Cook</td><td>PC-KSW1021</td><td></td></tr><tr><td>钻孔机</td><td>Solid</td><td></td><td>型号 TB 13 S</td></tr><tr><td>气相色谱-火焰离子化检测器（GC-FID）</td><td>Shimadzu</td><td></td><td></td></tr><tr><td>BUCHI Reveleris PREP 纯化系统&amp;nbsp;</td><td>Buchi</td><td></td><td></td></tr><tr><td>BUCHI C18 色谱柱&amp;nbsp;</td><td>Buchi</td><td></td><td>150 mm &amp;times; 21.2 mm &amp;times; 10 &amp;mu;m</td></tr><tr><td>20 mL 微波反应瓶</td><td>???</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Univapo 150 ECH 旋转真空浓缩仪</td><td>UniEquip</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Eppendorf minispin 台式离心机&amp;nbsp;</td><td>Eppendorf</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SB2 旋转混合仪</td><td>Stuart</td><td></td><td></td></tr><tr><td>涡旋振荡器</td><td>Wilten</td><td></td><td></td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;处理软件&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>WinGPC Unichrom</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>MestReNova</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

通过温和乙醇萃取提取高β-o-4含量的木质素及其对解聚产率的影响

Extraction of Lignin with High &#946;-O-4 Content by Mild Ethanol Extraction and Its Effect on the Depolymerization Yield

木质素增值策略是实现基于木质纤维素生物质的更具经济竞争力的生物炼制厂的关键因素。目前大多数新兴的、用于获得特定芳香族产物的精巧方法，都依赖于木质素底物中含有较高比例的易断裂β-O-4连接键，而这正是天然木质素结构中的主要连接方式。然而，这一需求与典型的工业木质素存在不匹配，因为后者在加工过程中已发生严重降解，导致β-O-4连接键含量较低。因此，木质素的提取产率及其质量对于开发新的木质素增值途径至关重要。本文提供了一种简便的协议，通过相对温和的乙醇提取方法获得富含β-O-4结构的木质素，该方法可适用于多种木质纤维素原料。此外，本文还介绍了用于评估木质素质量的分析方法，以及一种可生成特定酚类2-芳基甲基-1,3-二氧戊环的解聚协议，可用于评价所获得的木质素。实验结果表明，木质素的质量与其解聚为特定单体芳香族化学品的潜力之间存在直接关联。总体而言，提取与解聚过程揭示了木质素提取产率与保留天然芳基醚结构之间的权衡关系，从而影响其作为高附加值化学品生产原料的应用潜力。

本文介绍了一种从多种生物质来源中进行木质素乙醇提取的实验方案。展示了提取条件对木质素得率及β-O-4含量的影响。对所获得的木质素进行了选择性解聚，以制备高收率的芳香族单体产物。

