CN111793220A - 一种利用丙酮水溶液分离提高玉米秸秆酶水解木质素抗氧化活性的方法 - Google Patents

一种利用丙酮水溶液分离提高玉米秸秆酶水解木质素抗氧化活性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种利用丙酮水溶液分离提高玉米秸秆酶水解木质素抗氧化活性的方法，包括以下步骤：(1)将丙酮和水在室温下按照一定比例混合得到丙酮水溶液；(2)将木质素和步骤(1)所得丙酮水溶液按照一定液比混合；(3)将步骤(2)所得混合溶液在一定转速下室温搅拌一定的时间，离心去除不溶性木质素；(4)将步骤(3)所得的溶液25℃条件下挥发除去溶剂，得到木质素。本发明利用丙酮水溶液对玉米秸秆酶水解木质素进行分离，获得高抗氧化活性的木质素。丙酮分离操作简单、不产生有害物质，为天然抗氧化剂的生产提供有力的技术支持。

Description

一种利用丙酮水溶液分离提高玉米秸秆酶水解木质素抗氧化 活性的方法
技术领域
本发明涉及一种提高木质素抗氧化活性的方法，特别涉及一种利用丙酮水溶液分离提高玉米秸秆酶水解木质素抗氧化活性的方法。
背景技术
木质素是一种丰富的可再生资源，广泛存在于植物纤维原料中。据估计，全球植物每年进行光合作用产生的木质素约五百亿吨，工业生产获得的木质素产量在四千万到五千万吨之间。尽管木质素具有巨大的储量，但大多数木质素仅被作为低价值燃料生产能源。随着人们对可持续资源需求的增大，木质素作为天然可再生的芳香族化合物日益受到重视。因此，提高木质素的性能，拓宽木质素的应用范围，具有广阔的前景和市场价值。
禾本植物的木质素分子是由愈创木基、紫丁香基和对羟苯基3种结构单元通过醚键和碳－碳键连接而成的具有三维结构的无定形高聚物。木质素分子具有三维结构，含有适宜的碳氢比，拥有羟基、羧基、羰基和甲氧基等官能团。然而，木质素存在结构复杂、物理化学性质不均一等问题，很大程度上限制了其应用。研究表明，木质素的化学性质与其分子量和多分散指数有关，而木质素的多分散性会显著影响其应用，因此木质素的分离纯化对于高值化利用显得尤为重要。
木质素中含有大量活性羟基，可以和有机高分子形成氢键，捕捉氧化过程中的自由基，故而木质素有一定的抗氧化性。有研究对木质素的抗氧化性能进行探索，以期将木质素作为天然抗氧化剂。但木质素在结构和分子量上的不均匀性，导致木质素中存在抗氧化活性高和抗氧化活性低的不同组分，降低了木质素样品的整体抗氧化活性。因此，需要采用有效的分离方法获得具有较高抗氧化性能的木质素。常用的木质素分离纯化方法包括酸析法、超滤膜分离法和有机溶剂分离法。与其他分离方法相比，有机溶剂分离法是一种较好的选择，操作简单且溶剂可重复使用。丙酮作为一种低沸点、无硫、易回收的有机溶剂，能溶解大部分木质素，形成均匀稳定的溶解环境。利用丙酮分离木质素，在操作和经济上更有优势。研究表明通过丙酮分离可有效提高木质素的抗氧化活性。
抗氧化剂是一种能结合并稳定自由基的化合物，广泛应用于食品、医药、化工等行业。抗氧化剂通过捕获和中和自由基来防止物体受到氧化等不良影响，主要用于防止或延缓油脂的氧化，避免营养的破坏、褐变和褪色。目前市场上主要的几种合成抗氧化剂包括丁基羟基甲苯(BHT)、丁基羟基茴香醚(BHA)和没食子酸丙酯(PG)等。尽管合成抗氧化剂在市场上占据了重要位置，但仍存在合成路线复杂、成本高、毒性大等问题。天然抗氧化剂毒性远远低于合成抗氧化剂，用木质素等天然多酚部分取代目前的酚类抗氧化剂还可以大幅度降低成本。木质素的酚羟基在氧气等活性物质诱导的反应中起稳定剂的作用，并能延缓复合材料和生物体系的老化。木质素良好的抗氧化性能为其在工业、医药和食品等领域的应用开辟了广阔的前景。
发明内容
本发明的目的是针对原本木质素抗氧化能力弱的问题，发明一种利用丙酮水溶液分离提高玉米秸秆酶水解木质素抗氧化活性的方法，旨在得到抗氧化活性高的木质素。
