利用碱法和有机溶剂法提取甘草渣木质素

江苏农业科学２０１４年第４２卷第２期　・———２２３－・——　赵俭波，陈新萍．利用碱法和有机溶剂法提取甘草渣木质素［Ｊ］．江苏农业科学，２０１４，４２（２）：２２３—２２５　利用碱法和有机溶剂法提取甘草渣木质素　赵俭波，陈新萍　（塔里木大学生命科学学院，新疆阿拉尔８４３３００）　摘要：以甘草渣为原料，采用碱法和有机溶剂法２种方法，用氢氧化钠、氨水、丙酮、乙二醇４种溶剂提取木质素，　这４种溶剂的提取率分别为：１７．２５％、５．７５％、１１．５４％、１２．６０％。测定了木质素ＰＴ—ＩＲ光谱图。采用乙酰化法和差　示光度法测定了总羟基和酚羟基含量。结果表明：有机溶剂法提取的木质素活性基团含量更高。采用凝胶渗透色谱　（ＧＰＣ）测定了用氢氧化钠和丙酮提取的木质素分子量及分子量分布，分析显示：用丙酮提取的木质素分子量更小、分　布更窄。　关键词：甘草渣；木质素；碱法；有机溶剂法　中图分类号：ＴＱｏ２８．９；Ｒ２８４．２　文献标志码：Ａ　文章编号：１００２—１３０２（２０１４）０２—０２２３—０３　木质素又称木素（１ｉｇｎｉｎ），是植物体次生代谢过程中合成　的一种天然有机高分子物质，在自然界中的含量仅次于纤维　素…“。）。木质素结构中存在多种官能团，如甲氧基　布于三北地区（东北、华北和西北），以新疆、甘肃、宁夏和内　蒙古为中心产区　。目前对甘草的研究较多集中在药理方　面，如提取甘草酸、甘草次酸等的研究或者关于甘草的药理活　性机制等方面的研究　。　甘草渣是用甘草提取甘草酸或甘草浸膏后的剩余物，目　前，甘草渣主要用作生物有机肥、饲料添加剂或者用来提取甘　草黄酮　。如果能够利用甘草渣来提取木质素并加以开发　利用，特别是用来替代石油化工产品以制备新材料，对于提高　甘草渣的附加值有重大意义。本研究选用甘草渣作为原料，　采用碱法和有机溶剂法，以氢氧化钠、氨水、丙酮和乙二醇为　溶剂从甘草渣中提取木质素，进一步测定木质素官能团的含　量、分子量及分子量分布。　１材料与方法　１．１仪器与试剂　（一０ｃＩ｛３）、羟基（一０Ｈ）、羰基（一ｃ０）等，它们在木质素中　的含量除了与木质素的种类有关外，还与木质素的提取方法　有关。木质素结构中的羟基主要有２种类型：一种是存在于　木质素结构单元苯环上的酚羟基；另一种是木质素结构单元　侧链上的脂肪族醇羟基；这些羟基既可以以游离的羟基存在，　又可以与其他烷基或芳基连接成醚。正是由于多种官能团的　存在，因此木质素能发生多种化学反应，目前国内外已经开发　的木质素产品达千余种，主要有合成树脂、胶黏剂、土壤改良　剂、农药缓释剂、橡胶补强剂、染料分散剂、水泥减水剂、自由　基清除剂等　］，因此木质素在化学化工生产中具有重要的　应用价值。　甘草（Ｇｌｙｃｙｒｒｈ＆ａ　ｌＡｎｎ．）属于豆科甘草属灌木状多年生　草本植物，是重要的中草药，享有“中草药之王”的美誉。甘　草广泛分布于４０。Ｎ左右的干旱、半干旱区域，在我国集中分　ＨＬＣ一８３２０ＧＰＣ凝胶渗透色谱仪；Ｃａｒｙ　１００紫外一可见　分光光度计；ＦｒＩＲ一８４００Ｓ傅里叶变换红外光谱仪；电子天　平；Ｗ２—１８０ＳＰ旋转蒸发仪；数显鼓风干燥箱；精密酸度计。　收稿日期：２０１３—０６—２４　基金项目：塔里木大学校长基金硕士项目（编号：ＴＤＺＫＳＳ１００２）。　７２％硫酸、盐酸、氢氧化钠、氨水均为化学纯，其余试剂均　为分析纯；甘草渣由新农甘草有限责任公司提供。　