通过温和乙醇萃取提取高β-O-4含量的木质素及其对解聚产率的影响

木质素高值化利用策略是实现以木质纤维素生物质为基础的更具经济竞争力的生物炼制厂的关键因素。大多数……

该方法针对木质纤维素生物质的关键组分——木质素的可再生资源利用领域中的一些关键问题进行了解答。此技术的主要优势在于，能够从不同的生物质来源中获得结构质量良好的木质素。该方法特别针对β-04连接结构。同时，该方法可防止发生再冷凝过程，这一点非常重要，因为它能够抑制焦炭的形成。通过此方法，可以建立木质素提取工艺与解聚效率之间的关系。通常，任何刚接触这些方法的人都会在操作流程以及四种木质素和解聚产物混合物的分析方面遇到困难。为制备切碎的核桃壳，需在锤式粉碎机的出口处配备一个5毫米筛网，并将核桃壳喂入锤式粉碎机中，用一个1升的玻璃烧杯收集破碎后的核桃壳。为获得研磨所需的小型核桃壳碎片，需将已破碎的核桃壳进一步喂入一台出口配备2毫米筛网的微型锤式粉碎机中，并用一个新的1升玻璃烧杯收集研磨后的核桃壳。为了去除粉碎的核桃壳中的提取物，将150克壳样品加入含有搅拌子的500毫米圆底烧瓶中，并向烧瓶中加入200毫升甲苯。将回流冷凝器连接至烧瓶，并在油浴中剧烈搅拌下将混合物加热至111摄氏度的回流温度。两小时后，将烧瓶从油浴中取出，使混合物冷却至室温，然后通过直径为185毫米、孔径为10微米的滤膜过滤，以去除甲苯。在80摄氏度、50毫巴压力下于真空烘箱中过夜加热后，将40克经甲苯处理的核桃壳颗粒加入含有七个直径为20毫米的二氧化锆研磨球的250毫升二氧化锆研磨碗中。向研磨碗中加入60毫升异丙醇。将研磨碗放入旋转球磨机中。将壳颗粒进行四次研磨循环，每次循环包括2分钟、27×g条件下的研磨，随后休息4分钟。第四次研磨循环结束后，将细磨的核桃壳转移至500毫升圆底烧瓶中，在40 °C、125毫巴压力下通过旋转蒸发去除异丙醇。然后在50 °C、50毫巴压力下将核桃壳于真空烘箱中过夜干燥。为了获得β-O-4含量最高的乙醇酸解木质素，将25克原料加入一个新的500毫升圆底烧瓶中，再向烧瓶中加入200毫升体积比为80:20的乙醇-水溶液、4毫升37%的盐酸溶液以及一个磁力搅拌子。将回流冷凝管连接至烧瓶，并在80摄氏度的油浴中加热混合物，同时剧烈搅拌5小时。待混合物冷却至室温后，通过直径为185毫米、孔径为10微米的滤筛将溶液过滤至另一个500毫升圆底烧瓶中，并用每次25毫升的乙醇对残留物进行4次洗涤。在40摄氏度和150毫巴压力下，通过旋转蒸发浓缩收集的液体，随后将所得固体溶解于30毫升丙酮中。为沉淀木质素，将该混合物加入600毫升水中，并使用直径为185毫米、孔径为10微米的滤筛收集沉淀的木质素，每次用25毫升水洗涤，共洗涤四次。将木质素在室温下于滤器中风干过夜，随后转移至玻璃小瓶中，在50摄氏度和50毫巴压力下真空干燥过夜。然后在天平上测定提取木质素的产率。若需通过二维核磁共振（NMR）分析木质素结构，将60毫克干燥木质素溶解于0.7毫升氘代丙酮中，并将该混合液加入NMR管。将该NMR管放入核磁共振波谱仪中，设定所需参数，以获得合适的二维质子异核单量子相干谱。进行木质素解聚时，将50毫克干燥的木质素加入一个配有磁力搅拌子的20毫升微波反应小瓶中，随后向小瓶中加入0.85毫升1,4-二氧六环、50微升溶于1,4-二氧六环的乙二醇以及50微升溶于1,4-二氧六环的十八烷。关闭容器后，在搅拌条件下将溶液加热至140摄氏度。当反应容器达到目标温度后，向其中加入50微升溶于1,4-二氧六环的三氟甲磺酸铁(III)，继续搅拌反应15分钟。将反应液冷却至室温后，用硅藻土过滤液体至2毫升离心管中。然后在35摄氏度下，于旋转真空浓缩仪中将收集的液体浓缩过夜。为提取小分子量产物，将残留物用0.15毫升二氯甲烷悬浮并涡旋振荡使其溶胀，再超声处理15分钟，并在自动旋转混合仪中放置30分钟。为了高效地提取单体，首先必须使用氯甲烷对获得的油样进行充分溶胀。然后，加入适量的甲苯以选择性沉淀下层的寡聚物。加入0.75毫升甲苯使寡聚物沉淀，随后涡旋振荡并超声处理十分钟。将样品在5000 RPM转速下离心十秒，分离轻质有机液体与固态浓稠油状残渣，并将液体通过硅藻土柱过滤至玻璃小瓶中。然后在40摄氏度和20毫巴压力下，通过旋转蒸发浓缩合并的有机相。最后将油状残渣溶解于1毫升二氯甲烷中，用于气相色谱分析。每次提取后得到的木质素在颜色和颗粒尺寸上表现出广泛的差异，其中通过温和处理获得的聚合物通常呈红粉色，并形成微小的片状物质。当采用更剧烈的条件时，所得木质素呈现棕色至黄褐色，且材料总产率增加，这一效应在胡桃木、山毛榉和雪松木材中比在松木中更为显著。对不同木质素进行核磁共振（NMR）分析，可确定其S/G/H比例以及提取聚合物中连接键的含量，特别是β-O-4连接键的含量。例如，在较温和条件下提取的木质素通常会产生更多的连接结构。在乙二醇存在下，使用三氟甲磺酸铁（III）进行醋解反应，可生成三种不同的酚醛缩醛，分别对应木质素中的S、G和H单元，且在温和条件下提取的木质素其酚醛缩醛总产率更高。当考虑总β-O-4含量时，可观察到明显的趋势：β-O-4含量越高，通常缩醛产率也越高。当木质素提取率与后续解聚率相结合时，可得到来自生物质原料的总缩醛产率，不同生物质原料之间的差异显著。在进行木质素提取时，重要的是在提取产率与所得木质素的结构质量之间取得平衡。因此，若采用文中报道的解聚方法，实际上可以获得高选择性的增值芳香族化合物。这些技术将有助于其他研究人员以较高的产率从木质纤维素生物质的木质素组分中获取高附加值产品。

