Name: 超高速利格宁从不寻常的地中海木质细胞残留物中提取 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-03-09T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 22 s
Description: 了解利用低共熔溶剂微波辅助预处理技术从地中海木质生物质中高效提取高纯度木质素的方法。该绿色化学工艺通过一步法实现木质纤维素分离，无需调节pH值，仅需简单过滤即可获得高纯度木质素产物。

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MK 和 TB 感谢 Haitham Ayeb 在统计分析和图表制作方面的帮助，感谢瓦隆地区（欧洲区域发展基金-VERDIR）以及高等教育与科学研究部长（Taoufik Bettaieb）提供的经费支持。

1. 生物质的制备
<ol>
	<li>生物质干燥
	<ol>
		<li>将从地中海海滩采集的大叶藻（Posidonia oceanica）叶片和海草球放入烘箱中，在 40 °C 下干燥 72 小时。</li>
		<li>将食品工业产生的杏仁壳（Prunus dulcis）以及橄榄油厂获得的橄榄果渣（Olea europaea L.）放入烘箱中，在 40 °C 下干燥 72 小时。</li>
		<li>将从森林中采集的松果（Pinus halepensis）以及从地中海南部流域采集的阿尔法草叶片（Stipa tenacissima）放入烘箱中，在 40 °C 下干燥 72 小时。 
		​注意：如果生物质中含有沙子，需在放入烘箱前用蒸馏水冲洗。各种生物质如图 1A-F所示。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>生物质研磨
	<ol>
		<li>取每种生物质各 20 g，放入配备 1 mm 筛网的锤式切割机中。将所得粉末收集至一个 0.25 L 烧杯中，再转移至配备 0.5 mm 筛网的锤式切割机中进一步研磨。将最终粉末收集至另一个 0.25 L 烧杯中。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. 微波辅助的超快速木质素提取
<ol>
	<li>深共熔溶剂（DES）的制备
	<ol>
		<li>按1:1摩尔比配制DES1（ChCl-草酸），将174 g ChCl与126 g草酸二水合物加入500 mL圆底烧瓶中，于水浴中加热熔融 70 °C 4小时，直至形成均匀透明的液体。</li>
		<li>按1:1的摩尔比配制DES2（ChCl-乳酸），将174 g ChCl与90 g乳酸加入500 mL圆底烧瓶中混合，并在水浴中加热熔融 70 °C 4小时，直至形成均匀透明的液体。</li>
		<li>按1:12的摩尔比配制DES3（ChCl-尿素），将174 g ChCl与120 g尿素加入500 mL圆底烧瓶中，在加热浴中熔融混合 70 °C 4小时，直至形成均匀透明的液体。 
		注意：使用搅拌子以500 rpm持续搅拌这些混合物。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>微波-低共熔溶剂联合处理
	<ol>
		<li>将5 g原料放入微波反应器中，加入50 mL深共熔溶剂（DES），并放入搅拌子。使用合适的盖子封闭微波容器，并安装测温帽。</li>
		<li>将微波容器置于转盘边缘，确保其持续振荡。设置微波功率为800 W，加热1分钟。使用合适的手套将容器从微波炉中取出，让混合物冷却。对每种生物质样品，分别使用三种低共熔溶剂（DESs）重复此处理过程。 
		注意：检查并确保温度探针正确放置，且微波容器内温度均匀。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>木质素分离
	<ol>
		<li>通过将乙醇与水按50:50（v:v）的比例混合，制备均一的反溶剂溶液。向处理后的原料中加入50 mL该反溶剂溶液，将混合物置于离心管（250 mL）中，在3,000 × g条件下离心5 min。 g.</li>
		<li>离心后，使用玻璃砂芯坩埚（孔隙度4，10-16 μm，直径10 mm）。用25 mL抗溶剂溶液洗涤离心后收集的剩余纤维素残渣。</li>
		<li>3,000 × g 离心 g 每次洗涤后静置5分钟。重复洗涤4次，收集并透过玻璃砂芯坩埚（孔径N 4，10-16 μm，直径 10 mm）。</li>
		<li>将2.3.2步骤中获得的滤液（富含木质素组分）加入到2.3.3步骤中收集的滤过洗涤液中，置于500 mL圆底烧瓶中。使用旋转蒸发仪在 50 °C 和 110 mbar。</li>
		<li>将150 mL去离子水加入浓缩液（富含木质素的组分）中，通过离心沉淀木质素。收集木质素沉淀物，并用25 mL蒸馏水洗涤；重复洗涤4次。冷冻干燥木质素，或在烘箱中干燥 40 °C. 
		注意：如有必要，清洗木质素 &gt;4倍体积以去除溶剂中的盐分。</li>
		<li>使用以下公式计算产量： 
		<img alt="木质素产率计算公式；显示木质素沉淀物百分产率的方程式。" src="/files/ftp_upload/61997/61997eq01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="公式 1"> 