１．２试验方法　作者简介：赵俭波（１９８２一），男，重庆人，硕士，讲师，研究方向为农业　废弃物的回收利用。Ｅ—ｍａｉｌ：Ｉｏｎ一１９８２＠１６３．ｅｏｍ。　ｒ１．２．１原料的预处理将甘草渣晾干、除杂、洗净后于６０℃　［Ｊ］．农业工程学报，２００９，２５（６）：４５—２２４７．　［１６］孙世中，高天荣，徐（５）：３５—３８．　［９］白聚川，董占能，张皓东．烟草废弃物的综合利用［Ｊ］．中国野生　植物资源，２００７，２６（５）：４１—４３．　［１Ｏ］李德亮，赵瑾，丁颖，等．烟碱的测量方法［Ｊ］．化学通报，　２ｏ０２，６５（３）：１７４—１７８．　锐，等．蓝藻泥与废弃烟叶混合制作有机　肥料工艺优化［Ｊ］．云南师范大学学报：自然科学版，２００８，２８　［１１］郑奎玲，余丹梅．废弃烟叶的综合利用现状［Ｊ］，重庆大学学报：　自然科学版，２００４，２７（３）：６１—６４．　［１２］张国生，侯广新．烟碱类杀虫剂的应用、开发现状及展望［Ｊ］．　农药科学与管理，２００４，２５（３）：２２—２６．　［１３］李凤芹，郝文辉，孙志忠，等．废烟叶制取草酸的研究［Ｊ］．黑龙　江大学自然科学学报，１９９６，１３（４）：１０７—１０８．　［１４］刘项，徐君龙．利用废次烟叶渣制备活性炭的研究［Ｊ］．煤炭　转化，２００４，１（１）：６４—６６．　［１７］戴玉成，图力古尔．中国东北野生食药用真菌图志［Ｍ］．北京：　科学出版社，２００７：１８５．　［１８］李殿殿，李志能，林娟．利用废弃烟叶栽培糙皮侧耳初探［Ｊ］．　食用菌学报，２０１１，１８（４）：９—１１．　［１９］彭琛，陈越立．烟草薄片技术应用与研究［Ｊ］．科技信息，　２０１１，２５（１９）：４５３．　［２０］吴宇航，李思东．造纸法烟草薄片的研究进展［Ｊ］．广东化工，　２０１２。３９（５）：９Ｏ一９２．　［１５］孙世中，高天荣，赵焱，等．废弃烟叶燃料酒精发酵工艺探索　江苏农业科学２０１４年第４２卷第２期　４０℃，进样量１０　，标准样品为聚苯乙烯，检测器为示差折　光检测器。　２结果与讨论　２．１不同溶剂的提取率　烘箱中干燥６　ｈ，粉碎、过４０目筛后将干燥的甘草渣在索氏提　取器中用体积比２：１的甲苯一乙醇溶液进行抽提，抽提时间　为６～８　ｈ，将剩余物在４Ｏ℃烘干即得本试验所需的脱脂脱蜡　样品，备用。　１．２．２甘草渣中木质素总含量的测定用Ｋｌａｓｏｎ法…　测定甘草渣中的木质素含量。准确称取０．５　ｇ脱脂脱蜡样品　并移人１００　ｍＬ烧杯中，再加入８　ｍＬ　７２％硫酸，充分搅拌后在　１８—２０℃下放置４　ｈ，移入５００　ｍＬ的圆底烧瓶中，用２８０　ｍＬ　测定得甘草渣木质素的总含量约为１９．１５％。提取率的　计算公式为：　提取率＝ｍ１／ｍ２×１００％　式中：ｍ　为最后所得木质素质量，ｇ；ｍ　为初始经过预处理后　样品的质量，ｇ。　蒸馏水将洗涤烧杯后的溶液移入烧瓶中；安上回流冷凝管加　热煮沸４　ｈ，生成的不溶性残渣用已恒重的玻璃漏斗抽滤，再　用热水洗涤几次，在１０５℃下干燥至恒重并称量；平行测定３　用碱法和有机溶剂法从甘草渣中提取木质素，相关提取　次，平均值即为克拉森木质素的含量。　根据国标ＧＢ／Ｔ　２６７７．３—１９９３《造纸原料灰分的测定》测　定甘草渣中的灰分含量。先准确称取０．