一种利用丙酮水溶液分离提高玉米秸秆酶水解木质素抗氧化活性的方法，包含以下操作步骤：
(1)将丙酮和水在室温下按照一定比例混合得到丙酮水溶液；
(2)将木质素和步骤(1)所得丙酮水溶液按照一定液比混合；
(3)将步骤(2)所得混合溶液在一定转速下室温搅拌一定的时间，离心去除不溶性木质素；
(4)将步骤(3)所得的溶液25℃条件下挥发除去溶剂，得到木质素。
其中，步骤(1)中所述丙酮为99.5％的分析级丙酮。
其中，步骤(1)中所述配置的丙酮水溶液浓度为30％～50％。
其中，步骤(2)中所用木质素为玉米秸秆的酶解残渣在1％NaOH、液比1:10(m/m)条件下回流1h，产物过滤后所得滤液用pH为1的HCl沉淀制备得到木质素。
其中，步骤(2)中所述液比为1:10(m/m)～1:100(m/m)。
其中，步骤(3)中所述转速为100rpm～400rpm。
其中，步骤(3)中所述的时间为0.5h～2h。
其中，步骤(3)中所述的离心是在4000rpm的离心机下离心5min。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明利用丙酮水溶液对玉米秸秆酶水解木质素进行分离，有效提高了木质素的抗氧化活性。本发明操作简单、不产生有害物质，为天然抗氧化剂的生产提供有力的技术支持。
具体实施方式
为对本发明中的技术方案进行详细描述，以下通过结合实施例来进一步说明，但以下实施例仅是作为本发明的实施方案的例子列举，并不对本发明构成任何限制，本领域技术人员可以理解在不偏离本发明的实质和构思的范围内的修改均落入本发明的保护范围。除非特别说明，以下实施例中使用的试剂和仪器均为市售可得产品。
实施例1
(1)称取15g丙酮和15g水，在室温下混合得到30g浓度为50％的丙酮水溶液；
(2)将0.3g木质素和30g浓度为50％的丙酮水溶液按照1:100(m/m)的比例混合；
(3)将步骤(2)所得混合溶液在室温下用磁力搅拌器以转速400rpm搅拌1h，然后用离心机在4000rpm条件下离心5min，去除不溶性木质素；
(4)将步骤(3)所得的溶液25℃条件下挥发除去溶剂，得到木质素L1。
实施例2
(1)称取4.8g丙酮和7.2g水，在室温下混合得到12g浓度为40％的丙酮水溶液；
(2)将0.3g木质素和12g浓度为40％的丙酮水溶液按照1:40(m/m)的比例混合；
(3)将步骤(2)所得混合溶液在室温下用磁力搅拌器以转速400rpm搅拌1h，然后用离心机在4000rpm条件下离心5min，去除不溶性木质素；
(4)将步骤(3)所得的溶液25℃条件下挥发除去溶剂，得到木质素L2。
实施例3
(1)称取1.2g丙酮和2.8g水，在室温下混合得到4g浓度为30％的丙酮水溶液；
(2)将0.4g木质素和4g浓度为30％的丙酮水溶液按照1:10(m/m)的比例混合；
(3)将步骤(2)所得混合溶液在室温下用磁力搅拌器以转速400rpm搅拌2h，然后用离心机在4000rpm条件下离心5min，去除不溶性木质素；
(4)将步骤(3)所得的溶液25℃条件下挥发除去溶剂，得到木质素L3。
实施例4
(1)称取4g丙酮和4g水，在室温下混合得到8g浓度为50％的丙酮水溶液；
(2)将0.4g木质素和8g浓度为50％的丙酮水溶液按照1:20(m/m)的比例混合；
(3)将步骤(2)所得混合溶液在室温下用磁力搅拌器以转速100rpm搅拌0.5h，然后用离心机在4000rpm条件下离心5min，去除不溶性木质素；
(4)将步骤(3)所得的溶液25℃条件下挥发除去溶剂，得到木质素L4。
实施例5
(1)称取7.2g丙酮和16.8g水，在室温下混合得到24g浓度为30％的丙酮水溶液；
(2)将0.3g木质素和24g浓度30％的丙酮水溶液按照1:80(m/m)的比例混合；
(3)将步骤(2)所得混合溶液在室温下用磁力搅拌器以转速300rpm搅拌0.5h，然后用离心机在4000rpm条件下离心5min，去除不溶性木质素；