		注意：使用另外两种低共熔溶剂（DES）——氯化胆碱+间苯二酚和氯化胆碱+丁酸——在1分钟内也进行了木质素提取。然而，与使用其他三种DES获得的产量相比，采用这两种DES回收的木质素量极微，几乎无法回收。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. 通过克拉森法测定提取木质素的纯度
<ol>
	<li>卡森酸水解的样品制备
	<ol>
		<li>将滤埚（孔径4，直径4.5 mm）置于马弗炉中，在550 °C下灼烧4 h（升温程序：从25 °C升至目标温度，耗时2 h）。当炉温冷却至150 °C时取出坩埚，放入干燥器中继续冷却，然后称重。</li>
		<li>取约30 mg木质素加入硼硅酸盐玻璃管中（见材料表），记录样品质量。向样品中加入1 mL 72% 硫酸（H2SO4），将样品置于30 °C水浴中反应60 min，每隔10 min涡旋混匀一次。</li>
		<li>取出样品，转移至100 mL玻璃瓶中，加入28 mL蒸馏水，使酸浓度稀释至4%。将玻璃瓶放入高压灭菌锅中，在121 °C下处理60 min。取出玻璃瓶，静置冷却。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>酸不溶性木质素的分析
	<ol>
		<li>在真空条件下使用坩埚过滤水解液。将所有固体收集至含有去离子水的玻璃瓶中。用50 mL去离子水冲洗坩埚。</li>
		<li>将含有固体的坩埚置于105 °C烘箱中干燥16 h。从烘箱中取出坩埚，放入干燥器中冷却。称量样品质量。</li>
		<li>将坩埚置于马弗炉中，在550 °C下灼烧4 h（升温程序：2 h）。取出后放入干燥器中冷却。称量样品质量。</li>
		<li>使用以下公式计算酸不溶性残渣（AIR）的百分比： 
		<img alt="细胞分析计算中的表观细胞内滞留率（%AIR）方程" src="/files/ftp_upload/61997/61997eq02v2.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Equation 2"> 
		WCSA：从烘箱中取出坩埚和样品后的总质量 
		WC：坩埚质量 
		WCSMF：从马弗炉中取出坩埚后的质量 
		ODW：样品的烘干质量</li>
	</ol>
	</li>
	<li>酸可溶性木质素的分析
	<ol>
		<li>使用石英比色皿，在分光光度计上于205 nm波长处测定步骤3.2.1所得滤液的吸光度。以蒸馏水作为空白对照。</li>
		<li>使用以下公式计算酸可溶性残渣（ASL）的百分比： 
		<img alt="静态平衡方程；%ASL计算；紫外吸收；滤液分析公式；图表结果" src="/files/ftp_upload/61997/61997eq03.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Equation 3"> 
		注：吸光度应在0.2至0.7之间。若超出范围，需对样品进行稀释。 
		UVabs：205 nm处的吸光度 
		Pathlength：测量池的光程（单位：cm） 
		ε：生物质在特定波长下的吸光系数</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. 提取木质素中的氮含量
<ol>
	<li>碱溶液的配制
	<ol>
		<li>在 2.5 L 容量瓶中称取 1 kg 氢氧化钠（NaOH），加入去离子水至刻度线。在容量瓶中放入磁力搅拌子，搅拌至 NaOH 完全溶解。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>硫酸溶液的配制
	<ol>
		<li>取 0.1 N H2SO4（见材料表）于 5 L 容量瓶中，加入去离子水至 5 L 刻度线，放入磁力搅拌子，搅拌至溶液完全混合。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>接收液的配制
	<ol>
		<li>在 5 L 容量瓶中，将 100 g H3BO3（硼酸）溶于去离子水中，并定容至刻度线。</li>
		<li>在 100 mL 容量瓶中称取 100 mg 溴甲酚绿，加入工业级甲醇至刻度线。</li>
		<li>在 100 mL 容量瓶中称取 100 mg 甲基红，加入工业级甲醇至刻度线。</li>
		<li>将步骤 4.3.1 中的 5 L H3BO3 溶液、步骤 4.3.2 中的 100 mL 溴甲酚绿溶液、步骤 4.3.3 中的 70 mL 甲基红溶液以及 5 L 去离子水倒入容器中，充分振荡混合 30 分钟。 
		​注意：最终溶液颜色应为绿色。若颜色非绿色，加入 50 mL 1 N NaOH 溶液进行调节。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>样品制备
	<ol>
		<li>在凯氏消化管中，称取 100 mg 木质素（置于无氮纸上），加入一片凯氏消化片（含 1.5 g 硫酸钾（K2SO4）、0.045 g 五水硫酸铜（CuSO4·5H2O）和 0.045 g 二氧化钛（TiO2）），再加入 7.2 mL 浓 H2SO4。 
		注意：使用四根仅含无氮纸（不含样品）的消化管作为空白对照。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>样品消化
	<ol>
		<li>提前 1 小时将消化炉的恒温器开启，设定温度为 360 °C。</li>
