稀硫酸预处理对毛竹竹黄木质素结构的影响

以毛竹竹黄为原料,研究其木质素在稀酸预处理过程中的结构变化。依据Bjrkman的方法分离纯化得到竹黄和稀酸预处理竹黄的磨木木质素,采用红外光谱(FT-IR)和核磁共振定量~(13)C谱对两个木质素样品结构进行分析。FT-IR和定量~(13)C谱图表明:在酸性条件下,竹黄木质素紫丁香基单元中醚化的联接键发生断裂,S/G比值由1.3降低为1.1。木质素在稀硫酸预处理过程中发生缩合反应,主要发生在愈创木基单元上。木质素芳环上C—O键含量由196.1/100C_9降低为187.7/100C_9,C—H键含量由219.4/100C_9降低为205.7/100C_9,C—C键含量由179.6/100C_9提高为190.3/100C_9,缩合度由31.4%提高为35.2%。     

毛竹预处理黑液木质素和酶解木质素的结构与热学性质

【目的】研究毛竹低用碱量硫酸盐法处理的黑液木质素和残留在浆料中木质素结构特征和热学性质,为竹材工业木质素利用提供理论参考。【方法】采用12%有效碱的硫酸盐法处理毛竹竹屑,通过酸化和酶解得到硫酸盐木质素(KL)和酶解木质素(EHL)。利用有机溶剂对2种木质素进行纯化后,采用凝胶渗透色谱分析仪(GPC)测定木质素分子质量大小,运用核磁共振定量碳谱(~(13)C谱)、二维碳氢相关谱(2D-HSQC)和定量磷谱(~(31)P谱)对木质素结构的键型连接、内部连接键含量和官能团含量进行定量分析,应用热重分析仪(TGA)和差示扫描量热仪(DSC)分别对木质素的热稳定性和玻璃化转变温度进行分析比较。【结果】GPC测定结果表明,KL的重均分子质量为5 414 g·mol~(-1),低于EHL的重均分子质量(7 673 g·mol~(-1))。利用定量~(31)P谱,结合定量~(13)C谱和2DHSQC谱分析可知,EHL中的脂肪族羟基含量(4.87/100 C_9)高于KL中的脂肪族羟基含量(3.13/100 C_9),而总酚羟基含量(1.58/100 C_9)低于KL中的总酚羟基含量(3.09/100 C_9);EHL内部木质素单元连接键含量高于KL内部木质素单元连接键含量,EHL的β—O—4芳基醚键、β—β、β—5和β—1含量分别为30.85/100C_9、7.43/100C_9、2.40/100C_9和0.19/100C_9,而KL这些连接键含量仅为11.75/100C_9、2.35/100C_9、0.71/100C_9和0.09/100C_9。热学性质分析表明,在加热条件下KL和EHL的木质素玻璃化转变温度分别为135℃和162℃,最大失重率温度分别为339℃和361℃。【结论】竹屑经低用碱量硫酸盐法预处理后,溶解在黑液中的木质素分子质量大小、内部连接键含量均低于残留在浆料中木质素的含量;而黑液木质素具有更多的酚羟基和羧基,脂肪族羟基含量较少。黑液木质素可能比残留在浆料中的木质素更有优势用来制备热塑性材料,因为其具有更低热稳定性和低玻璃化转变温度的特性。     

不同预处理对蔗渣木素结构和抗氧化性的影响

采用热水和稀酸预处理蔗渣后,根据Bj?rkman法从蔗渣样品中分离出7种木素。此外,从蔗渣硫酸盐制浆黑液中分离出硫酸盐木素(KL)。利用二维核磁(~1H-~(13)C HSQC NMR)和磷谱(~(31)P NMR)分析8种木素样品的分子结构和官能团,再利用木素对1,1-二苯基-2-三硝基苦肼(DPPH)自由基的清除能力评价木素的抗氧化性能,并建立木素清除DPPH自由基的等温反应动力学模型。结果表明,随着热水预处理强度的增加,木素芳基醚键(β-O-4')断裂增加,麦黄酮、阿魏酸和对香豆酸降解率增加,酚羟基和羧基含量增加。抗氧化性测试表明:蔗渣磨木木素的DPPH自由基清除率为86.73%,热水处理木素对DPPH自由基最大清除率为91.70%,稀酸预处理木素和硫酸盐木素的DPPH自由基清除率分别为84.75%和83.22%。等温吸附反应模型分析表明,木素对DPPH自由基的清除过程更符合Langmuir模型,预处理提高了木素对DPPH的清除速率。与蔗渣磨木木素相比,稀酸预处理和硫酸盐蒸煮降低了木素的抗氧化性,热水预处理则提高了木素的抗氧化性。     

