棉花纖維中木質(zhì)素的相對分子量

胡文冉 范 玲 李曉榮 謝麗霞 楊 洋 李 波 陳方圓

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棉花纖維中木質(zhì)素的相對分子量

胡文冉 范 玲 李曉榮 謝麗霞 楊 洋 李 波 陳方圓

新疆農(nóng)業(yè)科學院核技術(shù)生物技術(shù)研究所 / 新疆農(nóng)作物生物技術(shù)重點實驗室 / 新疆農(nóng)業(yè)科學院棉花分子機理與分子育種實驗室, 新疆烏魯木齊830091

分子量是聚合物的重要特性之一, 木質(zhì)素的分子量及其分布是研究苯丙烷類結(jié)構(gòu)的反應、物理化學特性和評價其改性產(chǎn)物質(zhì)量的內(nèi)容之一。本研究以陸地棉TM-1成熟纖維為材料, 分別利用酶解-溫和酸解木質(zhì)素法和二氧六環(huán)法提取棉纖維中木質(zhì)素, 結(jié)合凝膠滲透色譜法(gel permeation chromatography, GPC)調(diào)查和評價2種方法獲得的棉纖維中木質(zhì)素的相對分子量。結(jié)果表明, 經(jīng)二氧六環(huán)處理提取的棉花纖維中的木質(zhì)素(dioxane lignin, DL)的重均分子量為2924 g mol–1、數(shù)均分子量2403 g mol–1, 略高于由酶解-溫和酸解處理提取的木質(zhì)素(enzymatic hydrolysis-mild acidolysis lignin, EMAL)的重均分子量(2169 g mol–1)和數(shù)均分子量(1970 g mol–1), EMAL的多分散系數(shù)稍低, 說明木質(zhì)素的均一性比DL高。表明EMAL法提取的木質(zhì)素更適用于分析棉纖維中木質(zhì)素的相對分子量。利用EMAL法分析棉纖維中木質(zhì)素相對分子量表明, 不同棉花品種的木質(zhì)素重均分子量分布范圍為938~2169 g mol–1, 數(shù)均分子量分布范圍為857~1970 g mol–1, 多分散性系數(shù)在1.09~1.74間, 均小于2。重均分子量與纖維馬克隆值呈顯著負相關(guān), 數(shù)均分子量與纖維長度呈顯著負相關(guān), 與纖維馬克隆值呈極顯著負相關(guān)。

棉花纖維; 木質(zhì)素; 相對分子量; 酶解-溫和酸解; 凝膠滲透色譜

近年來的研究表明棉花纖維發(fā)育中存在著苯丙烷代謝, 并且是僅次于纖維素代謝的第二大代謝途徑, 苯丙烷代謝和棉花纖維細胞壁發(fā)育密切相關(guān), 其代謝產(chǎn)物苯丙烷類化合物和棉花纖維品質(zhì)密切相關(guān)[1-4]。形成植物細胞壁交聯(lián)結(jié)構(gòu)的苯丙烷類化合物可分為通過氧化連接形成木質(zhì)素的單體木質(zhì)素, 以及與細胞壁上不同化合物交聯(lián)的低分子羥基肉桂酸[5-6]。在細胞壁的形成過程中, 苯丙烷類化合物在細胞壁內(nèi)和細胞壁間逐漸沉積, 把細胞和細胞粘結(jié)起來, 苯丙烷類化合物填充于纖維素骨架內(nèi), 起到交聯(lián)作用, 加大了植物細胞壁的韌性, 增加了細胞的機械支持力和抗壓強度[7]。

分子量是聚合物的重要特征性質(zhì)之一, 高分子聚合物的分子量是其強度和其他物理性能的良好標志[8]。木質(zhì)素的分子量及其分布是研究苯丙烷類結(jié)構(gòu)的反應、物理化學特性和評價其改性產(chǎn)物質(zhì)量的內(nèi)容之一[9-11], 更為重要的是, 木質(zhì)素的許多性能, 不但與其分子量有著密切的關(guān)系, 而且還受分子量分布的影響, 木質(zhì)素的分子量影響著生物量的抗降解性和苯丙烷類化合物的穩(wěn)定[12]。研究木質(zhì)素分子量及其分布便于理解木質(zhì)素反應和物理化學性質(zhì)的特性原理[10-11,13]。同時木質(zhì)素的分子量可用來描述在分離提取生物原材料木質(zhì)素的過程中木質(zhì)素的降解程度[14]。