		<li>将样品管放入支架中，将四个空白管置于支架的四个角落，并用空管填满支架中其余孔位（如有）。</li>
		<li>将支架放入预热好的消化炉中，盖上吸气系统，打开水泵。 
		注意：注意避免烟雾逸出；若出现烟雾，应加大水流。</li>
		<li>2 小时后关闭加热，取出样品并置于金属支架上。保持吸气系统开启，使支架冷却约 40 分钟。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>凯氏蒸馏操作
	<ol>
		<li>开启凯氏蒸馏仪，等待自检程序运行完成，直至屏幕上显示选择界面。切换至手动模式，插入一根空管，关闭滑动门。</li>
		<li>通过多次按压滴定剂滴定管（0.02 N H2SO4）的上下端（抬起盖子）进行冲洗，并通过挤压 H2SO4 瓶的连接管排出管道中的气泡。关闭防护罩。</li>
		<li>用 H3BO3 接收液冲洗 3 次。</li>
		<li>加水冲洗 3 次，切换至活性蒸汽模式（运行 10 分钟）。然后切换至凯氏 1 号分析程序。在结果行处使用方向键输入空白。</li>
		<li>插入消化管。首先处理四个空白样品，并计算其平均值。将该数值输入空白行。 
		注意：插入管后，仪器将自动依次加入 30 mL H2O、30 mL H3BO3 和 40 mL 10 N NaOH。</li>
		<li>在结果行处切换至滴定剂 mL 数。插入消化管，记录所消耗的 H2SO4 体积。 
		注意：为验证凯氏蒸馏仪性能，可参考 50 mg 甘油相当于 % N 的 18.60% ± 5%。每次滴定结束后，仪器会自动排空并清洗消化管。</li>
		<li>计算氮含量百分比。 
		<img alt="氮百分比公式；%N=((Vs.a(mL)×Ts.a(N)×0.014)/S(g))×100；化学分析方程。" src="/files/ftp_upload/61997/61997eq04.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="方程 4"> 
		V s.a ：硫酸体积 
		T s.a ：0.02 N H2SO4 
		S：样品质量</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. 提取木质素中的灰分含量
<ol>
	<li>将陶瓷坩埚在105 °C下干燥1小时，然后置于干燥器中冷却。</li>
	<li>称量一个坩埚并记录其编号。加入约1 g样品粉末。将坩埚放入马弗炉中，程序设置如下：以2小时匀速升温至575 °C；在575 °C下保持4小时。</li>
	<li>让炉子冷却至100 °C。取出坩埚，放入干燥器中，然后称重。</li>
</ol>
6. 碳水化合物含量
<ol>
	<li>硼氢化钠（NaBH₄）的制备4)/二甲基亚砜（DMSO）溶液
	<ol>
		<li>加入2 g NaBH4 在100 mL容量瓶中，用DMSO定容至刻度。加热至 100 °C 在市长浴中搅拌溶液直至完全溶解。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>MIX溶液的制备
	<ol>
		<li>将20 mg的木糖、阿拉伯糖、鼠李糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖和2-脱氧葡萄糖分别置于100 mL容量瓶中，用去离子水定容至100 mL刻度线。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>样品水解
	<ol>
		<li>称取50 mg木质素样品于硼硅酸盐玻璃管中，加入3 mL 1 M H2SO4，并将混合物在3 h内加热至 100 °C.</li>
		<li>冷却样品，加入1 mL 15 M 氢氧化铵（NH₄OH），混匀。4OH），并检测pH值以确保其为中性或碱性。向每个样品中准确加入1 mL内标物（2-脱氧葡萄糖）。 
		注意：作为内标物添加的2-脱氧葡萄糖可用于定量样品中每剂的含量。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>单糖还原与乙酰化生成糖醇乙酸酯
	<ol>
		<li>取 400 µL 步骤6.3.2所得溶液，置于专用试管中。取 400 µL 对照MIX溶液，并将其放入专用试管中。 
		注意：使用MIX溶液有助于计算响应因子（RFs）和单糖百分比。</li>
		<li>加入2 mL NaBH4/DMSO 溶液，于第6.1节中配制。盖紧管盖，于37°C孵育90分钟 40 °C 在水浴中。将试管从水浴中取出，加入0.6 mL冰醋酸。 
		注意：由于该反应为放热反应，会出现气泡和烟雾。</li>
		<li>加入约 0.4 mL 1-甲基咪唑和约 4 mL 乙酸酐。15 分钟后，加入 10 mL 蒸馏水，冷却，再加入约 3 mL 二氯甲烷（CH2Cl2).</li>
		<li>至少2小时后，收集约1 mL下层（有机相），并将其注入配备火焰离子化检测器毛细管柱HP1-甲基聚硅氧烷（30 m（长度）× 320 µm （内径） 0.25 µm （薄膜厚度）。分析数据。</li>
		<li>使用以下公式计算响应因子（RF）。 
		<img alt="静态平衡公式：RF = 2-脱氧葡萄糖的A×M / 单糖的A×M；示意图；色谱分析" src="/files/ftp_upload/61997/61997eq05v2.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="方程 5"> 
