NaOH/尿素低溫溶解法測(cè)定煙梗木質(zhì)素含量的研究

孔浩輝,李秀麗,黃翼飛,紀(jì)楷濱,3,樓宏銘,4,邱學(xué)青,4,楊東杰

1廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心,廣州,廣東,5101385；

2華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院,廣州,廣東,510641；

3廣州市質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院,廣州,廣東,510110；

4制漿造紙工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州,廣東,510641

NaOH/尿素低溫溶解法測(cè)定煙梗木質(zhì)素含量的研究

孔浩輝1,李秀麗2,黃翼飛1,紀(jì)楷濱2,3,樓宏銘2,4,邱學(xué)青2,4,楊東杰2

1廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心,廣州,廣東,5101385；

2華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院,廣州,廣東,510641；

3廣州市質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院,廣州,廣東,510110；

4制漿造紙工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州,廣東,510641

建立了一種準(zhǔn)確測(cè)定煙梗木質(zhì)素含量的新方法。用低溫NaOH/尿素水溶液抽提煙梗,除去糖類(lèi)等雜質(zhì),然后在優(yōu)化條件（硫酸濃度17.5 %、液固比80 mL·g-1、酸解溫度100 ℃、酸解時(shí)間30 min）下采用酸處理打斷煙梗中木質(zhì)素與纖維素等組份之間的化學(xué)鍵,并得到酸溶木質(zhì)素,殘?jiān)M(jìn)一步用低溫NaOH/尿素水溶液處理,溶解纖維素、半纖維素等天然高分子物質(zhì),得到酸不溶木質(zhì)素。酸溶木質(zhì)素采用分光光度法在325 nm處測(cè)定,酸不溶木質(zhì)素采用灼燒法測(cè)定。本方法RSD小于3%,準(zhǔn)確度良好,且減少了有機(jī)溶劑預(yù)處理和濃硫酸處理,提高了測(cè)試的安全性。

煙梗；木質(zhì)素；氫氧化鈉/尿素水溶液；低溫溶解；酸處理

木質(zhì)素是僅次于纖維素的一種最豐富的高分子,廣泛存在于各種植物的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)中[1-2]。木質(zhì)素是由三種苯丙烷基單體經(jīng)酶脫氫聚合形成的酚型三維網(wǎng)狀高分子,填充在細(xì)胞壁的微纖絲之間,能夠減少纖維素和半纖維素等組份遭受微生物及其分泌的酶的侵害[1-2]。從分子結(jié)構(gòu)可以看出,木質(zhì)素是煙葉中主要的芳香族組分,因而也可能是焦油中稠環(huán)芳烴類(lèi)、芳香胺等有害物質(zhì)的主要來(lái)源。木質(zhì)素?zé)峤獾漠a(chǎn)物中含有兒茶酚和烷基兒茶酚,可引起澀口且有促癌活性[3-4]。深入研究煙葉中木質(zhì)素的含量、分布及其結(jié)構(gòu),掌握煙葉木質(zhì)素在燃吸條件下的反應(yīng)機(jī)理并建立減少有害物質(zhì)生成的調(diào)控途徑,對(duì)于煙草行業(yè)的“降焦、減害、保香”具有深遠(yuǎn)意義。

目前,測(cè)定木本類(lèi)植物、紙漿原料和產(chǎn)品中木質(zhì)素含量的方法主要是硫酸法[5-10]。而煙葉的化學(xué)組成復(fù)雜,包括纖維素、半纖維素、淀粉等糖類(lèi)、木質(zhì)素、氨基酸/蛋白質(zhì)、脂質(zhì)類(lèi)、醇類(lèi)、酯類(lèi)、雜環(huán)類(lèi)、生物堿、酶類(lèi)、有機(jī)酸、酚類(lèi)、色素、礦物質(zhì)、水等[11-12],這些組份會(huì)干擾硫酸法測(cè)定木質(zhì)素含量的準(zhǔn)確度。洗滌劑法[13]在硫酸法的基礎(chǔ)上做了一些改進(jìn),首先采用有機(jī)溶劑抽提除去煙草中的脂類(lèi)等物質(zhì),然后采用酸性洗滌劑除去煙草中的糖類(lèi)、脂肪、蛋白質(zhì)以及半纖維素等成分,最后采用72 %的硫酸除去纖維素,剩下的固體即為煙草酸洗木質(zhì)素。由于木質(zhì)素在酸性條件下會(huì)發(fā)生一定程度的降解形成酸溶木質(zhì)素,洗滌劑法測(cè)定木質(zhì)素含量的過(guò)程忽略了酸溶木質(zhì)素的測(cè)定,因此,采用洗滌劑法測(cè)定的煙草木質(zhì)素的含量不能代表煙葉中總木質(zhì)素的含量。