研究表明棉花纖維中存在著苯丙烷類化合物[1,3,15], 主要是由愈瘡木基結(jié)構(gòu)單體(G-木質(zhì)素)和紫丁香基結(jié)構(gòu)單體(S-木質(zhì)素)聚合而成[16-17], 然而對棉纖維這種高纖維素含量的特殊材料中木質(zhì)素的分子量分布及其與纖維品質(zhì)間的關(guān)系還未見報道。本研究以陸地棉自然成熟纖維為材料, 選出適合分析棉纖維木質(zhì)素相對分子量的方法, 并利用該方法分析研究不同品種棉纖維中木質(zhì)素的相對分子量, 結(jié)合品質(zhì)主要恒定指標進行相關(guān)分析, 為進一步研究棉纖維中苯丙烷類化合物的性質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

將TM-1和新陸早39種植于新疆瑪納斯縣試驗站, 新陸中60和中棉35種植于新疆庫車試驗站, 采摘自然成熟棉鈴, 使用小型軋花機脫籽后留取纖維備用。

1.2 主要試劑與儀器

勻質(zhì)緩沖液(50 mmol L–1Tris-HCl, 10 g L–1Triton X-100, 1 mol L–1NaCl, pH 8.3); 0.2 mol L–1醋酸-醋酸鈉緩沖液(pH 4.8); 丙酮、纖維素酶、1,4-二氧六環(huán)、吡啶、乙酸酐、甲醇、濃HCl、NaHCO3、Tris-HCl、NaCl和Triton X-100, 均為分析純; 試驗用水均為蒸餾水。

電熱恒溫水槽(上海一恒科技有限公司, DKZ系列); 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(日本東京理化, EYELA N-1100); 氣相色譜儀(ThermoFinnigan Trace 2000, 美國); 磁力攪拌器(WH220 plus, 德國); 高速冷凍離心機(Hitachi, CR20B2); 冷凍干燥機(北京松源華興, LGJ-12); 烘箱(EYELA, NDO-700)。

1.3 結(jié)構(gòu)物質(zhì)的獲得

不同品種的棉花纖維經(jīng)徹底去除非纖維雜質(zhì), 用勻質(zhì)緩沖液清洗2次, 80%丙酮清洗2次, 純丙酮清洗1次[18], 每次都用金屬夾蒜器將溶液擠干, 清除棉花纖維的可溶物質(zhì), 留下結(jié)構(gòu)物質(zhì), 于干凈濾紙上晾干, 45℃恒溫干燥箱烘干至恒重備用。

1.4 木質(zhì)素提取

1.4.1 酶解溫和酸解處理棉纖維 參照文獻[19-20]方法, 略有改動。①稱取6份5.0 g的TM-1棉纖維分別置6個100 mL錐形瓶中, 各加0.2 mol L–1醋酸緩沖液100 mL、纖維素酶325 mg, 玻璃棒攪拌, 將棉纖維徹底浸潤混勻; ②將錐形瓶封口后放入電熱恒溫振蕩水槽, 50℃條件下輕緩振蕩60 h, 反應完成后, 利用2 mol L–1HCl調(diào)節(jié)反應液pH至2.0; ③室溫下過濾, 收集棉纖維, 用稀HCl (pH 2.0)清洗2~3次, 再用蒸餾水清洗2~3次; ④混合棉纖維, 利用冷凍干燥機凍干后置1 L燒瓶中, 加入300 mL 85∶15 (v/v)二氧六環(huán)/水溶液和1.25 μL濃HCl, 充分混勻后于電熱恒溫水槽中86℃條件下加熱回流2 h; ⑤待反應完成后, 取出燒瓶, 室溫下冷卻后過濾, 收集濾液; 用二氧六環(huán)/水溶液清洗殘渣3次, 收集合并濾液后用NaHCO3調(diào)節(jié)pH至中性; ⑥利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀40℃下將濾液濃縮, 冷凍干燥后備用。