５　ｇ脱脂脱蜡的样品　于干燥恒重的坩埚中，再于６００　ｏＣ箱式电阻炉中灰化直至恒　重，平行测定３次，平均值即为灰分的百分含量，按下式计算　样品中的木质素总含量：　木质素总含量（％）＝克拉森木质素的含量一样品总灰　分含量。　１．２．３一般的碱法提取工艺　称取５．００００　ｇ脱脂脱蜡的　样品，在烧瓶中加入一定量的碱性水溶液，于６０℃水浴加热　提取２．５　ｈ；过滤后用６　ｍｏｌ／Ｌ乙酸将滤液的ｐＨ值调至３，减　压浓缩后将浓缩液倒入烧杯中，加入３倍体积的９５％乙醇处　理，静置，待沉淀完全后过滤；将滤液浓缩除去乙醇后，用　６　ｍｏｌ／Ｌ的ＨＣ１将ｐＨ值调至１．５，静置，待沉淀完全后过滤，　所得滤渣用ｐＨ值为２．０的ＨＣ１溶液洗涤，自然干燥后称重，　所得产品即为甘草渣木质素。　１．２．４有机溶剂法提取工艺　１．２．４．１丙酮法　称取５．０００　ｇ脱脂脱蜡的样品移入圆　底烧瓶中，依次加人８　ｍＬ　２％稀硫酸、５０　ｍＬ　６０％丙酮溶液，　２００℃冷凝回流２　ｈ后蒸馏、回收溶剂，用温水洗涤样品后离　心分离；重复３次，自然干燥并称重，所得产品即为甘草渣木　质素。　１．２．４．２乙二醇法　称取５．０００　０　ｇ脱脂脱蜡的样品放　人圆底烧瓶内，加入１５０　ｍＬ乙二醇蒸煮３　ｈ后降温到１００　℃，过滤反应后的混合物，用温水洗涤３次，将洗涤液与滤液　合并，在室温下加入３倍体积的水搅拌１５　ｒａｉｎ，此时大量的乙　二醇木质素析出；静置过夜，离心分离，滤饼用温水洗涤后自　然干燥，称重，所得产品即为甘草渣木质素。减压蒸馏滤液回　收溶剂。　１．３官能团含量的测定　碱法提取的木质素的总羟基含量采用电位滴定法测定；酚　羟基含量采用差示光度法测定；醇羟基由总羟基与酚羟基之差　间接测定　；甲氧基通过碘甲烷生成反应的容量分析法测定。　１．４　Ｆｒ—ＩＲ测定　红外光谱测定采用ＦＴＩＲ一８４００Ｓ傅里叶红外光谱仪、　ＫＢｒ压片法。　１．５分子质量的测定　采用日本东曹株式会社ＨＬＣ一８３２０ＧＰＣ凝胶渗透色谱　仪进行测定，２根色谱柱ｒＩＳＫ～ｇｅｌ　ｓｕｐｅｒ　ＨＭ—Ｈ串联　（６．０　ｍｍ×１５０　ｍｍ），流动相ＴＨＦ，流速０．６　ｍＬ／ｍｉｎ，温度　率见表１。　表１碱法和有机溶剂法提取木质素的提取率　２．２不同溶剂提取木质素官能团的含量　通过电位滴定法、差示光度法及甲氧基测定仪测定出的　甘草渣木质素官能团含量见表２。　表２甘草渣木质素官能团的含量　２．３　ＦＩ—ＩＲ分析　对４种不同溶剂提取的甘草渣木质素进行红外光谱测　定，其订一ＩＲ光谱图见图１。４种溶剂提取的甘草渣木质素　的红外光谱都较为相似，其主要特征吸收峰有：３　４００　ａｍ。左右　为一ＯＨ伸缩振动吸收峰，峰面比较宽大；２　９３０　ａｍ　左右是甲　基、亚甲基和次甲基中ｃ—Ｈ的伸缩振动峰；１　６６５　ｅｍ　左右　是共轭羰基Ｃ—ｃ—Ｏ的振动峰；１　６００　ａｍ～、１　５０８　ａｍ　左　右是芳香环骨架振动峰；１　４４６　ｃｍ　左右是甲基和亚甲基的　Ｃ—Ｈ弯曲振动峰；１　４１１　ｅｍ　左右是酚羟基的伸缩振动峰；　１　３２５　ａｍ　左右为紫丁香核吸收带；１　２２０　ａｍ　左右是与紫　丁香核有关的芳香核ｃ一０振动峰；１　０２０　ｅｍ　左右是醚键的　弯曲振动峰。该图谱与木质素的标准图谱　比较吻合。　２．４　ＧＰＣ分析　ＮａＯＨ和丙酮提取的甘草渣木质素的ＧＰＣ谱图见图２，　用ＮａＯＨ提取的木质素可直接溶于四氢呋喃中，用丙酮提取　的木质素的溶解性稍差。由图２可以看出：ＮａＯＨ提取的木　质素分子量分布较宽。