NaOH (LiOH)/尿素（硫脲）體系（一般是在-8～-12℃下的7%氫氧化鈉和12%尿素水溶液）是武漢大學(xué)張俐娜院士團(tuán)隊(duì)發(fā)明的用于低溫溶解纖維素、甲殼素及聚苯胺等頑固大分子的“綠色”溶劑[14-17]。深入研究[18]表明,NaOH/尿素低溫溶解纖維素的機(jī)理是在低溫下氫氧化鈉水合物與纖維素上羥基通過(guò)氫鍵驅(qū)動(dòng)自組裝形成包合物,從而破壞纖維素原有的分子內(nèi)和分子間氫鍵,由此把纖維素分子帶入水溶液中,形成透明的纖維素溶液。除了纖維素,半纖維素和小分子的木質(zhì)素也可以溶于低溫的NaOH/尿素體系,但是與植物細(xì)胞壁聯(lián)接的木質(zhì)素網(wǎng)絡(luò)卻不溶于這個(gè)溶劑體系[19-20]。

本文基于低溫的NaOH/尿素水溶液對(duì)纖維素、半纖維素等天然高分子的優(yōu)越溶解能力,結(jié)合稀酸法打斷煙梗中木質(zhì)素與纖維素等組份之間的化學(xué)鍵連接,同時(shí)測(cè)定了酸溶木質(zhì)素和酸不溶木質(zhì)素的含量,建立了NaOH/尿素低溫溶解法測(cè)定煙梗木質(zhì)素含量的新方法。本文還優(yōu)化了酸解工藝,評(píng)價(jià)了該方法的準(zhǔn)確性和精確性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

原料和試劑：煙葉分別來(lái)自廣東,四川和貴州三個(gè)地區(qū),X2F等級(jí)煙梗由廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心提供。NaOH/尿素體系由質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%的NaOH和12 %的尿素組成。硫酸,氫氧化鈉和尿素均為分析純,廣州化學(xué)試劑廠。

1.2 氫氧化鈉/尿素低溫溶解法測(cè)定煙草木質(zhì)素含量的實(shí)驗(yàn)原理和步驟

實(shí)驗(yàn)原理：首先采用纖維素溶解的最佳條件,將8 %氫氧化鈉/12 %尿素水溶液在低溫下（-10℃）對(duì)煙梗粉末進(jìn)行抽提,除去其中的水溶性糖類(lèi)物質(zhì)等雜質(zhì)；然后采用稀酸處理,打斷木質(zhì)素和半纖維素以及纖維素之間的連接鍵,并除去部分半纖維素和纖維素[21-22]；最后,再次使用第一步相同的條件,用氫氧化鈉/尿素水溶液低溫溶解纖維素和半纖維素,剩余的固體即是酸不溶木質(zhì)素。

圖1 氫氧化鈉/尿素低溫溶解法測(cè)定煙梗木質(zhì)素含量流程圖Fig.1 Procedure of determination of lignin content in tobacco stem by NaOH/Urea method

實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）將待測(cè)煙梗樣品在50 ℃下干燥24 h,磨粉（微型植物試樣粉碎機(jī),FZ102,河北省黃驊市齊家務(wù)科學(xué)儀器廠）,過(guò)篩（60目）,得到煙梗粉,并根據(jù)煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（YT/C 31-1996）測(cè)定煙梗粉的含水量（記作W%）；

（2）稱(chēng)取一定量的煙梗粉(記作m1),以液固比25 mL·g-1加入到預(yù)先冷卻至-10 ℃的氫氧化鈉/尿素水溶液中,在-8～-12 ℃下攪拌30 min,用600目濾布抽濾得到濾液A,固體經(jīng)水洗至中性即得預(yù)處理后的煙梗粉（固體A）；

