植物纤维原料及纸浆中的木素_碳水化合物复合体_陈洪雷.pdf

16 卷 1 期 纤维 素 科 学 与 技 术 Vol. 16 No. 1 2008 年3 月 Journal of Cellulose Science and Technology Mar. 2008 文章编号：1004-8405(2008)01-0058-08 植物纤维原料及纸浆中的木素―碳水化合物复合体 1 1,2,3 1 1 陈洪雷 ， 黄 峰 *， 杨桂花 ， 陈嘉川 （1. 山东轻工业学院 制浆造纸工程省级重点学科，山东 济南 250353； 2. 山东大学 微生物技术国家重点实验室，山东 济南 250100； 3. 中国科学院广州化学研究所 纤维素化学重点实验室，广东 广州 510650 ） 摘 要：造纸工业中所用的木质纤维原料主要是由纤维素、半纤维素和木素组成的。 纤维聚合物之间存在相互作用。研究证明，在木材和纸浆中，部分木素和碳水化合 物发生化学键联接形成木素―碳水化合物复合体结构。文章着重介绍 复合物中三 种重要化学键的键型；结合前人的研究成果，综述 云杉木、杨木、麦草以及各种 针叶木浆和阔叶木浆中的木素―碳水化合物复合体（LCC ）；此外，对LCC 的形成 机理和蒸煮过程中形成新LCC 的可能性加以阐述。 关键词：残留木素；木素―碳水化合物复合体；硫酸盐浆 中图分类号：O636.2 文献标识码：A 植物纤维是高分子有机化合物，一般均由相对分子质量不等、结构不同的纤维素、半纤 维素和木素等聚合物组成。三者主要存在于细胞中，其中纤维素作为基本结构物质存在于植 物中，称为骨架物质；半纤维素是植物细胞壁中使纤维素和木素相互贯穿的多糖聚合物，称 为填充物质；木素也是木质部细胞壁的主要成分之一，以一种结构物质形式存在于木质纤维 中使纤维素纤维之间粘结和加固，称为结壳物质。在植物新生组织中，没有木素存在，伴随 植物组织逐年老化，木素含量逐年增加。 植物纤维聚合物之间的相互作用是制浆过程中的一个重要因素，例如，化学浆制浆过程 中，浆中残留木素难以全部脱除，影响 纸浆的白度，一定程度上是由于造纸植物纤维中有 部分木素 纤维素和半纤维素之间存在化学键联结，形成 复合物，人们通常称之为木素― 碳水化合物复合体（Lignin Carbohydrate Complex ），简称LCC 。通过多年研究，人们已经证 实木素不是简单地沉积在细胞壁聚糖之间，亲水性聚糖和疏水性木素之间存在相互作用。如 在制备综纤维素时，若把木材原料中的木素完全除去，必然会损失部分聚糖，若要保持聚糖 的完全，则无法把木素彻底清除。此外，在木材的硫酸盐法制浆过程中，蒸煮始末蒸煮液中 均能发现LCC 。这些事实使人们认识到LCC 的存在。 LCC 的存在可能是制浆、漂白过程中低卡伯值浆脱除残留木素比较困难的原因之一。 经过蒸煮，部分LCC 溶解出来，部分依然残留在纸浆中，在某种条件下（如碱法制浆条件）， 还会有新的LCC 形成。深入 解LCC 的结构将有助于进一步明确残余木素存在的原因，开 发出新的制浆、漂白技术，对于制浆造纸工业具有重要意义。 收稿日期：2007-09-03 基金项目：国家自然科学基金资助项目 ）。 作者简介：陈洪雷 （1982~ ），男，山东滕州人，硕士研究生，研究方向：制浆造纸绿色化学 技术。 通讯作者：黄 峰，教授，博士，博士生导师，研究方向：生物质降解与生物转化。 1 期 陈洪雷等：植物纤维原料及纸浆中的木素―碳水化合物复合体 59 1 木素―碳水化合物之间的联接键 大量研究显示，在木材和浆中都存在木素和碳水化合物形成的共价键。Freudenberg 等 [1] 人 对LCC 进行 探索，根据实验对木素和聚糖间的结合型式，把LC 键分为苄基醚键、苯 基糖甙键、苯甲酯键及缩醛键等主要键型。 1.1 苯甲醚键（-醚键） 葡萄糖基 6 个“C”上的羟基 木素结构