分离和鉴定棉籽壳中半纤维素的简便方法

摘要

本发明涉及一种分离和鉴定棉籽壳中半纤维素的简便方法，步骤包括：(1)棉籽壳表面纤维及壳仁的去除及粉碎烘干；(2)棉籽壳中有机质的去除；(3)棉籽壳中果胶的去除；(4)制备综纤维素；(5)不同浓度的碱溶液抽提出棉籽壳中的半纤维素；(6)三氟乙酸法水解所得半纤维素；(7)薄板层析法鉴定水解液中的单糖。该方法能够简单、准确、定性、定量的测定出棉籽壳中的半纤维素。

说明书

技术领域

本发明属于提取半纤维素方法领域，特别是涉及一种分离和鉴定棉籽壳中半纤维素的简便方法。

背景技术

半纤维素(hemicellulose)是植物细胞壁构成纤维素小纤维间的间质凝胶的多糖群中除去果胶质以外的物质，是构成初生壁的主要成分。原来是从总纤维素中以17.5％ NaOH至24％ KOH提取出来的多糖成分的总称，而没有相应的特定的化学结构。碱提取液用醋酸中和沉淀的部分是半纤维素A，上清液用乙醇沉淀的部分是半纤维素B。

目前分离半纤维素的主要手段包括碱抽提、酸抽提、过氧化氢抽提等一系列的传统方法，其结构主要是通过薄板层析、纸层析、柱层析、HPLC、GC、GPC、¹³C NMR、FT-IR、GC-IR等方法来分析。

棉籽壳是棉纱线处理过程中比较顽固的一种杂质，在现有工艺中主要是在碱及碱酸退浆、煮练及漂白等工序中通过碱溶和氯漂或亚漂除去棉籽壳杂质及大部分的木质素。

发明内容

本发明的目的是提供一种分离和鉴定棉籽壳中半纤维素的方法，该方法能简单、准确、定性、定量的测定出棉籽壳中的半纤维素。

本发明的一种分离和鉴定棉籽壳中半纤维素的方法，包括下列步骤：

(1)棉籽壳表面纤维及壳仁的去除及粉碎烘干

用手工方法去除棉籽壳表面的棉纤维，敲碎，去除壳内的壳仁，粉碎后烘干恒重；

(2)棉籽壳中有机质的去除

将步骤(1)处理所得的物料用苯-乙醇溶液在索氏抽提器中80～100℃抽提，至冷凝液呈无色时反应结束，将物料烘干至恒重；

(3)棉籽壳中果胶的去除

将步骤(2)处理所得的物料用草酸铵溶液在索氏抽提器中120～150℃抽提，至冷凝液呈无色时反应结束，将物料烘干至恒重；

(4)制备综纤维素

将步骤(3)处理所得的物料用亚氯酸钠法制成综纤维素；

(5)不同浓度的碱溶液抽提出棉籽壳中的半纤维素

用NaOH溶液在氮气环境下常温处理步骤(4)所得物料，搅拌反应9～12h，过滤分离，过滤所得残渣继续用1％～24％的NaOH溶液处理，搅拌反应9～12h，滤液用醋酸中和至中性，离心分离中和所得沉淀即为半纤维素I，其上清液用乙醇沉淀后分离得到的沉淀物即为半纤维素II；

(6)三氟乙酸法水解所得半纤维素

将步骤(5)处理所得的物料用三氟乙酸溶液于100～120℃水解2～4h后，旋转除去三氟乙酸溶液，溶于体积百分数为60～80％的乙醇溶液，冰箱中保存；

(7)薄板层析法鉴定水解液中的单糖

将步骤(6)得到的半纤维素水解液与标准单糖溶液进行薄层层析点样。

所述步骤(2)中的苯-乙醇溶液是苯：乙醇体积比为2:1的混合溶液；苯-乙醇溶液与步骤(1)处理所得的物料的用量比是80～100ml:2～3g。

所述步骤(3)中的草酸铵溶液是质量分数为1％的草酸铵溶液，以去离子水溶解；草酸铵溶液与步骤(2)处理所得的物料的用量比是80～100ml:2～3g。

所述步骤(2)、(3)中的抽提反应是抽提液每小时循环6次，反应至抽提液为无色即可停止。

所述步骤(4)中的亚氯酸钠法制综纤维素，过程是先加入65ml蒸馏水，0.5ml冰乙酸，0.6g亚氯酸钠，摇匀，塞紧瓶塞，置于75℃的恒温水浴中电磁搅拌1h，每隔1h加入0.5ml冰乙酸和0.6g亚氯酸钠，直至反应物变白为止，抽滤分离出综纤维素，用去离子水洗涤抽出物至抽出液呈中性，丙酮洗涤三次。