（3）將固體A以液固比80 mL·g-1加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.5%的硫酸溶液中,在100 ℃攪拌反應(yīng)30 min,離心分離,得到濾液B和固體B,濾液B用于測(cè)定酸溶木質(zhì)素含量；將固體B水洗至中性,分別用100 mL丙酮洗滌3次后干燥。干燥后的固體加入100 mL已經(jīng)預(yù)先冷卻至-10 ℃的氫氧化鈉/尿素溶液中,于-8～-12 ℃下攪拌30 min,采用600目濾布抽濾,得到濾液C和殘?jiān)?殘?jiān)?jīng)水洗至中性并用定量濾紙過(guò)濾,將濾紙和濾渣在105 ℃下干燥至恒重得到固體C。將干燥后定量濾紙和濾渣轉(zhuǎn)移到坩堝中,放入馬弗爐,在800 ℃下灼燒4 h,剩余固體即為煙草木質(zhì)素中的灰分。通過(guò)灼燒前后質(zhì)量之差再減去定量濾紙的質(zhì)量即為煙梗酸不溶木質(zhì)素的質(zhì)量（記作m2）。

（4）取步驟（3）中的濾液B稀釋25倍后測(cè)定在325 nm處的紫外吸光度,通過(guò)酸溶木質(zhì)素標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算得到酸溶木質(zhì)素的含量。酸溶木質(zhì)素含量的計(jì)算公式如下：

式中,A325nm—濾液在紫外325 nm處的吸光度；

D—濾液的稀釋倍數(shù),25；

V—濾液的體積,L；

m1—煙梗樣品的質(zhì)量,mg。

將酸溶木質(zhì)素的含量和酸不溶木質(zhì)素的含量相加得到基于煙梗干基的木質(zhì)素總含量。

1.3 紫外吸收光譜測(cè)試

將濾液稀釋一定倍數(shù)后用紫外可見(jiàn)光譜儀（島津UV-1601PC型）掃描,波長(zhǎng)范圍是190-700 nm,掃描間距為0.5 nm/1nm。

1.4 糖分測(cè)試

酸不溶木質(zhì)素上聯(lián)接的糖份酸解后用高效離子交換色譜測(cè)定。具體方法參照文獻(xiàn)[23]：將煙草酸不溶木質(zhì)素加入6%的硫酸溶液中,在105 ℃下反應(yīng)2.5 h,過(guò)濾,將濾液的pH值調(diào)節(jié)到中性后稀釋30倍,采用離子交換色譜（DIONEX ICS-3000）檢測(cè)濾液中單糖含量。采用美國(guó)ANASTAR公司的色譜工作站；色譜分析柱：CarboPac PA1(2×250 mm)；保護(hù)柱：CarboPac PA1(2×50 mm)；淋洗液：0.001 mol NaOH- 0.05 mol NaAc；體積流量：0.650 mL·min-1; 進(jìn)樣體積：10 μL；柱溫：30 ℃；檢測(cè)器：脈沖安培檢測(cè)器?？梢苑蛛x測(cè)定阿拉伯糖、葡萄糖、木糖、甘露糖、半乳糖、葡萄糖酸和半乳糖酸等的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 氫氧化鈉/尿素低溫溶解法測(cè)定煙梗木質(zhì)素含量的工藝分析

2.1.1 氫氧化鈉/尿素低溫預(yù)處理濾液的紫外吸收光譜分析

本文用NaOH/尿素體系在-10 ℃下抽提經(jīng)干燥粉碎后的X2F煙梗以去除可溶性物質(zhì)或者以氫鍵聯(lián)接的細(xì)胞壁組成物質(zhì),流程如圖1所示。抽濾得到濾液A的紫外吸收光譜如圖2所示。從圖2可見(jiàn),經(jīng)冷凍至-10 ℃的NaOH/尿素體系在211 nm和239 nm處有兩個(gè)明顯的吸收峰,在NaOH/尿素溶液中加入由麥草堿木質(zhì)素經(jīng)過(guò)進(jìn)一步提純的Klason木質(zhì)素[6]后,木質(zhì)素濃度為0.12 g·L-1,239 nm處的吸收峰明顯增強(qiáng)；而濾液A和濾液C在240 nm附近沒(méi)有明顯的吸收峰。這表明濾液A和C中不含有木質(zhì)素,也就是說(shuō)NaOH/尿素體系對(duì)煙梗粉末的抽提過(guò)程不會(huì)使煙梗的的木質(zhì)素溶出,不會(huì)影響煙梗木質(zhì)素含量的測(cè)定。