由表３可见：ＮａＯＨ提取的木质素　Ｍ　均比丙酮提取的木质素Ｍ　、　大得多，分散　性也较大，但较碱提取的木质素分子量小　。　３结论　采用碱法、有机溶剂法２种分离方法，以氢氧化钠、氨水、　江苏农业科学２０１４年第４２卷第２期　４０００　３　６００　３　２００　２　８００　２　４００　２　０００　１　６００　１　２００　８００　４００　ｃ　）　图１　４种溶剂提取甘草渣木质素的红外图谱　参考文献　§　、．　［１］蒋挺大．木质素［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００８：１—２，　窭　一　９８—９９．　［２］Ｓｔｅｗａｒｔ　Ｄ．Ｌｉｇｎｉｎ　８ｓ　ａ　ｂａｓｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｆｏｒ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ：Ｃｈｅｍ－　ｉｓｔｒｙ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ［Ｊ］．Ｉｎｄｕｓｔｉｒｌａ　Ｃｒｏｐｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，　２００８，２７（２）：２０２—２０７．　Ｏ　２　４　６　８　１Ｏ　１２　ｌ４　［３］Ｂｏｓｓｕｙｔ　Ｈ，Ｓｉｘ　Ｊ，Ｈｅｎｄｆｉｘ　Ｐ　Ｆ．Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｌｙ　ｄｉｆ－　时间（ａｒｉｎ）　ｆｅｍｎｔ　ｅａｒｔｈｗｏｒｍ　ｓｐｅｃｉｅｓ　ｏｎ　ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　ｎａｄ　ｄｅｃｏｍ—　ａ．氢氧化钠为溶剂提取木质素的ＧＰｃ谱图　一　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎｅｗｌｙ　ａｄｄｅｄ　ｒｅｓｉｄｕｅ　ｃａｒｂｏｎ［Ｊ］．Ｇｅｏｄｅｒｍａ，２００６，１３０　０，　（１／２）：１４—２５．　§　＿　．，　［４］刘娅，韩新年，陈玲．新疆甘草的开发利用［Ｊ］．食品研究与开　、　发，２０１２，３３（１）：２０９—２１２．　塞　，　［５］Ｅｎｇ　Ａ　Ｔ　Ｗ，Ｈｅｎｇ　Ｍ　Ｙ，Ｏｎｇ　Ｅ　Ｓ．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ　ａｓｓｉｓｔｅｄ　。　０　ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ　ｌｉｑｕｉｄ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｇｌｙｃｙｒｒｈｉｚｉｎ　ａｎｄ　鼢　霎　ｅｐｈｅｄｒｉｎｅ　ｉｎ　ｍｅｄｉｃｉｎａｌ　ｐｌａｎｔｓ［Ｊ］．Ａｎａｌｙｔｌｃａ　Ｃｈｉｍｉｃａ　Ａｃｔａ，２００７，　　５８３（２）：２８９—２９５．　＾　［６］Ａｂｅ　Ｍ，Ａｋｂａｒ　Ｆ，Ｈａｓｅｂｅ　Ａ，ｅｔ　ａ１．Ｇｌｙｃｙｒｒｈｉｚｉｎ　ｅｎｈａｎｃｅｓ　时间（ｍｉＩ１）　ｉｎｔｅｄｅｕｋｉｎ—－１０　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｂｙ　ｌｉｖｅｒ　ｄｅｎｄｒｉｔｉｃ　ｃｅｌｌｓ　ｉｎ　ｍｉｃｅ　ｗｉｔｈ　ｈｅｐａ－　ｂ．