1.4.2 二氧六環(huán)處理棉纖維 參照蔣挺大[21]方法, 略有改動。①取30 g清洗后的TM-1棉纖維樣品, 置燒瓶中, 加入500 mL的85∶15 (v/v)二氧六環(huán)/水溶液和8.75 mL 濃HCl, 充分混勻后于電熱恒溫水槽中95℃條件下加熱回流16 h; ②反應完成后取出燒瓶, 冷卻至室溫后過濾, 收集濾液, 纖維殘渣經(jīng)85∶15二氧六環(huán)/水溶液清洗2~3次, 將所有濾液合并, 用NaHCO3調(diào)節(jié)pH值至中性; ③利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀40℃下將濾液濃縮至15~20 mL, 加入10倍體積的冷水, 利用磁力攪拌器攪拌均勻; ④ 4℃條件下, 16 400×離心5 min, 收集沉淀; ⑤提純木質(zhì)素[22], 干燥后備用。

1.4.3 乙?；幚?將提取的木質(zhì)素置具塞小試管內(nèi), 加入1 mL吡啶溶解, 再加入1 mL乙酸酐, 封口后以磁力攪拌器攪拌72 h, 加入5 mL甲醇∶水(1∶1, v/v), 于4℃冰箱過夜處理后, 16 400×, 4℃下離心5 min, 收集沉淀, 干燥后備用。

1.5 GPC測定木質(zhì)素相對分子量

準確稱取2 mg乙酰化后的木質(zhì)素樣品溶于1 mL的四氫呋喃溶液中, 待樣品全部溶解后, 利用Waters1525凝膠滲透色譜儀(GPC)測定。

采用儀器的Agilent PLgel 5mm MIXED-C色譜柱(300.0 mm′7.5 mm); Waters 2414檢測器; 流動相為THF (四氫呋喃); 柱溫35℃, 進樣量60~80 μL, 流速1 mL min–1, 聚苯乙烯標樣作為標準品。采用GPC Software處理數(shù)據(jù)。

1.6 棉纖維中木質(zhì)素相對分子量的測定

選出合適的分析棉纖維木質(zhì)素分子量的方法, 分別提取新陸早39、新陸中60和中棉35自然成熟纖維的木質(zhì)素, 再采用GPC分別測定其相對分子量。

1.7 棉纖維中木質(zhì)素相對分子量與品質(zhì)主要恒定指標的相關(guān)性分析

將測得的棉纖維木質(zhì)素相對分子量, 即重均分子量(1)、數(shù)均分子量(2)及多分散性系數(shù)(3), 結(jié)合纖維品質(zhì)主要恒定指標纖維長度(4)、強度(5)及馬克隆值(6), 經(jīng)數(shù)據(jù)標準化后用Microsoft Excel 2003進行相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 以不同提取方法得到的棉纖維木質(zhì)素相對分子量

從圖1可以看到2種處理得到的木質(zhì)素色譜圖檢測器響應曲線類似, 二氧六環(huán)處理得到的TM-1棉纖維木質(zhì)素的色譜圖相應值稍高于酶解溫和酸解木質(zhì)素。從表1可以看到, 二氧六環(huán)處理棉花纖維提取的木質(zhì)素重均分子量為2924 g mol–1, 酶解溫和酸解處理提取的木質(zhì)素重均分子量為2169 g mol–1, 二氧六環(huán)木質(zhì)素分子量的分散性系數(shù)稍高于酶解溫和酸解木質(zhì)素, 說明酶解溫和酸解木質(zhì)素分子量分布較窄, 相對分子質(zhì)量分布比較均勻, 性能相對穩(wěn)定,而二氧六環(huán)處理棉花纖維從中提取的木質(zhì)素結(jié)構(gòu)較為復雜一些。推測直接采用酶解溫和酸解提取得到木質(zhì)素更接近棉纖維中真實的木質(zhì)素類型。因此, 酶解溫和酸解提取得到木質(zhì)素更適合于分析棉纖維苯丙烷類化合物的分子量。