		m. p. 的平均值：MIX 溶液中单糖峰面积的平均值 
		2-脱氧葡萄糖水解后的质量 
		2dg. p：MIX溶液中2-脱氧葡萄糖峰面积的平均值 
		单糖质量：单糖水解后的质量 
		注意：鼠李糖的无水校正系数为0.8，阿拉伯糖和木糖为0.88，甘露糖、葡萄糖和半乳糖为0.9。水解后的质量 = 无水校正系数 × MIX溶液中所用单糖的质量（g）。</li>
		<li>使用以下公式计算单糖质量。 
		<img alt="单糖质量计算公式：(AP.M × M.IS) / (AP.2 × RF)，化学分析方程。" src="/files/ftp_upload/61997/61997eq06.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="方程 6"> 
		AP.M：待测样品中单糖的峰面积 
		M. IS：所添加内标物的质量；此处，C SI=1 mg/mL 
		AP.2：样品中2-脱氧葡萄糖的峰面积 
		RF：响应因子</li>
		<li>使用以下公式计算每种单糖的百分比。 
		<img alt="单糖百分比计算公式：单糖质量除以初始样品质量，以公式形式表示。" src="/files/ftp_upload/61997/61997eq07v2.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="方程 7"></li>
	</ol>
	</li>
</ol>
7. 提取木质素中的化学官能团（傅里叶变换红外光谱）
<ol>
	<li>为了鉴定提取木质素中的化学官能团，使用配备衰减全反射（ATR）模块的傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）。打开光谱软件并调整参数：分辨率设为 4 cm-1，样品扫描次数为 32，背景扫描次数为 16，数据采集范围为 4000 至 400 cm-1，结果谱图以透射率表示。</li>
	<li>不添加任何样品时，按下背景单通道；然后将 1 mg 样品置于晶体上，按下样品单通道，并对获得的光谱进行处理。</li>
</ol>
8. 提取木质素的分子量（凝胶渗透色谱法）
<ol>
	<li>配制含有 0.5% 氯化锂（LiCl）的二甲基甲酰胺（DMF）溶液。取 5 g LiCl 置于 1 L 容量瓶中，加入 DMF 至刻度线，混合内容物直至获得均一液体。</li>
	<li>将 3 mg 木质素样品溶解于 3 mL 含 0.5% LiCl 的 DMF 溶液中。在 10 mL 离心管中离心，将可溶性组分分离至样品瓶中。</li>
	<li>将分子量分别为 1 kDa、2 kDa、3 kDa、10 kDa、20 kDa 和 30 kDa 的聚苯乙烯标准品各 3 mg 溶解于含 0.5% LiCl 的 DMF 溶液中。在 10 mL 硼硅酸盐玻璃离心管中离心，将可溶性组分转移至样品瓶中。</li>
	<li>准备高效液相色谱-紫外（UV）检测系统。
	<ol>
		<li>打开数据系统，并检查紫外检测器。</li>
		<li>用蒸馏水冲洗系统。将活塞安装至洗脱液（含 0.5% LiCl 的 DMF）中。打开冲洗阀，以 1 mL/min 的流速冲洗管路 15 分钟。停止流动并关闭冲洗阀。</li>
		<li>设置流速为 1 mL/min，持续 10 分钟，以清洗通向检测器的洗脱液通路。随后停止流速。</li>
		<li>安装带有保护柱的色谱柱（参见材料表）。将柱温箱开启至 45 °C，开启紫外检测器，并逐步调节流速至 0.6 mL/min。</li>
		<li>在波长 270 nm 下，每种样品进样 30 µL，运行 40 分钟。处理所得数据，并利用校准曲线计算质量分布。</li>
		<li>计算数均分子量（Mn）、重均分子量（Mw）和多分散性指数（PDI）。 
		<img alt="数均分子量公式 Mn=ΣNiMi/ΣNi，聚合物化学计算。" src="/files/ftp_upload/61997/61997eq08.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="方程 8"> 
		<img alt="聚合物分析中的分子量计算公式。" src="/files/ftp_upload/61997/61997eq09.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="方程 9"> 
		<img alt="聚合物分散度 PDI=Mw/Mn 公式，该方程用于描述分子量分布。" src="/files/ftp_upload/61997/61997eq10.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="方程 10"> 
		Mi：链的分子量 
		Ni：具有该分子量的链的数量</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
9. 数据处理与统计分析
<ol>
	<li>所有分析实验均需进行三次重复，结果以干物质百分比（%）表示。</li>
	<li>采用单因素方差分析（ANOVA），并使用Tukey多重比较检验进行均值比较。</li>
	<li>进行主成分分析（PCA）。</li>
</ol>