酸预处理对毛竹酶解糖化的影响

竹子富含纤维素和半纤维素,是生产纤维素乙醇的潜在原料来源。而预处理过程是研究的重点和难点之一。本文以毛竹为原料,研究了微波消解稀酸预处理对其化学组成及其酶水解的影响。结果表明,预处理条件为酸用量为2%(w/w干物质),固液比1∶6,温度180℃,时间30min时,能脱除97.2%的半纤维素。预处理得到的底物在酶用量为纤维素酶20FPU/g纤维素和β-葡萄糖苷酶40IU/g纤维素,水解48h,纤维素水解得到葡萄糖的收率由2.41%(未经预处理)提高到52.72%。酶水解过程中,酸不溶木质素的存在,可导致葡萄糖收率的降低。     

不同立地条件对毛竹生长影响研究

以咸宁市咸安地区40块毛竹标准地的调查资料为基础,分析了坡向、坡度、坡位、腐质层厚度、郁闭度和立株度对毛竹胸径生长量的影响。首先对这6个立地因子进行逐步回归分析,结果表明坡度、腐质层厚度和坡位是影响毛竹胸径生长的主要因子。再对6个立地因子进行主成分分析,其2个主成分累积贡献率达78.5%,并计算出各标准地的这2个主分量值。最后在主成分分析结果的基础上,对40块标准地进行了聚类。     

不同立地条件对毛竹力学性质的影响

通过对江西省14个毛竹主产区毛竹力学性质的试验与研究，结果表明：不同的立地条件对竹材有一定的影响：土壤厚度对最大压缩力、最大剪切力、弯弹模量的影响差异显著；抗弯强度、抗拉强度、抗压强度和压缩模量受立地因子的影响很小；海拔、腐殖质厚、速效K和坡位对力学性质的影响并不明显。有机质和速效P对拉弹模量影响在F0.1水平差异显著；土壤厚度对抗剪强度影响在F0.1水平下显著差异；土壤厚度对最大压缩力、最大剪切力和抗弯弹性模量的影响在R。s水平差异显著．母岩对最大剪切力在F0.1水平下达显著差异；土壤质地对弯弹模量在F0.1水平下达显著差异；速效N和母岩对最大压缩力的影响在F0.1水平达显著，土壤厚度对其在F0.05水平达显著差异。     

不同海拔高度对寿宁县毛竹生长的影响

采用随机试验设计法对毛竹生长与不同海拔高度之间的关系进行研究,通过对比分析,结果表明:毛竹不同海拔高度之间的立竹数差异不明显,而平均胸径差异极显著,生长在较低海拔高度的毛竹平均胸径较大,经济效益好;培育高产优质的毛竹竹用材,其海拔高度应选择800 m以下。     

常压醋酸法分离毛竹木质素

为了提高常压醋酸法分离毛竹木质素的效率,深入了解过程中醋酸法毛竹木质素化学结构特征,采用单因素逐步优化方法得出最佳的毛竹木质素分离条件为:醋酸溶液浓度90%,硫酸用量3%,液固比12:1,在106℃下保温时间2.5h;采用紫外光谱、红外光谱及磁共振波谱等检测结果表明:毛竹磨木木质素与醋酸木质素主要化学官能团和化学键基本一致,基本化学结构保存完好,但醋酸木质素酚羟基增多,化学活性增强,有利于更进一步的开发利用。     

两步法预处理脱除木质素对杨木酶水解的影响

以杨木片为原料,采用两步法预处理脱除木质素后,对原料进行酶水解,对杨木表观结构、理化特征及酶水解结果进行考察。实验结果显示:相较于一步法蒸汽爆破(SE)预处理,碱性磺化-蒸汽爆破(AS-SE)和碱性氧化-蒸汽爆破(AO-SE)预处理后均可脱除50%左右的木质素,并且显著增加了物料中的酸性亲水基团如磺酸基和羧酸基含量,纤维素可及度分别提高至132.04和119.10 mg/g。傅里叶红外光谱(FT-IR)结果表明碱性磺化和碱性氧化后,木质素结构中出现了亲水性功能基团(羟基、羧基和磺酸基),扫描电镜(SEM)结果表明两步法预处理后的物料表面出现开裂分层、层层剥落的现象。AS-SE预处理后,杨木纤维素酶水解率高达81.09%,原料糖得率达到73.72%。两步法预处理可对木质素进行选择性脱除和改性,改变了木质素理化特性及表观结构,增强了纤维素酶水解效果。     

