Влияние предварительной обработки растворителем с низкой температурой плавления на структуру и физико-химические свойства лигнина оболочки побегов бамбука
Лигнин - это аморфный природный полимер, образующийся при окислительном соединении фенилпропановых структурных единиц. Он является одним из компонентов нерастворимых в воде пищевых волокон и содержит активные группы, такие как метокси, фенольный гидроксил, спиртовой гидроксил, карбоксил и др. Обладает высокой биологической активностью. Rodr í guez gut é rrez et al. обнаружили, что лигнин обладает более высокой адсорбционной способностью для желчных кислот по сравнению с целлюлозой и гемицеллюлозой; Gong et al. обнаружили, что лигнин может быть использован в качестве иммобилизационного носителя для альфа-амилазы. Лигнин также обладает сильной биологической активностью, такой как антиоксидантная, антибактериальная, устойчивая к УФ-излучению, солнцезащитная и ухаживающая за кожей, а также ингибирующая рак кожи. Он обладает хорошей биосовместимостью и имеет потенциал для применения в пищевой и косметической промышленности.
До настоящего времени существовал ряд химических, механических и биологических методов предварительной обработки для извлечения лигнина, включая паровой взрыв, предварительную обработку органическими растворителями и методы предварительной обработки глубоким эвтектическим растворителем (DES). Однако химические методы отделения лигнина требуют применения сильных кислот или щелочей, а также высокой температуры и давления, что может привести к загрязнению окружающей среды. Биологические методы часто ограничены неопределенностью температуры и биологической активности. DES, также известные как низкоплавкие растворители или ионные жидкости, представляют собой низкоплавкие смеси, состоящие из доноров и акцепторов водородных связей. Исследования Ма и др. показали, что растворители DES не только эффективно растворяют лигнин, но и почти не растворяют целлюлозу. Благодаря своим физико-химическим свойствам растворитель DES имеет температуру плавления ниже, чем любой из его компонентов, и представляет собой жидкую эвтектическую систему при комнатной температуре. Растворитель DES считается эффективным методом снижения физического барьера лигноцеллюлозы и обладает такими преимуществами, как простота приготовления, экологическая безопасность и экономичность.
DES можно разделить на три типа в зависимости от pH: нейтральный, кислый и щелочной. Тан и др. сравнили и проанализировали эффекты экстракции нейтральных, кислых и щелочных ДЭС на лигнин из пустых плодовых оболочек масличной пальмы и обнаружили, что кислые ДЭС обладают более сильным эффектом экстракции, чем два других. В кислом DES Тан и др. обнаружили, что по сравнению с холинхлоридным молочнокислым DES, лигнин, извлеченный из холинхлоридного молочнокислого DES, содержит много β - O-4 'связей и больше биологически активных участков. Однако структура лигнина из холинхлорида муравьиной кислоты более повреждена, что приводит к образованию большего количества конденсационных структур. Поэтому лигнин, полученный из холинхлорида молочной кислоты DES, более пригоден для дальнейшего применения. Однако в настоящее время существует мало исследований по применению растворителей DES в сырье из скорлупы побегов бамбука для извлечения лигнина. Провинция Сычуань обладает богатыми ресурсами бамбука, среди которых площадь культивирования Цзычжу достигает 100000 гектаров, что ежегодно приводит к образованию огромного количества отходов скорлупы побегов бамбука. Поэтому в данном исследовании в качестве экспериментального сырья использовалась оболочка бамбука Neosinocalamus affinis, а также различные условия растворителя DES (молярное соотношение холинхлорида и молочной кислоты 1:3, 1:6, 1:9 соответственно) и температуры (90, 110, 130 ℃) были использованы для предварительной обработки лигнина, а затем измельченный лигнин и лигнин, предварительно обработанный растворителем DES, были сравнены и проанализированы с помощью гель-хроматографии, инфракрасной спектроскопии, фосфорного спектра, термогравиметрического анализа, Для изучения структуры и термической стабильности лигнина, экстрагированного с помощью DES, и дальнейшего изучения силы антиоксидантной активности, чтобы найти соответствующую пропорцию растворителя DES и температурные условия для экстрагирования лигнина, чтобы обеспечить новое направление для высокоценного использования ресурсов оболочки бамбука.

В данном исследовании для извлечения лигнина CC-LA использовался холинхлорид/молочная кислота в качестве растворителя с низкой температурой плавления. В мягких условиях: хлорид холина/молочная кислота = 1:6, температура 110 ℃, выход лигнина составил 62,32%, что было выше, чем у других растворителей с низкой температурой плавления. Это может быть связано с тем, что раствор холинхлорида/молочной кислоты DES обладает более сильной способностью к разделению сырья Poaceae, намного превышающей выход MWL (13,4%), что указывает на то, что данный метод экстракции подходит для извлечения лигнина из скорлупы побегов бамбука. Молекулярная масса лигнина CC-LA относительно низкая, PDI<2 и хорошая однородность, что указывает на разрыв химических связей в макромолекулах лигнина после предварительной обработки растворителями с низкой температурой плавления. С помощью ФИ-ТР и 31P-ЯМР-анализа было установлено, что лигнин CC-LA содержит больше полифенольных гидроксильных групп и обладает хорошей термической стабильностью. По сравнению с коммерческими антиоксидантами, он обладает более высокой антиоксидантной активностью, поскольку антиоксидантная активность лигнина положительно коррелирует с содержанием фенольных гидроксильных групп. Таким образом, лигнин CC-LA имеет потенциал для применения в качестве антиоксиданта в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности.