甘草渣中堿木質素的提取工藝研究

趙儉波 陳新萍 姜建輝

(塔里木大學生命科學學院，新疆阿拉爾 843300)

在自然界中，木質素是僅次于纖維素的第二大可再生資源，據估計，每年全世界由植物生長可產生1 500億噸木質素［1］。木質素結構中存在多種官能團，如甲氧基、羥基、羰基等，所以木質素具有多種化學性質，能發生多種化學反應，并且無毒、價廉，目前，國內外已開發的木質素產品達200余種，主要有合成樹脂膠黏劑、橡膠補強劑、油田化學品、建材助劑、水處理劑等［2－3］，因此，木質素在化學化工生產中具有重要的應用價值。

甘草(Glycyrrhiza)屬豆科甘草屬的一種多年生草本植物，在我國集中分布在新疆、內蒙古、寧夏和甘肅等地區，中心區在新疆塔里木河流域和內蒙古西鄂爾多斯高原［4］。目前，對甘草其藥理方面的研究較多，主要是提取甘草中有藥效作用的部分，如甘草酸，甘草黃酮等［5，6］。甘草提取甘草酸后，剩余的甘草渣通常作為廢棄物遺棄，會對環境造成一定的危害，若能有效利用甘草渣提取木質素并加以開發利用，特別是用于替代石油化工產品制備新材料，對于可持續發展有重大意義。本文選用甘草渣作為原料，探討了從甘草渣中提取堿木質素的工藝。

1 實驗部分

1.1 主要儀器及試劑

Cary－100紫外可見分光光度計;FTIR－21傅里葉紅外光譜儀;Re－52c旋轉蒸發儀;電子天平;數顯鼓風干燥箱;pH計。

72%的硫酸、鹽酸、氫氧化鈉為化學純，甲苯、乙醇、乙酸、丙酮、乙二酸、二氧六環為分析純，甘草渣來自新農甘草有限責任公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料的脫脂脫蠟

將甘草渣于烘箱中60℃干燥6 h，粉碎、過40目篩。將干燥過的甘草渣在索氏提取器中，以體積比為2∶1的甲苯－乙醇溶液進行抽提，抽提時間6～8 h，剩余物在40℃烘干，得本實驗所用的脫脂樣品。

1.2.2 樣品中木質素含量的測定［7］

采用Klason法測定甘草渣中木質素含量，稱取1.000 0g脫脂樣品，移入100 mL燒杯中，在約20℃下加入72%硫酸15 mL，攪拌4 h，然后移入1 000 mL的三角瓶中，用560 mL蒸餾水稀釋到硫酸濃度為3%，裝上回流冷凝管，加熱回流2 h，冷卻后在已恒重的玻璃砂芯漏斗(G4)真空濾出木質素，用熱水洗滌至中性，于(105±3)℃下干燥至恒重，稱量，平行測3次，取平均值即為克拉森木質素的含量。將1.000 0 g脫脂樣品放在高溫電爐中550℃灼燒灰化直至恒重，平行測3次，取平均值即為灰分百分含量，再按下式計算:

樣品中木質素總含量(%)=克拉森木質素的含量－樣品總灰分

測得甘草渣中木質素的總含量約為16.12%。

1.2.3 一般堿法提取工藝［8］－［9］

稱取脫蠟樣品5.000 0 g，放入燒瓶中，加入一定濃度NaOH水溶液，水浴加熱，然后趁熱真空抽濾。把濾液倒人燒杯中，加入6 mol/L的乙酸將pH值調至5.5，減壓濃縮，濃縮液用3倍其體積的95%乙醇處理，靜置，待沉淀完全后過濾，濾液濃縮除去乙醇后加入2%的稀硫酸，攪拌，并調節pH值至3左右，約70℃左右保溫凝集30 min，靜置過夜，傾倒出燒杯中的上層清液，再離心分離，然后水洗三次，把所得木質素放人干燥箱中60℃烘干至恒重。經分析后確定了水浴溫度、恒溫時間、堿液用量和堿液濃度為影響堿木質素提取率的四個主要因素。然后采用L9(34)正交試驗探討其最佳實驗條件，試驗的影響因素和水平見表1。

表1 因素水平表

1.2.4 官能團含量測定［10］

堿木質素的總羥基含量測定用乙酰化－水解法測定;酚羥基含量用差示光度法測定;醇羥基由總羥基與酚羥基之差間接測定。

2 結果與討論

2.1 正交試驗篩選提取工藝

通過9種工藝得到堿木質素干制品的質量，除以初始樣品質量，得到堿木質素的提取率見表2。

表2 L9(34)正交試驗結果

由表2可知，對甘草渣中堿木質素提取率影響因素的順序為A＞B＞D＞C，最佳工藝組合是A2B2C3D2，即水浴溫度40℃，恒溫時間2.5 h，堿液濃度0.8 mol/L，堿液用量為30 mL/g。由最佳工藝

2.2 木質素紅外光譜分析條件下的堿木質素提取的驗證試驗，得到甘草渣堿木質素的平均提取率為4.88%(n=3)，說明此優化條件具有重現性、可靠性。

圖1 木質素紅外光譜

從圖5可見，主要特征吸收峰有:在3 420 cm－1為羥基O－H伸縮振動吸收峰，峰面比較寬大;在2 940、2 855 cm－1處的吸收峰為甲基、亞甲基和次甲基中C－H的伸縮振動峰;在1 506和1 622 cm－1處為芳香核振動吸收峰;在1 462 cm－1為甲基和亞甲基的C－H變形振動吸收峰;在1 424 cm－1是芳環中C－H平面變形振動吸收峰，1 325 cm－1為紫丁香核吸收帶，1 220 cm－1為與紫丁香核有關的芳香核C－O振動峰。

2.3 木質素官能團含量

通過乙酰化水解法以及差示光度法測定出木質素的官能團含量如下表:

表3 木質素的官能團含量

3 結論

3.1 通過正交試驗，確定了在水浴溫度為40℃、恒溫時間為2.5 h、堿液濃度為0.8 mol/L、堿液用量為30 mL/g的條件下提取效果最佳，木質素提取率為4.88%。

3.2 木質素中總羥基含量為5.43%，酚羥基含量為3.28%，醇羥基含量為2.15%，為木質素衍生化產物的制備提供了可能。

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