表1 二氧六環(huán)處理與酶解溫和酸解處理得到的TM-1棉纖維木質(zhì)素的分子量及分布

2.2 棉纖維中酶解溫和酸解木質(zhì)素相對分子量

從圖2可以看到不同品種棉纖維中木質(zhì)素色譜圖檢測器響應曲線稍有不同。由表2可知, 4個品種棉花纖維中木質(zhì)素樣品重均分子量分布范圍為938~2169 g mol–1, 數(shù)均分子量分布范圍為857~1970 g mol–1, 多分散性系數(shù)(Mw/Mn)在1.10~1.74之間。

2.3 棉纖維中相對分子量與纖維品質(zhì)主要恒定指標的相關(guān)性

表3表明, 酶解溫和酸解得到的木質(zhì)素的重均分子量與纖維馬克隆值呈顯著負相關(guān), 數(shù)均分子量與纖維長度呈顯著負相關(guān), 與纖維馬克隆值呈極顯著負相關(guān)。

3 討論

存在于植物細胞壁中未經(jīng)分離的木質(zhì)素為原本木質(zhì)素, 其相對分子量可以達到幾十萬到幾百萬, 不溶于任何試劑。但植物細胞壁致密的物理束縛和木質(zhì)素與細胞壁多糖組分之間各種化學鍵的聯(lián)接使木質(zhì)素組分很難以化學結(jié)構(gòu)完整的形式從細胞壁中分離出來[23], 所以給其分子量的研究也帶來了困難。鑒于天然高分子木質(zhì)素結(jié)構(gòu)的復雜性和分布的不均一性, 研究者將木質(zhì)素通過一定的方法解聚, 轉(zhuǎn)化為低分子物質(zhì)是對其最有效的應用途徑。分離的木質(zhì)素因為發(fā)生了縮合或降解, 相對分子量要低很多, 由于木質(zhì)素的分離提取方法的不同, 其相對分子量一般是幾千到數(shù)萬[13]。影響木質(zhì)素分子量分布的因素較多, 木質(zhì)素的來源和分離方法決定其相對分子量的大小。

木質(zhì)素是天然的高分子聚合物, 其分子量呈現(xiàn)多分散性, 即分子量有一定范圍。常用統(tǒng)計的方法求出試樣分子量的平均值和分子量分布。一般測定重均分子量(Mw)和數(shù)均分子量(Mn), 以重均分子量和數(shù)均分子量的比值(= Mw/Mn)即多分散系數(shù)表示多分散性。一般用來表征分子量的分散程度, 高分子試樣的分子量分布愈寬,值愈大[24]。重均分子量和分子量分散系數(shù)都可能影響木質(zhì)素的熱性能, 一般重均分子量和分子量分散系數(shù)越大, 其玻璃化溫度越高[25]。

表2 不同品種棉纖維EMAL木質(zhì)素分子量及分布

表3 不同品種棉纖維EMAL分子量與纖維品質(zhì)指標間的相關(guān)性

*表示差異在0.05水平上顯著,**表示差異在0.01水平上顯著。

*Significant at the 0.05 probability level.**Significant at the 0.01 probability level.

近年來, 對生物原材料中木質(zhì)素的分離提取方法, 在原有的基礎上其過程逐漸趨于多級化, 以期在盡可能保證結(jié)構(gòu)破壞程度較小的前提下分離提取出生物原材料中的木質(zhì)素。原本木質(zhì)素的分子量分布較寬, 然而, 木質(zhì)素結(jié)構(gòu)與分離提取木質(zhì)素的方法有關(guān), 致使木質(zhì)素分子量的大小因分離提取方法不同而受到一定程度的影響。生物質(zhì)原材料不同, 木質(zhì)素的分子量不同; 同一種生物原材料因不同的分離方法所得的木質(zhì)素分子量也有所差異。同時, 在分離提取的過程中, 木質(zhì)素片段的降解、縮合以及變性等, 也是影響分子量大小的原因之一[21]。

磨木木質(zhì)素(milled wood lignin, MWL)的化學結(jié)構(gòu)變化較小, 是分析植物細胞壁中木質(zhì)素特性的常用方法之一[26-27]。二氧六環(huán)木質(zhì)素(DL)也可用于結(jié)構(gòu)研究[21]。Wu等[20]和Guerra等[28]研究發(fā)現(xiàn)EMAL分離方法在提取過程中只是斷裂了木質(zhì)素-碳水化合物間的化學聯(lián)接鍵, 木質(zhì)素大分子內(nèi)的各連接鍵并沒有斷裂, 為木質(zhì)素的高效分離提供了保證。武書斌等[29]在麥草分析上也發(fā)現(xiàn)該方法提取得到的木質(zhì)素得率和純度都高于磨木木質(zhì)素, 不會造成木質(zhì)素大分子化學結(jié)構(gòu)的變化。棉花纖維纖細、柔軟, 不適合球磨。棉纖維中纖維素含量高達90%。本研究結(jié)果顯示棉纖維經(jīng)二氧六環(huán)直接提取的木質(zhì)素的重均分子量和數(shù)均分子量略高于酶解溫和酸解法所得。該結(jié)果與韓敏[13]采用二氧六環(huán)處理慈竹提取的木質(zhì)素分子量范圍一致; 但二氧六環(huán)直接提取的木質(zhì)素分子量的分散系數(shù)稍高于EMAL法得到的木質(zhì)素, 說明EMAL法提取的木質(zhì)素分子量分布較窄, 木質(zhì)素結(jié)構(gòu)均一, 更適用于分析棉纖維中的苯丙烷類化合物分子量。利用EMAL法提取不同品種棉纖維中的木質(zhì)素, GPC測試結(jié)果表明不同棉花品種的木質(zhì)素重均分子量分布范圍為938~2169 g mol–1, 多分散性系數(shù)均小于2。再次說明EMAL法提取得到的棉纖維木質(zhì)素適合于評價棉纖維中的木質(zhì)素的相對分子量。相關(guān)分析結(jié)果表明, 該方法提取得到的木質(zhì)素的分子量與纖維品質(zhì)主要恒定指標有關(guān), 其中重均分子量與纖維馬克隆值呈顯著負相關(guān), 數(shù)均分子量與纖維長度呈顯著負相關(guān), 與纖維馬克隆值呈極顯著負相關(guān)。該結(jié)果驗證了棉纖維中的苯丙烷類化合物與纖維品質(zhì)的負相關(guān)性[1,3]。

References

[1] Fan L, Shi W J, Hu W R, Hao X Y, Wang D M, Yuan H, Yan H YMolecular and biochemical evidence for phenylpropanoid synthesis and presence of wall-linked phenolics in cotton fibers., 2009, 51: 626–637

[2] Gou J Y, Wang L J, Chen S P, Hu W L, Chen X Y. Gene expression and metabolite profiles of cotton fiber during cell elongation and secondary cell wall synthesis., 2007, 17: 422–434

[3] Han L B, Li Y B, Wang H Y, Wu X M, Li C L, Luo M, Wu S J, Kong Z S, Pei Y, Jiao G L, Xia G XThe dual functions of WLIM1a in cell elongation and secondary wall formation in developing cotton fibers., 2013, 25: 4421–4438

[4] Shi Y H, Zhu S W, Mao X Z, Feng J X, Qin Y M, Zhang L, Cheng J, Wei L P, Wang Z Y, Zhu Y XTranscriptome profiling, molecular biological, and physiological studies reveal a major role for ethylene in cotton fiber cell elongation., 2006, 18: 651–664

[5] K?rk?nen A, Koutaniemi S. Lignin biosynthesis studies in plant tissue cultures., 2010, 52:176–185

[6] Rubin E M. Genomics of cellulosic biofuels., 2008, 454: 841–845

[7] Boerjan W, Ralph J, Baucher M. Lignin biosynthesis., 2003, 54: 519–546

[8] Mousavioun P, Doherty W. Chemical and thermal properties of fractionated bagasse soda lignin., 2010, 31: 52–58

[9] 崔朋, 方紅霞, 吳強林, 錢晨.超高效聚合物色譜法測定酚化解聚木質(zhì)素的相對分子質(zhì)量. 色譜, 2015, 33: 314–317 Cui P, Fang H X, Wu Q L, Qian CRelative molecular mass determination of phenolated depolymerized sodium lignosulfonate by advanced polymer chromatography system., 2015, 33: 314–317 (in Chinese with English abstract)

[10] Jeong H, Park J, Kim S, Lee J, Ahn N, Roh H GPreparation and characterization of thermoplastic polyurethanes using partially acetylated kraft lignin., 2013, 14: 1082–1093

[11] Pouteau C, Dole P, Cathala B, Averous L, Boquillon NAntioxidant properties of lignin in polypropylene., 2003, 81: 9–18

[12] Tolbert A, Akinosho H, Khunsupat R, Naskar A K, Ragauskas A JCharacterization and analysis of the molecular weight of lignin for biorefining studies., 2014, 8: 836–856

[13] 韓敏. 不同提取方法對木質(zhì)素分子量及其分布的影響. 洛陽理工學院學報(自然科學版), 2013, 23: 1–4 Han M. Effects of different extraction on lignin molecular mass and distribution.(Nat Sci Edn), 2013, 23(2): 1–4 (in Chinese with English abstract)

[14] 孫永昌.木質(zhì)素高效分離、結(jié)構(gòu)表征及基于離子液體的降解機理研究. 北京林業(yè)大學博士學位論文, 北京, 2014. pp 125–135 Sun Y C. Efficient Separation and Structural Characterization of Lignin, and Lignin Degradation in Ionic Liquid-Based Systems. PhD Dissertation of Beijing Forestry University, Beijing, China, 2014. pp 125–135 (in Chinese with English abstract).

[15] Hu W R, Fan L, Tian X L, Tian X L. Modified methods for the analysis of the lignin-like phenolic polymer contents of cotton fiber., 2015, 25: 232–239 胡文冉, 范玲, 孫濤, 謝麗霞, 田曉莉. 棉花纖維中苯丙烷類結(jié)構(gòu)單體的檢測方法. 棉花學報, 2016, 28: 407–412 Hu W R, Fan L, Sun T, Xie L X,Tian X LA method for detecting phenylpropanoid monomers in cotton fiber., 2016, 28: 407–412 (in Chinese with English abstract)

[16] 胡文冉, 范玲, 謝麗霞, 王樂樂. 不同發(fā)育階段棉纖維中木質(zhì)素的沉積變化. 新疆農(nóng)業(yè)科學, 2016, 53: 467–472 Hu W R, Fan L, Xie L X,Wang L LDynamic changes of lignin deposition during cotton fiber development stage., 2016, 45: 467–472 (in Chinese with English abstract)

[17] Müse G, Schindler T, Bergfeld R, Ruel K, Jacquet G, Lapierre C, Speth V, Schopfer P. Structure and distribution of lignin in primary and secondary cell walls of maize coleoptiles analyzed by chemical and immunological probes., 1997, 201: 146–159

[18] Koda K, Gaspar A, Argyropoulos D S. Molecular weight- functional group relations in softwood residual kraft lignins., 2005, 59: 612–619

[19] Wu S B, Argyropoulos D S. An improved method for isolating lignin in high yield and purity., 2003, 29: 235–240

[20] 蔣挺大. 木質(zhì)素(第2版). 北京: 化學工業(yè)出版社, 2008 Jiang T D. Lignin, 2nd edn. Beijing: Chemical Industrial Press, 2008 (in Chinese)

[21] 胡文冉, 張芳, 白潔, 曹雙瑜, 范玲.有機溶劑法提取棉花纖維中木質(zhì)素. 新疆農(nóng)業(yè)科學, 2011, 48: 1701–1703 Hu R W, Zhang F, Bai J, Cao S Y, Fan L.Extraction of lignin from cotton fiber with organic solvents., 2011, 48: 1701–1703 (in Chinese with English abstract)

[22] Ikeda T, Holtman K, Kadla J F, Chang H M, Jameel H.Studies on the effect of ball milling on lignin structure using a modified DFRC methods., 2002, 50: 129–135

