竹柳细胞壁综纤维素和木质素单体及含量研究(2)
1.3.3 计算反应率 反应率=(1)
1.4 竹柳细胞壁综纤维素含量测定
称取约1.5 g细胞壁样品,于60 ℃烘至恒重W4,再转入250 mL碘量瓶中,加入150 mL 2 mol/L的HCl,105 ℃保温50 min,然后用去离子水冲洗过滤至滤液pH 6.5~7.0,接下来依次用体积分数95%的乙醇、无水乙醇、丙酮各洗涤2次,残渣转入已恒重的坩埚(W5)中,于60 ℃干燥箱中烘至恒重(W6)。将残渣转入150 mL烧杯中,加入15 mL预冷过的72%的硫酸水解3 h,然后加去离子水135 mL,室温过夜,残渣次日用去离子水冲洗过滤至滤液pH 6.5~7.0,滤渣转入已恒重的坩埚(W7)中,于60 ℃干燥箱中烘至恒重(W8)。按公式(2)、(3)、(4)计算半纤维素、纤维素和综纤维素含量,平行测定样品6份,取平均值[11,12]。
半纤维素含量=×100% (2)
纤维素含量=×100% (3)
综纤维素含量=半纤维素含量+纤维素含量(4)
1.5 竹柳细胞壁木质素含量测定
准确称量1 g(W9)细胞壁样品,加72%的硫酸15 mL,室温搅拌4 h,转入1 000 mL圆底烧瓶中,加560 mL去离子水稀释硫酸浓度至3%,加热回流2 h,再用砂芯漏斗过滤,收集滤液,残渣用热水洗涤至中性,转入已恒重的坩埚(W10)于105 ℃烘干至恒重,称量(W11)并按公式(5)计算酸不溶木质素含量,平行测定样品6份,取平均值[12,13]。
酸不溶木质素含量=×100% (5)
滤液在205 nm波长下测吸光度,如果吸光度大于0.7,则用3%的硫酸溶液稀释,当吸光度为0.2~0.7,按公式(6)和公式(7)计算,平行测定样品6份,取平均值。
B=×D (6)
酸溶木质素含量=×100% (7)
式中,B为滤液中酸溶木质素的含量(g/1 000 mL);A为吸光度;D为样品滤液的稀释倍数;V为滤液总体积;110为吸光系数[L/(g·cm)]。
木质素含量=酸不溶木质素含量+酸溶木质素含量 (8)
2 结果与分析
2.1 DFRC法分析细胞壁成分
衍生化后的还原裂解(DFRC)法包括两个重要步骤:①细胞壁在溴乙酰和乙酸混合溶液中溶解,②锌粉催化还原裂解,在溴乙酰中植物细胞壁被溶解,酸性环境下细胞壁多糖进一步水解[14,15],结合GC-MS通过查找数据库可以确定样品DFRC法获得的化合物组成,进一步解析样品细胞壁成分。通过计算反应率得出,大于95%的竹柳细胞壁参加了反应,所以试验中DFRC法产物包含了竹柳细胞壁的主要物质组成。
表1是竹柳细胞壁DFRC降解物气相色谱检测到的主要化合物保留时间、名称以及含量,除9和10是内标胆固醇及其乙酰化产物外,1~8是竹柳细胞壁DFRC法检测到的主要产物:D-木糖乙酸酯、L-阿拉伯糖乙酸酯、D-半乳糖乙酸酯、愈创木基乙酸酯、D-葡萄糖乙酸酯、紫丁香基乙酸酯、L-岩藻糖乙酸酯和D-纤维二糖乙酸酯。根据构成综纤维素和木质素的单体类型可知,竹柳细胞壁综纤维素单体主要是D-木糖、L-阿拉伯糖、D-半乳糖、D-葡萄糖、L-岩藻糖和D-纤维二糖,木质素的单体主要是G型和S型,没有检测到H型单体。不计算内标的情况下,综纤维素和木质素的含量分别为80.16%和19.84%。
2.2 竹柳细胞壁综纤维素和木质素含量分析
半纤维素是戊糖、己糖和糖酸所组成的不均一聚糖,易水解,高温下经稀酸处理几乎可以把半纤维素全部水解成可溶性糖;纤维素是β-1,4糖苷键组成的长链分子,长链分子进一步形成一种具有高度结晶区的超分子稳定结构,该结构可以被浓酸溶解,在溶解过程中导致纤维素的均相水解[1],因此依次用盐酸、硫酸水解竹柳,准确称量水解前后的重量并计算差重可以得出半纤维素、纤维素以及综纤维素含量。采用Klason法和紫外分光法分别测定酸不溶木质素和酸溶木质素含量,试验没有检测植物含有的少量矿质元素,结果见表2。从表2可知,综纤维素含量为79.03%,木质素含量为20.35%,对比DFRC法测定的糖类和木质素类含量,可以得出两种方法测得的结果基本一致,说明DFRC法检测出的竹柳细胞壁各成分含量可靠。
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