所述步骤(5)中的NaOH溶液是0.1mol/L NaOH、质量浓度为1％ NaOH、质量浓度为3％ NaOH、质量浓度为5％ NaOH、质量浓度为10％ NaOH、质量浓度为14％ NaOH、质量浓度为17％ NaOH、质量浓度为24％ NaOH、质量浓度为17％ NaOH+质量浓度为4％H₃BO₃的混合液中的一种，其中，NaOH溶液与步骤(4)所得物料的用量比是40～50ml：1～2g。

所述步骤(6)中的三氟乙酸溶液是2mol/L的三氟乙酸溶液，以去离子水溶解；三氟乙酸溶液与步骤(5)处理所得的物料的用量比是4～6ml:0.04～0.06g。

所述步骤(7)中的标糖溶液是质量分数为1％的标准糖样溶液，用体积百分数为70％的乙醇溶液溶解，标准单糖是半乳糖、阿拉伯糖、葡萄糖、甘露糖、木糖、鼠李糖六种。

所述步骤(7)中的薄层层析所用展开剂是正丁醇：正丙醇：丙酮：乙酸乙酯：氨水：水的体积比＝3:4:3:2:2:2，显色剂是由0.3g二苯胺、0.1g苯胺、5ml磷酸溶于95ml乙醇所得溶液。

有益效果：

(1)本发明的方法操作简单，耗材常见易得；

(2)分析简易准确，能够定性定量的测定棉籽壳中的半纤维素含量及种类。

附图说明

图1是0.1M NaOH抽提乙醇沉淀物水解液薄层层析图；

图2是1％ NaOH抽提乙醇沉淀物水解液薄层层析图；

图3是3％ NaOH抽提中和沉淀物水解液薄层层析图；

图4是3％ NaOH抽提乙醇沉淀水解液薄层层析图；

图5是5％ NaOH抽提中和沉淀物水解液薄层层析图；

图6是5％ NaOH抽提中和沉淀物水解液薄层层析图；

图7是10％ NaOH抽提中和沉淀水解液薄层层析图；

图8是10％ NaOH抽提乙醇沉淀物水解液薄层层析图；

图9是14％ NaOH抽提中和沉淀物水解液薄层层析图；

图10是17％ NaOH抽提中和沉淀物水解液薄层层析图；

图11是24％ NaOH抽提中和沉淀物水解液薄层层析图；

图12是17％ NaOH+4％H₃BO₃抽提中和沉淀物水解液薄层层析图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

棉籽壳的预处理及综纤维素的制备，具体步骤如下：

(1)棉籽壳经手工去除表面的棉纤维后，剔去壳内的果仁，经碾磨机粉碎后，80℃烘干至恒重，称量得2.5504g。

(2)上述物料在索氏抽提器(150ml)中用90ml苯-乙醇溶液(v/v＝2/1)在110℃条件下抽提，抽提液每小时循环6次，反应7h至抽提液为透明无色后停止。取出物料80℃烘干至恒重，称量得2.5269g。

(3)上述物料在索氏抽提器(150ml)中用90ml 1％草酸铵溶液在140℃条件下抽提，抽提液每小时循环6次，抽提一昼夜至抽提液为透明无色后停止反应。取出物料80℃烘干至恒重，称量得2.2916g。

(4)上述物料置于150ml的平底烧瓶中，加入65ml蒸馏水，0.5ml冰乙酸，0.6g亚氯酸钠，75℃油浴、搅拌、恒温反应。每隔1h加入0.5ml冰乙酸和0.6g亚氯酸钠，反应至物料变白。过滤，滤渣用去离子水洗涤至滤液为中性后，用丙酮洗三次，80℃烘干至恒重，称量得1.5195g。