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轻度乙醇萃取高β-o-4 的木质素及其对解聚产率的影响

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植物细胞壁（木质纤维素生物质）的全面组成分析 第一部分：木质素

采用双链RNA干扰（dsRNAi）技术下调玉米肉桂酰辅酶A还原酶（ZmCCR1）基因，以降低植株木质素含量。通过显微分析观察细胞壁中木质素的下调情况，并采用克拉森法进行定量测定。同时分析半纤维素和结晶纤维素的组分变化。...

木质素下调 Zea mays 通过dsRNAi和Klason木质素分析

植物细胞壁的结构和化学特性被用于评估生物燃料和生物材料的理想原料。传统方法在处理大规模数据集时存在局限性。这些高通量的预处理、酶解糖化以及热解-分子束质谱分析方法，能够在减少实验时间和成本的同时，对大量生物质样品进行比较分析。...

木质纤维素生物质抗降解性变异的高通量筛选：总木质素、木质素单体及酶解糖释放

采用廉价的质子型离子液体对木质纤维素生物质进行预处理，可得到脱除木质素且富含纤维素的浆料以及高纯度的木质素。该浆料经酶法糖化后可获得较高的葡萄糖产率。...

低成本离子液体预处理木质纤维素生物质

我们提出了一种从可再生的非食用木质纤维素生物质中合成C5糖（木糖和阿拉伯糖）的方案（即，黄麻）在存在布朗斯特酸性离子液体的情况下ø布朗斯特酸性离子液体（BAILs）作为水相催化剂。与传统的无机酸催化剂（H2SO4 和...

一种用于分析黄麻生物质中戊聚糖并利用酸性离子液体将其转化为单糖的新方法

OrganoCat 是一种在温和条件下对木质纤维素进行预处理和分级分离的方法，可将其分解为木质素、可发酵糖和纤维素浆料。该方法采用水和2-甲基四氢呋喃组成的生物来源双相溶剂体系，并以2,5-呋喃二羧酸作为催化剂，实现 OrganoCat 产物的分离 原位...

使用 OrganoCat 工艺对木质纤维素生物质进行分级分离

基于低共熔溶剂的微波辅助预处理是一种绿色环保、快速高效的木质纤维素分馏及高纯度木质素回收方法。...

从非常见地中海木质纤维素残渣中快速提取木质素

本文介绍了一种改良的热重分析法（TGA），用于估算草本植物生物质中的木质素含量。该方法通过与木质素形成特定的硫醚键来测定木质素含量，相较于克拉森法具有优势，因其仅需较少样品即可完成木质素含量的测定。...

利用巯基乙酸（TGA）测定植物生物量中的木质素含量

定量31P NMR 分析木质素和单宁

一种分离EOB-DTPA并随后与天然Ga(III)络合的方法 68本文介绍了Ga，以及对所有化合物的全面分析和标记效率的研究。 体外 稳定性与...

EOB-DTPA 的 Ga(III) 配合物及其 68Ga 放射性标记类似物的研究

了解轻度乙醇萃取木质素的方法，该方法可保留高β-O-4键含量并防止再缩聚，从而提升解聚产率与芳香单体产量，为生物质可再生资源的高值化利用提供可靠技术路径。

通过温和乙醇萃取提取高β-O-4含量的木质素及其对解聚产率的影响

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