硫酸盐木质素对预处理杨木酶水解糖化的影响

为研究水溶性硫酸盐木质素对不同预处理杨木酶水解的影响,将硫酸盐木质素(KL)进行分级处理形成水溶性硫酸盐木质素(KL5)后,分别添加到纤维素酶(CTec2)水解体系中,考察KL与KL5对绿液(GL)、酸性亚硫酸氢钠(AS)及亚硫酸钠-甲醛(SF)预处理杨木底物浆料酶水解糖化效率的影响。结果表明:在GL预处理条件下,随着KL5用量的增加,各聚糖转化率和酶水解反应速率均显著提高,当KL5用量为0.1 g/g时,底物总糖转化率达到最大值83.1%,但添加KL会抑制酶水解糖化效率;在AS和SF预处理条件下,底物中添加KL5后各聚糖转化率与GL预处理酶水解各聚糖转化率相似;在较低浓度条件下,KL5对GL预处理酶水解效率的促进作用明显优于Reax 85A和PEG 4000添加剂。改性工业废渣硫酸盐木质素作为酶水解助剂能够明显提高酶水解糖化效率,为高效利用过程废液废渣组分、减少水解酶的用量成本提供理论依据。     

不同类型毛竹天然混交林对毛竹出笋和成竹的影响

在不同类型的毛竹天然混交林内设置标准地,调查林分的毛竹自然再生产情况。结果表明：由6~8竹组成的竹杉阔混交林、竹杉混交林和6竹组成的竹松杉阔混交林,林分结构组成较合理,自然再生产能力较强,每公顷出笋数、新成竹数、新竹质量以及每株母竹出笋、成竹数等各项生产指标均大于纯竹林;6~7竹组成的竹松阔混交林、6~8竹组成的竹松杉混交林、6竹和8竹组成的竹松混交林,其林分结构组成较差,自然再生产能力较弱,每公顷出笋数、新成竹数、新竹质量以及每株母竹出笋、成竹数等各项生产指标均不同程度低于纯竹林。     

不同浸渍处理方式对毛竹淀粉含量的影响

采用常压水浸渍、真空水浸渍、常压碱液浸渍3种浸渍方式对毛竹进行处理,探讨不同浸渍方式对毛竹中淀粉含量的影响。研究结果表明:竹材内淀粉含量随着浸渍处理时间的延长而减少,经过120 h浸渍后,毛竹中的淀粉含量从高到低依次为常压水浸渍、真空水浸渍、常压碱液浸渍。在相同碱液浓度的条件下,毛竹中的淀粉含量随着浸渍时间的增加而减小。经过120 h的碱液浸渍处理,碱液浓度最大(1.5%)的组溶解抽提出来的淀粉含量最多。真空水浸渍可以降低毛竹中的淀粉含量,但不同真空压力之间对淀粉含量的影响不大,真空压力对淀粉含量的影响有效时间为72 h以内,超过72 h淀粉含量减少缓慢。     

不同埋青配方对毛竹生长的影响

埋青施肥对竹林生长有明显促进作用,13个处理经坐标综合评定表现较好有:处理4、处理1、处理8、处理10和处理7。“压土埋青”好于“开沟埋青”,漫青效果较差。埋青量以30 000~37 500 kg/hm2为好。适量追施化肥,对新竹成竹数、竹秆产量具有显著促进作用。     

不同施肥时间对毛竹新竹质量的影响

在大小年明显的毛竹材用林纯林中,研究了不同施肥时间(5月份和8月份)对毛竹新竹株数、胸径和新竹高的影响。结果表明:施肥能极显著地增加毛竹新竹株数、胸径和新竹高;不同月份施肥对毛竹新竹各项指标的影响存在差异,以5月份施肥毛竹新竹株数、胸径和竹林高度表现最好。因此,在毛竹材用林经营中,要获得竹材高产、经济高效,最佳施肥时间为毛竹春笋小年的5月份。     