<ol><li>Kammoun, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrothermal+dehydration+of+monosaccharides+promoted+by+seawater+fundamentals+on+the+catalytic+role+of+inorganic+salts%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Hydrothermal dehydration of monosaccharides promoted by seawater fundamentals on the catalytic role of inorganic salts.</a> Frontiers in Chemistry. 7, 132(2019).</li>
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</ol>

作者声明无利益冲突。

本研究具有多个目标：首要目标是制备并使用兼具离子液体和有机溶剂特性的低成本绿色溶剂。第二个目标是在无需预处理步骤（例如使用索氏提取法提取可溶物，或使用碱性溶剂、碱性条件或热物理技术提取半纤维素）的情况下，一步完成生物质的分级和木质素的提取。第三个目标是在处理后通过简单过滤回收木质素，无需调节pH值，仅需加入蒸馏水即可。采用三种不同深共熔溶剂（DES）在微波辅助下对六种不同来源的生物质进行超快速木质素提取的结果表明，提取产率因生物质种类和所用DES的性质而异。例如，在三种DES中，橄榄果渣的木质素提取产率最高，其次是阿尔法草叶片、松果和杏仁壳。而大洋海神草（Posidonia oceanica）的叶片和球状结构的提取产率较低。
采用Klason法、凯氏定氮法（氮含量）、碳水化合物（气相色谱法）和灰分法评估木质素的纯度。如图3和图5A-C所示，由于氮、碳水化合物和灰分组分与木质素共沉...

可持续的生物炼制工艺集成了生物质加工、将其分离为目标分子以及转化为高附加值产品的过程1。在第二代生物炼制中，预处理被认为是将生物质分离为其主要组分的关键步骤2。传统的预处理方法采用化学、物理或生物策略，已被广泛应用3。然而，此类预处理被认为是生物炼制过程中成本最高的步骤，且存在其他缺点，如处理时间长、能耗和热耗高以及溶剂杂质等问题4。近年来，低共熔溶剂（DESs）因其性质与离子液体相似3，且具有可生物降解、环境友好、易于合成以及处理后易于回收等优势，被视为绿色溶剂而受到关注5。
DES 是至少一种氢键供体（HBD，例如乳酸、苹果酸或草酸）与一种氢键受体（HBA，例如甜菜碱或氯化胆碱（ChCl））组成的混合物6。HBA与HBD之间的相互作用能够实现一种催化机制，促使化学键断裂，从而导致生物质分级和木质素分离。许多研究人员已报道了基于DES的木质纤维素原料预处理方法，例如采用ChCl-甘油处理玉米芯和玉米秸秆7,8，ChCl-尿素和ChCl-草酸处理小麦秸秆9，ChCl-乳酸处理Eucalyptus锯末10，以及ChCl-乙酸11和ChCl-乙二醇处理木材11。为了提高DES的效率，应将预处理与微波处理相结合，以加速生物质的分级5。许多研究人员已报道了这种联合预处理方法（DES与微波）在木材8以及玉米秸秆、柳枝稷和芒草5上的应用，这为DES在短时间内一步实现木质纤维素分级和木质素提取的能力提供了新的见解。
木质素是一种酚类大分子，可作为生物聚合物生产的原料，并为芳香族单体和寡聚物等化学品的生产提供替代途径12。此外，木质素具有抗氧化和紫外吸收活性13。已有若干研究报道了木质素在化妆品中的应用14,15。将其添加至商用防晒产品中，仅需添加2 wt%的木质素即可使产品的防晒指数（SPF）从SPF 15提升至SPF 30，添加10 wt%时可进一步提高至SPF 5016。本文描述了一种超快速的木质素-碳水化合物裂解方法，该方法通过深共熔溶剂（DES）与微波联合预处理地中海地区生物质实现。这些生物质主要包括农林食品加工业副产物，特别是橄榄果渣和杏仁壳。此外还研究了海洋来源的生物质（如波西多尼亚海草叶片和海藻纤维团）以及森林来源的生物质（如松果和野生草类）。本研究的重点是测试低成本的绿色溶剂，评估该联合预处理对原料组分分离的影响，考察其对木质素纯度和得率的作用，并研究其对提取木质素分子量及化学官能团的影响。

