隨著化石能源的逐漸枯竭, 開發可再生資源迫在眉睫. 植物纖維資源, 具有來源廣泛, 儲量巨大等特點, 是一座重要的能源寶庫. 由植物纖維原料可衍生出很多重要的化工原料和產品. 其中, 5-羥甲基糠醛 (5-HMF) 化學性質活潑, 可以通過氧化, 氫化和縮合等反應製備多種衍生物, 是重要的精細化工原料之一. 5-HMF由葡萄糖或果糖脫水生成, 果糖又可以由葡萄糖異構得到, 所以5-HMF廣泛應用的前提是豐富的葡萄糖原料. 特別是纖維原料中直接提取和製備葡萄糖具有重要意義. 同時, 將植物纖維原料中的木質素進行脫除以獲取纖維素材料, 對於天然高分子的利用具有重要意義.
近日, 中國科學院新疆理化技術研究所資源化學研究室千人計劃研究員王天富團隊, 採用典型的固體雜多酸 (矽鎢酸, 磷鎢酸, 磷鉬酸) 作為催化劑, 在γ-戊內脂/水溶劑體系內, 對原木木粉中木質素進行了有效脫除, 獲得了富含纖維素的材料. 材料表徵結果均表明, 雜多酸在有效的脫除原木木粉中的木質素的同時, 對木材中的其他組分幾乎沒有影響. 而且隨著木質素的脫除, 更多的官能團暴露在材料的表面, 這對於木基材料的改性具有積極的意義.
進一步優化的酶降解的實驗表明, 脫除木質素後的纖維素基底材料可以在相當溫和的條件下被酶降解為葡萄糖, 可以作為葡萄糖的上遊原料. 值得強調的是, 該實驗所用的木粉未進行任何的預處理, 所以該研究對植物資源的直接利用具有重要的意義.
該研究成果發表於國際工程刊物《生物資源技術》 (Bioresource Technology) 上, 文章第一作者為博士研究生張立波. 該研究工作得到國家自然科學基金, 中組部千人計劃等項目資助.
圖1 雜多酸降解木粉中的木質素並酶降解製備葡萄糖示意圖
圖2 脫除木質素後纖維素材料與原木木粉表徵
圖3 纖維素材料酶降解優化示意圖