圖2 煙梗濾液A和濾液C的紫外吸收光譜圖Fig.2 UV-vis spectra of filtrate A and C of tobacco stem treated by NaOH/urea method

另外,濾液A的紫外吸收峰藍(lán)移以及240 nm吸收峰的消失可能與尿素分子和氫氧化鈉水合物與煙梗溶出物形成包合物有關(guān)。因?yàn)槟蛩胤肿雍蜌溲趸c水合物可以通過(guò)氫鍵包合淀粉、醇類(lèi)、有機(jī)酸等物質(zhì)[18,24-26]。

2.1.2 酸解濾液的紫外吸收光譜分析

煙梗木質(zhì)素在酸處理過(guò)程會(huì)部分降解溶于酸溶液中,這部分木質(zhì)素被稱(chēng)為酸溶木質(zhì)素。從圖3可見(jiàn),煙梗的酸處理濾液B的紫外吸收光譜在207 nm和278 nm處有兩個(gè)吸收峰。由于纖維素和半纖維素在強(qiáng)酸條件下容易降解成羥甲基糠醛和糠醛[9-10,27],而糠醛在280 nm附近有很強(qiáng)的吸收峰,因此美國(guó)紙漿與造紙技術(shù)協(xié)會(huì)（Tappi）[8]、中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[5]都選用205 nm附近的吸收峰來(lái)測(cè)定酸溶木質(zhì)素含量。這種酸溶木質(zhì)素的測(cè)定方法適用于木材及紙漿等原料,對(duì)于草類(lèi)原料會(huì)產(chǎn)生較大的偏差[10]。由于煙葉富含酶等蛋白質(zhì)和氨基酸,在酸性條件下蛋白質(zhì)容易成氨基酸,而大部分氨基酸在小于220 nm區(qū)域有紫外吸收。如圖3所示,牛血清蛋白稀酸溶液在200 nm附近有很強(qiáng)的吸收,因此對(duì)選用205 nm的紫外吸光度來(lái)測(cè)定酸溶木質(zhì)素會(huì)產(chǎn)生干擾。為了減少糠醛、羥甲基糠醛及蛋白質(zhì)等雜質(zhì)的干擾,本文選用325 nm處的吸光度來(lái)測(cè)定酸溶木質(zhì)素含量。

圖3 濾液B、糠醛和BSA的紫外光譜圖Fig.3 UV-vis spectra of filtrate B, furfural and BSA

圖4 濾液B中酸溶木質(zhì)素的標(biāo)準(zhǔn)曲線圖Fig.4 The standard curve of acid soluble lignin in filtrate B

選取麥草堿木質(zhì)素經(jīng)過(guò)硫酸酸析過(guò)濾干燥得到粗木質(zhì)素,為了制備純度較高的木質(zhì)素基準(zhǔn)物,將粗木質(zhì)素采用硫酸法[7]進(jìn)一步除去纖維素和半纖維,過(guò)濾,50 ℃真空干燥24 h,并將其至于球磨機(jī)中球磨4 h,以增加木質(zhì)素基準(zhǔn)物在稀酸水解過(guò)程的酸溶木質(zhì)素,球磨過(guò)后的麥草木質(zhì)素作為制定酸溶木質(zhì)素標(biāo)準(zhǔn)曲線的原料。標(biāo)準(zhǔn)曲線的過(guò)程為：將上述麥草木質(zhì)素基準(zhǔn)物溶于稀酸溶液中,以相同的稀酸水解工藝（硫酸濃度為17.5 %、液固比為80 mL·g-1、酸解溫度為100 ℃、酸解時(shí)間為30 min）部分溶于酸中,通過(guò)失重法標(biāo)定其質(zhì)量濃度,用相同濃度的稀酸稀釋后測(cè)定其在325 nm處的吸光度,根據(jù)木質(zhì)素濃度和吸光度的關(guān)系擬合出酸溶木質(zhì)素的標(biāo)準(zhǔn)曲線,結(jié)果如圖4和式（2）所示,其中R2＝0.99948。

2.2 酸解工藝參數(shù)的優(yōu)化

由于在植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)中,木質(zhì)素與纖維素和半纖維素通過(guò)化學(xué)鍵形成木質(zhì)素－碳水化合物的復(fù)合物（LCC）[28-30],因此必須打斷木質(zhì)素與碳水化合物之間的化學(xué)鍵才能使木質(zhì)素得以分離,其中酸水解是常用的方法[28]。本文在固定酸解溫度的前提下考察了酸濃度、酸解時(shí)間和固液比等因素對(duì)酸水解效果的影響。

2.2.1 酸濃度對(duì)木質(zhì)素含量檢測(cè)值的影響

首先固定硫酸和煙梗溶液的比例（液固比）是80 mL·g-1,反應(yīng)溫度是100 ℃,反應(yīng)時(shí)間為30 min,考察硫酸濃度對(duì)煙梗木質(zhì)素含量檢測(cè)值的影響,結(jié)果如圖5所示。

圖5 硫酸濃度對(duì)煙梗木質(zhì)素含量檢測(cè)值的影響Fig.5 Effect of sulfuric acid concentration on determination of contents of acid-insoluble lignin and acid-soluble lignin in tobacco stem

從圖5可以看出,當(dāng)硫酸濃度從5 %增至17.5 %時(shí),酸不溶木質(zhì)素含量檢測(cè)值從2.85 %降至1.50 %,說(shuō)明隨著硫酸濃度的增加,木質(zhì)素和纖維素、半纖維素之間化學(xué)鍵不斷地?cái)嗔?纖維素和半纖維素的去除越來(lái)越徹底；當(dāng)硫酸濃度從10 %增至17.5 %,酸溶木質(zhì)素含量檢測(cè)值基本不變,說(shuō)明這個(gè)過(guò)程木質(zhì)素的降解沒(méi)有加劇的趨勢(shì)。Heitz等[31]研究表明,木糖的降解產(chǎn)物糠醛、乙酸等在濕解的條件下易于自身縮合,或同木質(zhì)素縮合生成和木質(zhì)素有相似組成的物質(zhì),常被稱(chēng)為“類(lèi)木質(zhì)素”,所以導(dǎo)致酸不溶木質(zhì)素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加。當(dāng)硫酸濃度進(jìn)一步增加到25 %時(shí),酸溶木質(zhì)素和酸不溶木質(zhì)素含量都增大,這是因?yàn)殡S著酸濃度的增加,碳水化合物發(fā)生炭化的同時(shí)木質(zhì)素的降解程度也變大了。

結(jié)果表明,針對(duì)煙梗木質(zhì)素的測(cè)定,酸處理時(shí)硫酸的濃度應(yīng)該為17.5 %。

2.2.2 酸解時(shí)間對(duì)木質(zhì)素含量測(cè)定的影響

其次,在硫酸的濃度為17.5 %、反應(yīng)溫度是100℃、液固比為80 mL·g-1的條件下,考察了酸處理時(shí)間對(duì)煙梗木質(zhì)素含量測(cè)定的影響,結(jié)果如圖6所示。

圖6 酸解時(shí)間對(duì)煙梗木質(zhì)素含量測(cè)定結(jié)果的影響Fig.6 Effect of acid treatment time on determination of contents of acid-insoluble lignin and acid-soluble lignin in tobacco stem

從圖6可以看出,隨著酸處理時(shí)間的從15 min增加到30 min時(shí),酸不溶木質(zhì)素從1.9 %下降至1.3 %,說(shuō)明這個(gè)過(guò)程木質(zhì)素和半纖維素及纖維素之間的化學(xué)鍵不斷發(fā)生斷裂；隨著酸處理時(shí)間從30 min延長(zhǎng)至45 min,酸不溶木質(zhì)素和酸溶木質(zhì)素含量不再下降,說(shuō)明半纖維素和纖維素去除比較完全；隨著酸處理時(shí)間再延長(zhǎng)至60 min,總木質(zhì)素含量保持不變,說(shuō)明在硫酸濃度為17.5%時(shí)煙草中的碳水化合物不會(huì)發(fā)生炭化,但是出現(xiàn)酸不溶木質(zhì)素含量下降而酸溶木質(zhì)素含量上升的現(xiàn)象,這是由于100 ℃下,17.5 %的硫酸會(huì)使木質(zhì)素發(fā)生降解,因此酸處理時(shí)間以30～45 min為宜。

對(duì)比圖5中優(yōu)化條件下煙梗木質(zhì)素的含量（2.72 %）,圖6得到煙梗木質(zhì)素含量（3.0 %）偏高,其原因是圖6所用的液固比偏低,導(dǎo)致酸解不夠充分。

2.2.3 酸解液固比對(duì)木質(zhì)素含量測(cè)定的影響

在固定硫酸的濃度為17.5 %、反應(yīng)溫度是100 ℃、反應(yīng)時(shí)間是30 min的前提下,考察了液固比對(duì)煙梗木質(zhì)素含量測(cè)定的影響,結(jié)果如圖7所示。

圖7 酸解液固比對(duì)煙草木質(zhì)素含量測(cè)定結(jié)果的影響Fig.7 Effect of liquid-to-solid ratio on determination of contents of acid-insoluble lignin and acid-soluble lignin in tobacco stem

從圖7可以看出,當(dāng)液固比從30 mL·g-1增至100 mL·g-1時(shí),酸不溶木質(zhì)素的含量從1.73 %降至1.46 %,酸溶木質(zhì)素的含量從1.29 %增至1.32 %,總木質(zhì)素含量從3.00 %降至2.77 %,說(shuō)明液固比增加有利于纖維素和半纖維素等碳水化合物的水解,同時(shí)也促進(jìn)了木質(zhì)素的降解。當(dāng)液固比從60 mL·g-1增至100 mL·g-1時(shí),酸不溶木質(zhì)素略有降低,酸溶木質(zhì)素略有增加,而總木質(zhì)素含量基本保持不變,因此確定酸解的液固比是 80 mL·g-1。

綜合上述研究結(jié)果確定了優(yōu)化的酸解條件為：硫酸濃度為17.5 %、液固比為80 mL·g-1、酸解溫度為100 ℃、酸解時(shí)間為30 min。

2.3 NaOH/尿素低溫溶解法的準(zhǔn)確性和精確性分析

從圖1分析可知,濾液A和濾液C中不含有木質(zhì)素；濾液B中的酸溶木質(zhì)素已經(jīng)通過(guò)325 nm處的紫外吸光度來(lái)測(cè)定。因此,酸不溶木質(zhì)素中的雜質(zhì)含量將直接影響測(cè)試的準(zhǔn)確性。為了測(cè)定氫氧化鈉/尿素低溫溶解法得到木質(zhì)素中糖類(lèi)物質(zhì)的含量,首先將得到的固體C進(jìn)行酸解,然后通過(guò)高效離子交換色譜測(cè)定其糖份含量,結(jié)果如表1所示。

表1 煙梗酸不溶木質(zhì)素糖分含量Tab.1 The carbohydrate content in acid-insoluble lignin of tobacco stem

從表1可見(jiàn),酸不溶木質(zhì)素中葡萄糖含量為1.39 %,而半乳糖、木糖和甘露糖含量都低于儀器的檢出限（＜0.14 %）,這說(shuō)明氫氧化鈉/尿素低溫溶解法的工藝過(guò)程能夠使煙梗中的纖維素和半纖維素去除較完全,酸不溶木質(zhì)素中殘留的纖維素和半纖維素很少。同時(shí)結(jié)合前文可知,由于木質(zhì)素在NaOH/尿素抽提過(guò)程沒(méi)有因?yàn)槿艹龆斐蓳p失。因此NaOH/尿素低溫溶解法測(cè)定的木質(zhì)素含量是準(zhǔn)確的。