丙酮为溶剂提取木质素的ＧＰＣ谱图　ｔｉｔｉｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇａｓｔｏｒｅｎｔｅｒｏｌｏｇｙ，２００３，３８（１０）：９６２—９６７．　图２碱法和有机溶剂法提取木质素的ＧＰＣ谱图　一一［７］张志东，王玮，楚敏，等．复合酶法提取甘草渣中黄酮类物质　的研究［Ｊ］．新疆农业科学，２００８，４５（４）：７２９—７３２．　表３碱法和有机溶剂法提取木质素的分子量及分子量分布　［８］赵俭波，陈新萍，姜建辉．甘草渣中碱木质素的提取工艺研究　［Ｊ］．塔里木大学学报，２０１１，２３（３）：４２—４５．　［９］杨益琴，李忠正．有机溶剂法纯化稻草碱木质素的研究［Ｊ］．林　产化学与工业，２０００，２０（４）：４Ｏ一４４．　注：肘　．Ｉ】ｆ　分别表示数据分子量、重均分子量、ｚ均分子量。　［１０］Ｃｈａｎｇ　Ｘ　Ｓ，Ｃｈｅｎ　Ｗ　Ｊ，Ｃｈｅｎ　Ｙ　Ｐ，ｅｔ　ａ１．Ａ　ｎｅｗ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｍａｋｉｎｇ　ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ　ａｎｄ　ｌｉｇｎｉｎ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｈｉｇｈ　ｂｏｉｌｉｎｇ　ｓｏｌｖｅｎｔｓ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｉｃａｌ　丙酮、乙二醇等４种溶剂提取甘草渣木质素的提取率分别为　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ，１８（３）：１７５—１７６．　１７．２５％、５．７５％、１１．５４％、１２．６０％。　［１１］叶结旺，方桂珍，金春德．Ｐｄ／Ｃ催化微波法合成氢化碱木质素　４种溶剂提取的木质素活性基团都得到了较好的保存，　［Ｊ］．北京林业大学学报，２０１０，３２（２）：１７１—１７６．　采用有机溶剂法提取的甘草渣木质素官能团含量更高。ＧＰＣ　［１２］Ｂｏｅｒｉｕ　Ｃ　Ｇ，Ｂｒａｖｏ　Ｄ，Ｇｏｓｓｅｌｉｎｋ　Ｒ　Ｊ　Ａ，ｅｔ　ａ１．Ｃｈａｒａｃｔｅｉｒｓａｔｉｏｎ　ｏｆ　分析表明：丙酮提取的木质素分子量比ＮａＯＨ提取的木质素　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ—ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｌｉｇｎｉｎ　ｗｉｔｈ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　分子量更小，分布更窄。本研究为木质素的深加工提供了　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ［Ｊ］．Ｉｎｄｕｓｔｉｒｌａ　Ｃｒｏｐｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，２００４，２０（２）：２０５—　可能。　２１８．