实施例2

棉籽壳中木聚糖的分离和鉴定，具体步骤如下：

(1)上述所得综纤维素置于100ml三口烧瓶中，左右两个接口分别接N₂接入管和N₂接出管(两个接口均通过油封与大气相隔)，通N₂ 15min后，加入50ml 0.1mol/L的NaOH溶液，在N₂环境下，25℃恒温，电磁搅拌抽提12h，停止搅拌与恒温，继续通N₂ 15min。过滤分离抽提残渣与抽提液。抽提残渣80℃烘干。抽提液用醋酸中和至中性后加入适量的乙醇沉淀，离心分离得乙醇沉淀物，80℃烘干，称量得0.2135g。

(2)取上述乙醇沉淀物0.05g，加入5ml 2mol/L的CF₃COOH溶液，120℃恒温，搅拌反应4h，真空蒸发除去溶液后溶于5ml70％的乙醇溶液。将该溶液与半乳糖、阿拉伯糖、葡萄糖、甘露糖、木糖、鼠李糖六种单糖的1％标准溶液(以70％的乙醇溶液为溶剂)进行薄层层析，如图13所示，该水解液中主要含木糖。

(3)上述0.1M NaOH抽提残渣用50ml1％ NaOH溶液进行同样的处理，得到0.0980g乙醇沉淀物。经相同步骤的水解和薄层层析后如图14所示，其水解液中主要含木糖。

(4)上述1％ NaOH抽提残渣用50ml 3％ NaOH溶液进行与0.1M NaOH抽提同样的处理，得到0.2727g中和沉淀物和0.0264g乙醇沉淀物。经相同步骤的水解和薄层层析后如图15、图16所示，两种沉淀物的水解液均主要含木糖。

(5)上述3％ NaOH抽提残渣用50ml5％ NaOH溶液进行与0.1M NaOH抽提同样的处理，得到0.1035g中和沉淀物和0.0045g乙醇沉淀物。经相同步骤的水解和薄层层析后如图17、图18所示，两种沉淀物的水解液均主要含木糖。

综上所述，木聚糖在棉籽壳中总含量为28.18％。

实施例3

棉籽壳中甘露木聚糖的分离和鉴定，具体步骤如下：

(1)上述5％ NaOH抽提残渣用50ml 10％ NaOH溶液进行与0.1M NaOH抽提同样的处理，得到0.1201g中和沉淀物和0.0020g乙醇沉淀物。经相同步骤的水解和薄层层析后如图19所示，中和沉淀物的水解液主要含木糖和甘露糖。

(2)上述10％ NaOH抽提残渣用50ml 14％ NaOH溶液进行与0.1M NaOH抽提同样的处理，得到0.0154g中和沉淀物。经相同步骤的水解和薄层层析后如图21所示，其水解液主要含木糖和甘露糖。

(3)上述14％ NaOH抽提残渣用50ml 17％ NaOH溶液进行与0.1M NaOH抽提同样的处理，得到0.0232g中和沉淀物。经相同步骤的水解和薄层层析后如图22所示，其水解液主要含木糖和甘露糖。

综上所述，甘露木聚糖在棉籽壳中总含量为6.22％。

实施例4

棉籽壳中阿拉伯木聚糖的分离和鉴定，具体步骤如下：

上述10％ NaOH溶液抽提所得的0.0020g乙醇沉淀物，经水解和薄层层析后如图20所示，其水解液主要含木糖和阿拉伯糖。

综上所述，阿拉伯木聚糖在棉籽壳中总含量为0.08％。

实施例5

棉籽壳中葡萄木聚糖的分离和鉴定，具体步骤如下：

(1)上述17％ NaOH抽提残渣用50ml 24％ NaOH溶液进行与0.1M NaOH抽提同样的处理，得到0.0147g中和沉淀物。经相同步骤的水解和薄层层析后如图23所示，其水解液主要含木糖和葡萄糖。

(2)上述24％ NaOH抽提残渣用50ml 17％ NaOH+4％ H₃BO₃溶液进行与0.1M NaOH抽提同样的处理，得到0.0118g中和沉淀物。经相同步骤的水解和薄层层析后如图24所示，其水解液主要含木糖和葡萄糖。

综上所述，葡萄木聚糖在棉籽壳中总含量为1.04％。