[23] 劉鳳岐, 湯心頤. 高分子物理. 北京: 高等教育出版社, 1995. pp 15–18 Liu F Q, Tang X Y. Polymer Physics. Beijing: High Education Press, 1995. pp 15–18 (in Chinese)

[24] 中野準三. 木質(zhì)素的化學: 基礎與應用. 北京: 輕工業(yè)出版社, 1988. pp 320–334 Nakano J. Chemistry of Lignin-Basis and Application. Beijing:China Light Industry Press, 1988. pp 320–334 (in Chinese)

[25] Bj?rkman A. Studies on finely divided wood: I. Extraction of lignin with neutral solvents., 1956, 59: 477–485

[26] Brownell H H. Isolation of milled lignin and lignin carbohydrate complex., 1965, 48: 513–518

[27] Guerra A, Filpponen I, Lucia L A, Argyropoulos. Comparative evaluation of three lignin isolation protocols for various wood species.2006, 54: 9696–9705

[28] 武書斌, 李夢實. 麥草酶解-溫和酸解木質(zhì)素的化學結(jié)構(gòu)特性研究. 林產(chǎn)化學與工業(yè), 2006, 26(1): 104–108 Wu S B, Li M S. Study on chemical structure characteristics of wheat straw lignin from enzymatic hydrolysis-mild acidolysis., 2006, 26: 104–108 (in Chinese with English abstract)

Relative Molecular Weight of Lignin in Cotton Fiber

HU Wen-Ran, FAN Ling, LI Xiao-Rong, XIE Li-Xia, YANG Yang, LI Bo, and CHEN Fang-Yuan

Xinjiang Key Laboratory of Crop Biotechnology / Laboratory of Molecular Mechanism and Molecular Breeding in Cotton of Xinjiang Academy of Agricultural Sciences / Biotechnology Institute of Nuclear Technology, Xinjiang Academy of Agricultural Sciences, Urumqi 830091, China

Molecular weight is one of the important characteristics of polymers, lignin molecular weight and its distribution is one of the contents for studying responses of phenylpropanoid structure, physicochemical characteristics and evaluation of the modified product quality. In this research, the relative molecular weight of lignin extracted respectively by enzyme hydrolysis mild acidolysis and dioxane from mature cotton fibers (L. acc. TM-1) was studied combined with gel permeation chromatography (GPC). The dioxane lignin (DL) had an average molecular weight (Mw) of 2924 g mol–1, and a number-averagemolecularweight (Mn) of 2403 g mol–1, which were slightly higher than the enzymatic hydrolysis-mild acidolysis lignin (EMAL, Mw was 2169 g mol–1and Mn was 1970 g mol–1). The polydispersity coefficient of EMAL was slightly lower than that of DL, showing the higher uniformity in EMAL than in DL. The method of EMAL was more suitable to analyze the relative molecular weight of lignin in cotton fiber. The relative molecular weights of lignin in different cotton varieties, extracted by EMAL, were analyzed, showing that the Mw distribution range of lignin was 938–2169 g mol–1, while Mn was 857–1970 g mol–1and the polydispersity coefficient was 1.09–1.74 (less than 2). The weight average molecular weight had significantly negative correlation with the micronaire value (<0.05). The number average molecular weight was negatively correlated with fiber length (<0.05), and the micronaire value (<0.01), respectively.

Cotton fiber; Lignin; Relative molecular weight; Enzymatic hydrolysis-mild acidolysis; Gel Permeation Chromatography (GPC)

本研究由新疆維吾爾自治區(qū)重點實驗室項目(2016D03013)和新疆維吾爾自治區(qū)創(chuàng)新人才項目(2014721025)資助。

This study was supported by the Key Laboratory Projects of Xinjiang Uygur Autonomous Region (2016D03013) and the Talents Engaging in Scientific and Technological Innovations of Xinjiang (2014721025)

(收稿日期): 2016-09-12; Accepted(接受日期): 2017-03-02; Published online(網(wǎng)絡出版日期): 2017-03-19.

10.3724/SP.J.1006.2017.00940

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