(4)将步骤(3)所得的溶液25℃条件下挥发除去溶剂，得到木质素L5。
实施例6
(1)称取4.8g丙酮和7.2g水，在室温下混合得到12g浓度为40％的丙酮水溶液；
(2)将0.2g木质素和12g浓度为40％的丙酮水溶液按照1:60(m/m)的比例混合；
(3)将步骤(2)所得混合溶液在室温下用磁力搅拌器以转速100rpm搅拌1h，然后用离心机在4000rpm条件下离心5min，去除不溶性木质素；
(4)将步骤(3)所得的溶液25℃条件下挥发除去溶剂，得到木质素L6。
检测——抗氧化活性的表征方法
实验步骤：
(1)溶液配制
DPPH溶液配制：取2.5mgDPPH固体加入100mL无水乙醇中，配制成25mg/L的DPPH溶液，在黑暗条件下保存备用。
标准样品配制：取0.1mL的二氧六环/水(9/1，v/v)溶液，加入3.9mL的DPPH溶液。
样品溶液配制：将木质素样品加入二氧六环/水(9/1，v/v)中，制备0.02mg/mL的木质素溶液。
(2)测吸光度
取配置的样品溶液0.1mL，加入3.9mL的DPPH溶液混合，在室温黑暗中保存30min。用紫外可见光谱仪测定混合物在517n m处的吸光度，每个样品进行三次测定。用以下公式计算DPPH自由基清除活性(RSA)：
RSA(％)＝(A0-A1)/A0×100
其中A0是标准样品的吸光度，A1代表木质素样品溶液的吸光度。
(3)实验结果
计算原木质素与分离木质素浓度为0.02mg/mL时对DPPH自由基的清除活性。
表1为原木质素(R)与实施例中的分离木质素浓度为0.02mg/mL时对DPPH自由基的清除活性(RSA)
样品 R L1 L2 L3 L4 L5 L6
RSA(％) 31.3 34.7 56.6 35 62.1 40.9 62.1
通过对比实施例的数据可以看出，丙酮水溶液分离得到的木质素的抗氧化活性均高于原木质素。利用丙酮水溶液分离可有效提高玉米秸秆酶水解木质素抗氧化活性最高值达62.1％，明显高于原料的31.3％。

Claims (8)

1.一种利用丙酮水溶液分离提高玉米秸秆酶水解木质素抗氧化活性的方法，包含以下操作步骤：
(1)将丙酮和水在室温下按照一定比例混合得到丙酮水溶液；
(2)将木质素和步骤(1)所得丙酮水溶液按照一定液比混合；
(3)将步骤(2)所得混合溶液在一定转速下室温搅拌一定的时间，离心去除不溶性木质素；
(4)将步骤(3)所得的溶液25℃条件下挥发除去溶剂，得到木质素。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中所述丙酮为99.5％的分析级丙酮。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中所述配置的丙酮水溶液浓度为30％～50％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中所用木质素为玉米秸秆的酶解残渣在1％NaOH、液比1:10(m/m)条件下回流1h，产物过滤后所得滤液用pH为1的HCl沉淀制备得到木质素。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中所述液比为1:10(m/m)～1:100(m/m)。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中所述转速为100rpm～400rpm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中所述的时间为0.5h～2h。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中所述的离心是在4000rpm的离心机下离心5min。
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