<table><tbody><tr><td>高效液相凝胶渗透色谱</td><td>Agilent 1200 系列</td><td></td><td></td></tr><tr><td>1-甲基咪唑</td><td>Acros organics</td><td></td><td></td></tr><tr><td>2-脱氧-D-葡萄糖（内标）</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>乙酸</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>乙酸酐</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>可调移液器</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>碱</td><td></td><td></td><td>碱提取木质素</td></tr><tr><td>阿拉伯糖（99%）</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>高压灭菌器</td><td>CERTO CLAV (型号 CV-22-VAC-Pro)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>70 &amp;deg;C 水浴</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>硼酸</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>溴甲酚绿</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>催化剂</td><td>CTQ（编码 A22）（1.5 g K&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;SO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt; + 0.045 g CuSO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;·5 H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O + 0.045 g TiO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;)</td><td>Merck</td><td></td></tr><tr><td>离心容器</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>离心机</td><td>BECKMAN COULTER</td><td>Avanti J-E 离心机</td><td></td></tr><tr><td>陶瓷坩埚</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>氯化胆碱 99%</td><td>Acros organics</td><td></td><td></td></tr><tr><td>色谱柱</td><td>Agilent PLGel Mixed C (alpha 3,000 (4.6 &amp;times; 250 mm, 5 &amp;micro;m)，前置保护柱（TSK gel alpha guard column 4.6 mm &amp;times; 50 mm, 5 &amp;micro;m）</td><td></td><td></td></tr><tr><td>色谱柱</td><td>HP1-甲基硅氧烷（30 m, 0.32 mm, 0.25 mm）</td><td></td><td></td></tr><tr><td>坩埚孔径 N&amp;deg;4（过滤坩埚）</td><td>Shott Duran Germany</td><td>boro 3.3</td><td></td></tr><tr><td>去离子水</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>干燥器</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>二甲基甲酰胺</td><td>VWR BDH Chemicals</td><td></td><td></td></tr><tr><td>二甲基亚砜</td><td>Acros organics</td><td></td><td></td></tr><tr><td>锥形瓶</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>乙醇</td><td>Merck (Darmstadtt, Germany)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>瓷质过滤坩埚</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>抽滤瓶</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>傅里叶变换红外光谱</td><td>Vertex 70 Bruker 仪器&lt;br/&gt; 配备衰减全反射（ATR）模块。&lt;br/&gt; 光谱记录范围为 4,000&amp;ndash;400 cm&lt;sup&gt;&amp;minus;1&lt;/sup&gt;，扫描次数 32 次&lt;br/&gt;，分辨率为 4.0 cm&lt;sup&gt;&amp;minus;1&lt;/sup&gt;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>半乳糖（98%）</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>气相色谱</td><td>Agilent (7890 系列)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>100 mL 玻璃瓶</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>带聚四氟乙烯盖的 10 mL 玻璃管（硼硅酸盐）</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>葡萄糖（98%）</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>手套</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>50 mL / 100 mL 量筒</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>H2SO4 Titrisol（0.1 N）</td><td>Merck (Darmstadtt, Germany)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>H2SO4（95-98%）</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td><td>BUCHI R-114</td><td></td></tr><tr><td>配备 1 mm 和 0.5 mm 筛网的锤式研磨机</td><td>Mill Ttecator (瑞典)</td><td>Cyclotec 1093</td><td></td></tr><tr><td>Indulin</td><td></td><td></td><td>原始木质素对照</td></tr><tr><td>凯氏定氮蒸馏装置</td><td>Kjeltec 2300 (Foss)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>凯氏消化管</td><td>FOSS</td><td></td><td></td></tr><tr><td>凯氏消化架</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>凯氏消化炉</td><td>Kjeltec 2300 (Foss)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>凯氏抽吸系统</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lab Chem Station 软件</td><td></td><td></td><td>GC 数据分析</td></tr><tr><td>乳酸</td><td>Merck (Darmstadtt, Germany)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>氯化锂 LiCl</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>甘露糖（98%）</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>甲基红</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>微波消解系统</td><td>START SYNTH MILESTONE 微波实验室系统</td><td></td><td></td></tr><tr><td>微波温度探头</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>微波容器</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>马弗炉</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>NaOH</td><td>Merck (Darmstadtt, Germany)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>无氮滤纸</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Opus</td><td></td><td></td><td>光谱分析软件</td></tr><tr><td>烘箱</td><td>GmbH Memmert SNB100</td><td>Memmert SNB100</td><td></td></tr><tr><td>草酸</td><td>VWR BDH Chemicals</td><td></td><td></td></tr><tr><td>P 1000</td><td></td><td></td><td>碱处理木质素</td></tr><tr><td>pH 试纸</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>精密天平</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>红外光谱</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>石英比色皿</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>鼠李糖（98%）</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>旋转蒸发仪</td><td>Bucher</td><td></td><td></td></tr><tr><td>500 mL 圆底烧瓶</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>硼氢化钠 NaBH4</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>肖特瓶</td><td></td><td></td><td>玻璃瓶</td></tr><tr><td>Sovirel 管</td><td>sovirel</td><td></td><td>硼硅酸盐玻璃管</td></tr><tr><td>刮勺</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>专用管</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>分光光度计</td><td>UV-1800 Shimadzu</td><td></td><td></td></tr><tr><td>灭菌指示胶带</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>聚四氟乙烯包裹的搅拌子</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>磁力搅拌器</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>注射器</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>硼氢化钠</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Titrisol</td><td>Merck</td><td>Merck 109984</td><td>0.1 N H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;SO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;</td></tr><tr><td>尿素</td><td>VWR BDH Chemicals</td><td></td><td></td></tr><tr><td>小瓶</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>2.5 L / 5 L 容量瓶</td><td>Bucher</td><td></td><td></td></tr><tr><td>涡旋振荡器</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>木糖（98%）</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

