当前课程知识点：植物纤维化学 > 第七章 木素 > 7.4 木素的分离 > 7.4 木素的分离
第四节 木素的分离
同学们好！上节课我们学习了木素的化学结构
掌握木素的化学结构，有助于我们更好的理解木素的化学反应
这节课，我们将学习木素的分离与精制方法，这些不同的分离方法，分离的目的是不同的
比如有以研究化学结构为目的的分离方法，测定木素含量为目的的分离方法
以及工业脱木素为目的的分离方法
一般来说，我们根据分离原理的不同，分为以残渣形式分离的木素，和以溶解形式分离的木素
一 植物原料的准备
在木素分离前，我们首先需要对原料进行处理
为了使分离试剂与植物纤维原料充分接触、反应
尽可能多的将木素提取分离出来，一般需要将植物纤维原料粉碎
对木材原料，首先去掉树皮，然后经过切片、风干、磨碎、过筛、取40到60目的木粉备用
对于非木材原料，要去掉根、穗等部分，然后按照上述顺序准备
在分离木素之前，还必须对样品进行抽提，尽可能的把植物纤维原料中的一些附属成分分离出来
例如从木材样品中脱除松香、脂肪、从草类样品中脱除蜡等
否则，这些成分会和木素一起被分离出来，成为和木素混合在一起的组分，或者成为一种缩合物
因而对木素样品带来不良影响
样品的预抽提一般是在室温、无催化剂存在的条件下，采用惰性试剂抽提
对溶剂的要求既能把有机溶剂抽出除去又不至于对木素起作用
一般使用的溶剂为乙醚、二氧己环、苯、乙醇、丙酮以及它们的混合物等
抽提后，必须把试样中的溶剂充分除去，因为在随后的木素分离时，如果采用无机酸做催化剂
乙醇或丙酮等溶剂能和木素产生缩合反应
二 分离方法
溶解木素的分离原理：是使木素本身或其变成木素的衍生物而发生溶解，再采用沉淀等方法将木素精炼分离
如表所示，可采用有机溶剂在中性或酸性条件下分离，也可采用无机试剂进行分离
一般来说采用有机溶剂在中性条件下分离的木素化学结构变化小
比如：天然木素、诺德(Nord)木素、贝克曼磨木木素、纤维素分解酶木素等
而在酸性条件下分离的乙醇木素、二氧六环木素等，化学结构有变化
采用无机溶剂分离的木素磺酸盐、碱木素、硫化木素等化学结构变化较大
下面为同学们介绍几种溶解分离及以残渣形式分离的木素
溶解木素
1.布劳斯天然木素(BNL)和诺德木素
布劳斯天然木素，简称BNL，是100-200目的木粉，依次是用水和乙醚抽提之后
用95%的乙醇彻底抽提，将乙醇抽出物浓缩后注入水中，作为沉淀得到粗木素
将粗木素溶于二氧己环中，在乙醚中再沉淀而精制
一般 BNL的得率相当于克拉森木素的8-10%，因树种而异
BNL得率低、纯度低，现在认为并不能代表全木素
但由于在室温下不加酸，布劳斯认为在此条件下试剂和木素不引起反应
因此不至于引起木素的变化，所以把分离出来的木素称为天然木素
实际上布劳斯木素只是原本木素的低分子部分，与真实天然状态的木素有显著的区别
木粉被褐色腐朽菌作用之后，和布劳斯木素提取方法相同
抽出的木素其得率稍有增加，这个木素被称为诺德木素
2.贝克曼木素(MWL)和纤维素分解酶木素(CEL)
贝克曼木素是1957年由贝克曼提出的分离方法得到木素，又称为磨木木素，它是在室温下
用不引起润涨作用的中性溶剂作为介质仔细地研磨木粉，通过溶剂抽提而获得高得率的分离木素
磨木木素的制备方法是脱脂样品在振动球磨机上研磨48小时
以含少量水的二氧己环(9 1)进行抽提，抽提液经浓缩，得到粗磨木木素
将此粗磨木木素溶于90%的醋酸中，在注入水中沉淀，经干燥得到磨木木素
为了进一步精炼，将其溶解于1 2-二氯乙醋酸和乙醇的混合液中，加入乙醚使其沉淀，之后洗涤、干燥
通常磨木木素的得率不到50%，含有2%-8%的糖，为黄褐色的非晶体粉末状物质
磨木木素法是一种代表性的研究木素化学结构用分离木素的方法
纤维素分解酶木素(CEL)是用纤维素酶及半纤维素酶处理磨碎的木粉
以含水的二氧己环抽提，抽提液用类似磨木木素方法精制得到，其得率一般要高于磨木木素
3.二氧六环木素和醇木素
将脱脂木粉置于含有少量无机酸的二氧六环或者乙醇中加热
木素的结构单元之间的结合裂开，形成溶于这些介质的木素衍生物