在優(yōu)化的酸解條件下,對(duì)同一個(gè)樣品采用NaOH/尿素低溫溶解法平行測(cè)定3次,實(shí)驗(yàn)結(jié)果和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）如表2所示。

表2 NaOH/尿素低溫溶解法測(cè)定的煙梗木質(zhì)素含量及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差Tab.2 Lignin contents and relative standard deviations of tobacco stems measured by NaOH/urea method

從表2可以看出,對(duì)于同一地區(qū)而言,煙草植株上部煙梗的木質(zhì)素含量都是最高,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于3 %,說(shuō)明本方法的重復(fù)性好,具有很好的精密度。

3 結(jié)論

（1）本實(shí)驗(yàn)基于煙梗中纖維素、半纖維素等組份能溶于低溫的NaOH/尿素體系的原理,首先采用氫氧化鈉/尿素低溫處理煙梗粉,然后通過(guò)稀酸水解法破壞煙梗中木質(zhì)素與纖維素、半纖維素等碳水化合物的化學(xué)鍵,最后再次采用NaOH/尿素低溫溶解的方法去除纖維素和半纖維素等組份得到酸不溶木質(zhì)素。

（2）通過(guò)測(cè)定酸解液在325 nm的紫外吸光度測(cè)定酸溶木質(zhì)素的含量,不但避免糠醛和羥甲基糠醛等在280 nm處的干擾,同時(shí)避免煙梗蛋白質(zhì)等組份在205 nm附近的干擾。因此酸溶木質(zhì)素的測(cè)定更加準(zhǔn)確。

（3）通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究確定了煙梗酸處理過(guò)程的優(yōu)化參數(shù)：硫酸濃度為17.5 %、液固比為80 mL·g-1、酸解溫度為100 ℃、酸解時(shí)間為30 min。

（4）NaOH/尿素低溫溶解法測(cè)定煙梗木質(zhì)素的含量準(zhǔn)確性和精密度良好,減少了有機(jī)溶劑預(yù)處理和濃硫酸處理,提高了測(cè)試的安全性。

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Determination of lignin in tobacco stem by NaOH/urea dissolving method at low temperature

KONG Haohui1,LI Xiuli2,HUANG Yifei1,JI Kaibin2,3,LOU Hongming2,4,QIU Xueqing2,4,YANG Dongjie2
1 Technology Center, China Tobacco Guangdong Industrial Co., Ltd., Guangzhou 510385, China；
2 School of Chemistry and Chemical Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510641, China；3 Guangzhou Quality Supervision and Inspection Research Institute, Guangzhou 510110, China；
4 State Key Laboratory of Pulp and Paper Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510641, China

A novel method to determine lignin content in tobacco leaf stems was developed.Leaf stems were extracted by NaOH/urea aqueous solution at low temperature to remove saccharides and other impurities.Acid treatment was carried out to break chemical bonds between lignin and cellulose/hemicellulose and obtain acid-soluble lignin under optimized conditions, i.e.100℃ for 30min with sulfuric acid of 17.5 % and liquid-to-solid ratio of 80 mL·g-1.Residual was further treated by NaOH/urea aqueous solution to resolve highmolecular compound such as cellulose/hemicelluloses, and acid-insoluble lignin was thus obtained.Acid-soluble lignin was determined by UV absorbance at 325 nm,and acid-insoluble lignin was determined by combustion method.The RSD of lignin determination was below 3%.Organic solvent and concentrated sulfuric acid pretreatment was avoided, which improved the security of operations.

tobacco leaf stem; lignin; sodium hydrate/urea aqueous solution; dissolve at low temperature; acid treatment

10.3969/j.issn.1004-5708.2014.03.002

TS411 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1004-5708（2014）03-0009-07

廣東中煙項(xiàng)目“煙草木質(zhì)素的含量與結(jié)構(gòu)特征研究”（粵煙工 [2011]科字第008號(hào)）

孔浩輝（1974—）,男,碩士,高工,主要從事煙草、煙用材料和香料香精分析與研究工作,Tel:020-81233858,Email:konghh@gdzygy.com

邱學(xué)青（1965—）,男,博士,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事木質(zhì)素的基礎(chǔ)研究和資源化高效利用,Tel:020-87114722,Email:xueqingqiu66@163.com

2013-11-23