从非常见地中海木质纤维素残渣中快速提取木质素

Ultrafast Lignin Extraction from Unusual Mediterranean Lignocellulosic Residues

预处理仍然是木质纤维素生物炼制过程中成本最高的步骤。必须通过尽量减少化学品用量以及降低能耗和热耗，并使用环境友好的溶剂，来提高其经济性。低共熔溶剂（DESs）是可持续生物炼制中的关键绿色低成本溶剂。它们是由至少一种氢键供体和一种氢键受体形成的透明混合物，具有低凝固点的特征。尽管低共熔溶剂具有良好的应用前景，但为了实现具有竞争力的盈利能力，有必要将其与经济高效的加热技术（如微波辐射）相结合。微波辐射是一种有前景的策略，因其能够快速达到适宜温度，从而缩短加热时间并促进组分分离。本研究旨在开发一种使用低成本且可生物降解溶剂的一步法快速生物质组分分离与木质素提取方法。
本研究采用微波辅助深共熔溶剂（DES）预处理方法，以三种不同的DES在800 W功率下处理60秒。DES混合物由氯化胆碱（ChCl）与三种氢键供体（HBDs）简单制备而成：一种单羧酸（乳酸）、一种二羧酸（草酸）和尿素。该预处理用于从海洋残余物（波西多尼亚叶和海藻球）、农食副产物（杏壳和橄榄果渣）、林业残余物（松果）以及多年生木质纤维素草本植物（Stipa tenacissima）中进行生物质分级分离并回收木质素。进一步分析了回收木质素的得率、纯度及分子量分布。此外，采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）测定DES对提取木质素中化学官能团的影响。结果表明，ChCl-草酸混合体系可获得最高的木质素纯度但得率最低。本研究表明，DES-微波法是一种超快速、高效且具有成本竞争力的木质纤维素生物质分级分离技术。

图2A-C 显示六种原料提取的木质素产率 图1A-F，经过微波-低共熔溶剂联合预处理后. 结果表明，使用DES1（ChCl-草酸）获得的木质素产率（图2A）低于使用DES2（ChCl-乳酸）和DES3（ChCl-尿素）所获得的产率（图2B, C）。此外，松果（PC）和橄榄果渣（OP）在DES1处理下的木质素得率分别为32.31%和26.04%，在DES3处理下分别为48.72%和43.76%。阿尔法草叶片（A）在DES2处理下的木质素得率显著高于其他所有原料经DES2提取的木质素得率。 图3A-<strong...