将残存的木粉过滤，滤液浓缩之后注入水中，形成褐色的木素沉淀
收集沉淀干燥之后，溶于二氧六环或者乙醇中，使其在乙醇中再沉淀，便得到精制的木素
4.巯(球)基乙酸木素
木素与巯基乙酸反应 生成可溶于碱的衍生物
将脱脂的木粉和巯基乙酸在2mol/L的盐酸混合液中煮沸之后过滤，残渣用2%的氢氧化钠抽提
得到的溶液以盐酸酸化使生成巯基乙酸木素沉淀
将沉淀物溶于二氧六环，使其在乙醚中在沉淀，得到精制的木素
5.水溶助溶木素
木素是极难溶于水的，但在水中加入苯磺酸盐或苯甲酸盐，配成一定浓度(40-50%)的水溶液
与木材共煮，则能使木材中的木素溶出，再加入水，溶解的木素又沉淀出来
这样分离出来的木素称为水溶助溶木素
6.用无机试剂分离的木素
工业上由亚硫酸盐法制浆废液中分离木素磺酸盐
是用石灰乳中和，除去不溶性的亚硫酸钙之后喷雾干燥的方法及用发酵法脱除糖的方法获得
近些年来还采用反渗透法分离木素磺酸盐
将木材在氢氧化钠和硫化钠的水溶液中，在170℃左右加热
木素被分解生成在碱的水溶液中可溶性的木素衍生物，即为硫代木素
采用氢氧化钠脱木素法制备的木素称为碱木素
二 沉淀木素
沉淀木素的分离原理是采用化学方法处理植物纤维原料，使木素以外的成分溶解，木素作为残渣而分离
这种分离方式获得的木素化学结构变化一般都比较大
1.酸木素
以70%-72%的硫酸或者42%的盐酸或者氢氟酸使木材水解，溶解除去糖类之后得到的残渣，称为酸木素
其中用硫酸分离的木素称为硫酸木素或克拉森木素
其分离过程如下
木粉首先用苯醇混合液抽提6小时，以除去木粉中的有机溶剂提物
然后将木粉在72%硫酸，温度18-20度条件下水解
这时试样中聚糖的聚合度下降，2小时后聚合度下降至10左右
再加水使硫酸的浓度稀释至3%，继续在稀酸条件下继续水解
使聚糖水解成单糖溶于溶液中，余下的残渣即为克拉森木素
将上述可溶于3%硫酸的木素溶液在205-208nm测定紫外吸收值
并用3%硫酸溶液作对照，用下面公式可计算酸溶木素
硫酸木素在分离过程中受高浓度酸的作用，木素的结构受到破坏，可能发生了缩合反应
与原本木素有不同的化学结构
所以，硫酸木素通常不作为研究化学结构的样品，但广泛应用于木素的定量测定
2.过碘酸盐木素
用5%过碘酸盐水溶液在20℃条件下，pH=4处理木粉，使木材中的多糖氧化为二醛聚合物
在以热水抽提，木素作为残渣收集，该木素称为过碘酸盐木素
3.铜氨木素
铜氨木素是制备方法是费登堡(Frendenberg)为了减少酸不溶木素的缩合程度提出的方法
为了充分除去多糖，首先加入稀酸使多糖部分水解，随后将木粉与1%的硫酸煮沸3-4个小时
之后以铜氨溶液在室温下抽提12小时，如此反复交互处理，直到糖不再溶出为止，通常要反复4-5次
这样得到的木素称为铜氨木素
通常其颜色比酸木素淡，由于要反复以酸碱处理，制备时间长，应用不是很广泛
本节课我们学习了分离木素的方法
请同学们重点掌握贝克曼木素、纤维素分解酶木素以及酸不溶木素的分离方法
下节课我们将学习木素碳水化合物复合体，欢迎大家继续关注我们的课程
-绪论
--绪论
-讨论
-1.1 植物纤维原料形成与分类
-1.1 植物纤维原料形成与分类--作业
-1.2 木材的宏观结构
--木材的宏观结构
-1.2 木材的宏观结构
-1.3 针叶材与阔叶材的显微构造
-1.3 针叶材与阔叶材的显微构造--作业
-1.4 非木材原料的宏观与显微结构
-1.4 非木材原料的宏观与显微结构--作业
-1.5 纤维细胞壁超微结构
-1.5 纤维细胞壁超微结构--作业
-1.6 纤维形态学因素
-1.6 纤维形态学因素--作业
-讨论
-图文
-课程思政--中国文化自信案例1
--纸的故事（一）
-本章总结
-2.1 植物纤维原料的化学组成
-2.1 植物纤维原料的化学组成--作业
-2.2 与纤维素相关的概念及化学组成对制浆造纸的影响
-2.2 与纤维素相关的概念及化学组成对制浆造纸的影响--作业
-2.3 常用植物纤维原料的化学组成
-2.3 常用植物纤维原料的化学组成--作业
-讨论
-图文
-本章总结
-3.1水分存在形式
-3.1水分存在形式--作业