不同预处理对湿地松种子活力的影响

采用不同的预处理措施对贮藏15个月的湿地松种子进行处理。结果表明：不同的预处理措施对湿地松种子的活力影响不同。赤霉素（GA3）和聚乙二醇（PEG）处理，能显著提高种子活力。用尿素处理也能在一定程度上提高种子活力。而有机溶剂丙酮处理，对湿地松种子活力未见有明显影响。     

不同预处理对杉木种子活力的影响

用代号91、6、244和67的杉木种子进行温度40℃ 2％NH_4Cl溶液、温度25℃无水乙醇、温度40℃相对湿度100％和对照处理,结果表明,在短时间高温条件下,用2％NH_4Cl溶液处理,可明显地提高杉木种子的发芽率和萌发速率。     

不同肥料对毛竹冬笋品质特征的影响

连续使用3种不同肥料3年后对冬笋品质特征影响的研究结果表明：蛋白质平均含量的百分比比对照减少0.2～0.35,还原米糖含量的百分比比对照减少0.05～0.12,脂肪平均含量中只有处理C的百分比比对照减少0.1,可溶性固形物的含量没有明显变化均为7.5%,粗纤维含量的百分比比对照增加0.07～0.1,砷（As）含量为绿色食品控制标准的12%～20%,铅（Pb）含量为绿色食品控制标准的51%～97%,镉（Cd）含量为绿色食品控制标准的58%～74%。     

乙酸-亚硫酸盐两步预处理对杨木木质素吸附纤维素酶的影响

以杨木为原料,采用乙酸预处理制备低聚木糖后,对固体残渣进行亚硫酸盐预处理移除木质素,以提高杨木纤维素的酶解效率,但该两步预处理对杨木木质素结构及其非生产性吸附酶的影响仍不明确。笔者考察了乙酸-亚硫酸盐两步预处理对杨木酶水解率、木质素结构和木质素理化性质的影响,探讨了该两步预处理对杨木木质素吸附及脱附纤维素酶的特性。结果表明,两步预处理后杨木残渣中木质素含量减少,当酶添加量为20 FPU/g干物质量时,纤维素水解得率从32.4%增加到67.1%。乙酸-亚硫酸盐预处理后木质素(AA-AS-lignin)的Zeta电位、疏水性及分子量减小,而其紫丁香基与愈创木基结构单元数量比值S/G、酚羟基及硫元素的含量增加。相比未预处理的木质素(BM-lignin),AA-AS-lignin对纤维素酶水解的抑制率从1.0%增加到16.5%。AA-AS-lignin对纤维素酶的吸附增强,结合强度从24.7 mL/g(BM-lignin)增大到72.1 mL/g。乙酸-亚硫酸盐预处理降低了木质素对纤维素酶的脱附能力,纤维素酶的脱附回收率从61.1%降低到28.8%,且相较于BM-lignin,结合在AA-AS-lignin上的纤维素酶的水解活力较低。研究结果可指导乙酸-亚硫酸盐预处理后杨木的高效纤维素酶水解,为实现杨木的多组分转化利用提供了新思路。     

毛竹HB转录因子调控木质素的生物合成

同源异型盒（homeobox,HB）蛋白是一类重要的转录因子,在植物生长发育的各个方面起着重要的调控作用,然而对竹子中HB的功能了解甚少。该研究在毛竹中鉴定了115个HB基因（PeHB001~PeHB115）,分为13个不同的亚类,各亚类成员的数量在2~24。在115个PeHBs中共发现20个保守基序,其中基序1最为常见。GO分析表明,有19个PeHBs被注释为参与木质部发育、木质部和韧皮部形态形成。基因共表达网络分析显示,这19个PeHBs中有10个具有共表达相关性,其中3个属于KNOX亚类的枢纽蛋白与MYB、bHLH和OVATE互作,并通过酵母双杂交得到了验证。转录组表达谱显示,除PeHB017外,其它所有PeHBs均检测到表达,其中有90个PeHBs在所有组织中均有表达。对19个PeHBs表达定量分析结果显示,随着笋高度的增加,大部分PeHBs的表达量均上调。此外,在参与木质素合成的关键基因（Pe4CL、PeC3H、PeCCR、PeCOMT）的启动子中均有KNOX的结合位点,这些基因与5个KNOX基因的表达呈正相关。对冬笋贮藏过程中的基因表达与木质化的研究也得到了类似的结果。该研究为揭示PeHBs在竹子木质化过程中的功能,实现人为调控木质素组分、含量具有重要参考价值。