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。

预处理仍然是木质纤维素生物炼制过程中成本最高的步骤。必须通过尽量减少化学品需求来降低其成本……

本实验方案的目的是在一个步骤中实现生物质的组分分离和木质素的提取。采用该方法，处理后无需调节pH值，仅需加入蒸馏水，即可通过简单的过滤回收木质素。本研究的重点是评估该联合处理方法对原料组分分离的效果，及其对木质素纯度和得率的影响，同时考察提取所得木质素的分子量和化学官能团的变化。深度共熔溶剂微波法是一种超快速、高效且具有成本竞争力的技术，可用于木质纤维素生物质的分级分离和高纯度木质素的回收。按照文本稿件中的描述，在500毫升圆底烧瓶中配制深度共熔溶剂。然后将5克原料、50毫升深度共熔溶剂和一根搅拌子放入聚四氟乙烯密闭反应器中，置于微波反应器内。用合适的盖子封闭微波容器，并安装温度帽。将其放置在转盘边缘，确保持续震荡，然后运行微波炉一分钟。使用适当的防护手套将容器从微波炉中取出，让混合物冷却。配制均一的反溶剂溶液，并向处理过的原料中加入50毫升该溶液。在3,000 ×g条件下离心混合物5分钟。使用玻璃滤埚过滤上清液。收集剩余的纤维素残渣，加入25毫升反溶剂溶液洗涤，然后离心。将过滤后的富含木质素的组分和过滤后的洗涤液加入500毫升圆底烧瓶中。在50摄氏度和110毫巴条件下，使用旋转蒸发仪蒸发乙醇。然后向浓缩液中加入150毫升去离子水。通过离心沉淀木质素。收集木质素沉淀物，并用25毫升蒸馏水洗涤四次。然后将木质素进行冻干，或在40摄氏度的烘箱中干燥。将滤埚置于马弗炉中，在 550 摄氏度下灼烧 4 小时。当炉温冷却至 150 摄氏度时，取出坩埚并放入干燥器中冷却，然后称重。将约30毫克木质素加入一个硼硅酸盐玻璃试管中。然后向样品中加入1毫升72%硫酸，并将其置于30°C水浴中反应60分钟。取出样品并转移至一个100毫升玻璃瓶中。然后加入28毫升蒸馏水，将酸稀释至4%的浓度。将玻璃瓶放入高压灭菌器中，在121摄氏度下处理60分钟。随后从高压灭菌器中取出瓶子，使其冷却。为分析酸不溶性木质素，使用坩埚在减压条件下过滤水解液，并用去离子水将残留的固体收集至玻璃瓶中。将含有固体的坩埚置于105摄氏度的烘箱中干燥16小时。然后在干燥器中冷却并称量样品。将坩埚放入马弗炉中，在550摄氏度下灼烧4小时。将样品在干燥器中干燥后称重。分析酸溶性木质素时，使用石英比色皿在205纳米波长下用分光光度计测定水解液滤液的吸光度。为分析提取木质素的化学官能团，需在无样品的情况下运行背景单通道进行检测。然后调整参数，将一毫克样品置于晶体上。按下单通道样品键并处理获得的光谱。为测定提取木质素的分子量，将三毫克木质素样品溶解于含有0.5%氯化锂的三毫升DMF中。将溶解的木质素放入小瓶中，并安装带有保护柱的色谱柱。将样品注入高效液相色谱紫外检测系统。分析数据后，按照文本稿件中的描述计算提取木质素的分子量。称取50毫克木质素样品于硼硅酸盐玻璃管中，加入3毫升1摩尔的硫酸。然后在100摄氏度下加热混合物3小时，随后冷却。加入1毫升15摩尔的氢氧化铵，并检测pH值，确保其为中性或碱性。向每个样品中加入1毫升2-脱氧葡萄糖作为内标。然后将400微升该溶液加入含有400微升混合溶液的特制试管中。再加入2毫升硼氢化钠二甲基亚砜溶液。盖上管盖，在40摄氏度水浴中孵育90分钟。将试管从水浴中取出，加入0.6毫升冰醋酸、0.4毫升1-甲基咪唑以及约4毫升醋酸酐。15分钟后，加入10毫升蒸馏水。冷却。加入约三毫升二氯甲烷。两小时后，收集约一毫升下层有机相，并将其注入配备火焰离子化检测器毛细管柱的气相色谱仪中。使用深共熔溶剂一（草酸）得到的木质素产率低于使用深共熔溶剂二（乳酸）和深共熔溶剂三（尿素）所得到的产率。三种生物质预处理方法所得木质素纯度均超过70%，但α叶片、Aegagropila和杏壳经低共熔溶剂三（尿素）预处理时例外，其木质素纯度为65%。最高木质素纯度超过90%，由低共熔溶剂一处理获得。对木质素纯度和产率数据进行主成分分析，结果显示低共熔溶剂一处理与木质素纯度呈正相关，并证实该方法所得木质素纯度最高、产率最低。使用低共熔溶剂三提取的木质素中糖含量最高，其次为溶剂二和溶剂一所得木质素。类似地，深共熔溶剂一提取的木质素中氮含量低于从溶剂二和溶剂三中获得的木质素。还对提取木质素中的糖类类型进行了表征，结果显示D-木糖和D-葡萄糖是含量最丰富的单糖。采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）对提取得到的木质素中的化学官能团进行了分析。本文展示了不同木脂素在 3,500 至 800 个波数范围内的红外光谱。使用第一种和第二种深共熔溶剂提取的木质素光谱显示出非共轭和共轭羰基的伸缩振动峰，而三种商用木脂素（即原始木脂素、烧碱处理木脂素和碱提木脂素）中则未见此类峰。羧酸信号（C=O）表明，在微波辅助深共熔溶剂处理提取和溶解过程中，部分木质素官能团可能与酸发生了共轭反应。这些结果表明，有可能从目前价值较低的地中海生物质中提取高纯度的高附加值木质素，这有助于确定最佳的深共熔溶剂，同时确保木质素的纯度。

ultrafast-lignin-extraction-from-unusual-mediterranean

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科研

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化学

超高速利格宁从不寻常的地中海木质细胞残留物中提取

植物生物质是一种主要的碳中性可再生资源，可用于生物燃料的生产。植物生物质主要由细胞壁组成，是一种结构复杂的复合材料，称为木质纤维素。本文介绍了一种对多酚类木质素含量和组分进行综合分析的实验方案。...

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

介绍了一种基于共聚焦拉曼显微技术的方法，可实现对植物细胞壁中木质素的无标记可视化，并可用于比较不同组织、样品或物种间的木质化程度。...

无标记 原位 植物细胞壁木质化的成像

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

可收集并处理工业废弃物，以分析微生物的生长情况。木质纤维素提取技术可提供用于分析特定生物降解能力的组分。气相色谱-质谱联用技术可用于鉴定在制浆废料上培养的微生物的发酵产物。这些方法可用于确定微生物降解制浆废料的代谢能力。...

促进微生物在造纸厂废液流中生长的方法及培养微生物降解潜力的表征

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

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

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

本研究的目的是利用稀水悬浮液中分离出的纳米纤维素纤维和木质素，通过逐层自组装方法构建合成植物细胞壁组织。 采用石英晶体微天平和原子力显微镜等表面测量技术，监测聚合物-聚合物纳米复合材料的形成过程。...

仿生木材：由纳米纤维素、木质素和合成聚阳离子制备的自支撑薄膜

本文介绍了一种用于制备二氧化硅气凝胶的快速超临界萃取方法。通过使用密闭模具和液压热压机，可在八小时或更短时间内制得整体式气凝胶。...

通过快速超临界萃取法制备二氧化硅气凝胶整料

了解利用低共熔溶剂微波辅助预处理技术从地中海木质生物质中高效提取高纯度木质素的方法。该绿色化学工艺通过一步法实现木质纤维素分离，无需调节pH值，仅需简单过滤即可获得高纯度木质素产物。

从非常见地中海木质纤维素残渣中快速提取木质素

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