-3.2 水分对木材的影响
-3.2 水分对木材的影响--作业
-讨论
-图文
-课程思政——木材水分与干缩湿胀实例
-本章总结
-4.1木材提取物的定义、分类、结构和性质
-4.1木材提取物的定义、分类、结构和性质--作业
-4.2 芳香族化合物
-4.2 芳香族化合物--作业
-4.3 脂肪族化合物和无机物
-4.3 脂肪族化合物和无机物--作业
-4.4 提取物的分布、提取和分离
-4.4 提取物的分布、提取和分离--作业
-4.5 提取物对加工利用的影响
-4.5 提取物对加工利用的影响--作业
-讨论
-课程思政——提取物的高效利用实现绿水青山就是金山银山
--松脂采集
--松脂加工利用案例
-本章总结
-5.1糖化学基础
-5.1糖化学基础--作业
-5.2纤维素的存在、结构、性质
-5.2纤维素的存在、结构、性质--作业
-5.3纤维素物理结构
-5.3纤维素物理结构--作业
-5.4纤维素晶体结构
-5.4纤维素晶体结构--作业
-5.5纤维素结晶度及测定方法
-5.5纤维素结晶度及测定方法--作业
-5.6 纤维素润胀、溶解
-5.6 纤维素润胀、溶解--作业
-5.7 纤维素双电层及热解
-5.7 纤维素双电层及热解--作业
-5.8 纤维素酸水解和碱降解
-5.8 纤维素酸水解和碱降解--作业
-5.9 纤维素的氧化
-5.9 纤维素的氧化--作业
-5.10 纤维素酶降解
-5.10 纤维素酶降解--作业
-5.11纤维素酯化
-5.11纤维素酯化--作业
-5.12 纤维素醚化
-5.12 纤维素醚化--作业
-5.13纤维素接枝共聚与交联
-5.13纤维素接枝共聚与交联--作业
-5.14纤维素物理改性
-5.14纤维素物理改性--作业
-5.15细菌纤维素
-5.15细菌纤维素--作业
-讨论1
-讨论2
-图文
-拓展学习资料
--纸张结构
--纤维角质化定义
--纤维角质化机理
-课程思政--文化自信案例2（中国古名纸）
-课程思政——国家能源战略：生物质能源
-课程思政——文化自信案例3（纤维素与纺织）
-本章总结
-思维导图
-6.1半纤维素的命名、存在
-6.1半纤维素的命名、存在--作业
-6.2半纤维素提取
-6.2半纤维素提取--作业
-6.3半纤维素分离及糖基测定
-6.3半纤维素分离及糖基测定--作业
-6.4半纤维素的化学性质
-6.4半纤维素的化学性质--作业
-6.5半纤维素与纸张的关系
-6.5半纤维素与纸张的关系--作业
-6.6半纤维素利用
-6.6半纤维素利用--作业
-讨论
-图文
-拓展学习-功能性低聚糖
--功能性低聚糖
--常见功能性低聚糖
--木糖醇的食用
-本章总结
-7.1 绪论-木素的研究现状
-7.1 绪论-木素的研究现状
-7.2 木素的存在及其生物合成
-7.2 木素的存在及其生物合成--作业
-7.3 木素概念及化学结构
-7.3 木素概念及化学结构
-7.4 木素的分离
-7.4 木素的分离--作业
-7.5 木素碳水化合物复合体
-7.5 木素碳水化合物复合体
-7.6 木素化学结构的研究方法
-7.6 木素化学结构的研究方法
-7.7 木素的紫外及红外光谱
-7.7 木素的紫外及红外光谱
-7.8 木素的显色反应
-7.8 木素的显色反应
-7.9 木素化学结构与化学反应的关系
-7.9 木素化学结构与化学反应的关系
-7.10 木素的亲核反应1-氢氧化钠脱木素
-7.10 木素的亲核反应1-氢氧化钠脱木素
-7.11 木素的亲核反应2-硫酸盐法脱木素
-7.11 木素的亲核反应2-硫酸盐法脱木素
-7.12 木素的亲核反应3-亚硫酸盐法脱木素
-7.12 木素的亲核反应3-亚硫酸盐法脱木素
-7.13 木素的亲电反应
-7.13 木素的亲电反应
-7.14 木素的物理性质及特性
-7.14 木素的物理性质及特性
-7.15 木素的利用
-7.15 木素的利用
-讨论1
-讨论2
-图文
-植物纤维化学实验资料
--植物纤维化学实验
-课程思政——文化自信案例3：中国造纸技术的贡献
-本章总结
-考试
