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毛竹竹青和竹黄细胞壁中阿魏酸和对香豆酸定量分析



全 文 :第 36 卷第 3 期
2016 年 6 月
林 产 化 学 与 工 业
Chemistry and Industry of Forest Products
Vol. 36 No. 3
June 2016
doi:10. 3969 / j. issn. 0253-2417. 2016. 03. 003
毛竹竹青和竹黄细胞壁中阿魏酸和
对香豆酸定量分析
收稿日期:2015-08-20
基金项目:“十二五”国家科技支撑计划项目资助(2015BAD15B09);江苏省高校优势学科建设工程资助项目(无编号);国家自然科
学基金资助项目(31570561)
作者简介:黄曹兴(1989— ),男,福建福清人,博士生,主要从事林产化学加工;E-mail:hcx@ njfu. edu. cn
* 通讯作者:勇 强,教授,博士生导师,研究领域:生物质资源生物降解与转化的研究;E-mail:swhx@ njfu. com. cn。
HUANG Cao-xing
黄曹兴1,何 娟1,闵斗勇2,李 鑫1,杜丽婷3,勇 强1
*
(1.南京林业大学化学工程学院,江苏 南京 210037;2.南京林业大学
轻工科学与工程学院,江苏 南京 210037;3.南京林业大学
现代分析测试中心,江苏 南京 210037)
摘 要: 采用两步中度碱水解和两步酸水解法,定量分析毛竹竹青与竹黄细胞壁中阿魏酸和对
香豆酸的含量。结果表明(基于绝干物料):竹青细胞壁中含有 3. 08%阿魏酸和 5. 91%对香豆酸,
其中 1. 62%阿魏酸和 4. 64%对香豆酸以酯键形式连接,1. 46%阿魏酸和 1. 27%对香豆酸以醚键形式连接;竹黄细胞壁
中阿魏酸和对香豆酸分别为 3. 11%和 5. 51%,以酯键和醚键结合的阿魏酸分别为 1. 71%和 1. 40%,以酯键和醚键结合
的对香豆酸分别为 4. 34%和 1. 17%。对碱水解液中溶解的木质素进行二维异核单量子相关核磁共振(2D-HSQC NMR)
表征,结果表明:竹青和竹黄碱溶木质素中以酯键存在的阿魏酸和对香豆酸可能酯化在木质素 β-O-4 醚键的 γ位置。
关键词: 竹青;竹黄;阿魏酸;对香豆酸;定量分析;2D-HSQC NMR
中图分类号:TQ35 文献标识码:A 文章编号:0253-2417(2016)03-0016-07
引文格式:黄曹兴,何娟,闵斗勇,等.毛竹竹青和竹黄细胞壁中阿魏酸和对香豆酸定量分析[J].林产化学与工业,2016,36(3):16-22.
Quantitative Determination of Ferulic and p-Coumaric Acids in
Cell Wall of Moso Bamboo Green and Bamboo Yellow
HUANG Cao-xing1,HE Juan1,MIN Dou-yong2,LI Xin1,DU Li-ting3,YONG Qiang1*
(1. College of Chemical Engineering,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China;2. College of Light Industry
Science and Engineering,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China;3. Advanced Analysis and
Testing Center,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China)
Abstract:Moderate alkali hydrolysis and acid hydrolysis were applied to quantitatively determine the amount of ferulic and
p-coumaric acid in the cell wall of Moso bamboo green and bamboo yellow. The results indicated that 3. 07% of ferulic acid and
5. 91% of p-coumaric acid were found in the bamboo green cell wall. And 1. 61% ferulic acid and 4. 64% p-coumaric acid were
ester-linked to the bamboo green cell wall components,while 1. 46% ferulic acid and 1. 27% p-coumaric acid were ether-linked
to the cell wall component. For bamboo yellow,there were 3. 11% of ferulic acid and 5. 51% of p-coumaric acid. The amounts
of ester-linked and ether-linked ferulic acid were 1. 71% and 1. 40%,respectively. And the amounts of ester-linked and ether-
linked p-coumaric acid were 4. 34% and 1. 17%,respectively. Two-dimensional heteronuclear single quantum correlation
nuclear magnetic resonance(2D-HSQC NMR)confirmed that the ester-linked ferulic and p-coumaric acid in the alkaline-soluble
lignins of bamboo green and bamboo yellow might be esterified in the γ position of β-O-4 aryl ether bonds in the lignin.
Key words:bamboo green;bamboo yellow;ferulic acid;p-coumaric acid;quantitative determination;2D-HSQC NMR
第 3 期 黄曹兴,等:毛竹竹青和竹黄细胞壁中阿魏酸和对香豆酸定量分析 17
竹子作为一种经济林作物,在我国种植面积已达 480 万公顷,竹杆年产量高达 30 亿支,南方地区已
形成竹地板、竹家具和竹木复合材料等竹加工产业[1]。每年竹加工产业产生的加工剩余物(竹屑)高达
4 600 万吨,这些机械加工产生的竹屑主要为细小的单体竹青和竹黄。作为禾本科植物,竹材细胞壁中
富含酚酸物质,尤其是阿魏酸和对香豆酸。阿魏酸和对香豆酸,因具有抗氧化活性、抗紫外线辐射、清除
自由基、抗心血管类疾病、防癌、抗菌消炎等作用,广泛应用于食品、化妆品和医药等行业[2-4]。因此,如
果能充分利用这些竹加工剩余物提取阿魏酸和对香豆酸,可以带来良好的经济和社会效益。在禾本科
植物细胞壁中,阿魏酸主要与碳水化合物通过酯键相连,与木质素通过醚键相连,作为“桥梁”将木质素
与碳水化合物两者连接在一起;对香豆酸大部分与木质素酯化连接,其余的与聚糖发生酯化和醚化反
应[5]。鉴于阿魏酸和对香豆酸在细胞壁中连接的特点,通常采用碱水解和酸水解分离技术测定这两种
酸的含量。水解过程中,碱处理法能使酯键断裂,酸处理法能使醚键断裂,从而可以从水解液中测出以
酯键连接和醚键连接的阿魏酸和对香豆酸的含量[6-7]。然而,酸或碱一步水解后仍有一部分阿魏酸和
对香豆酸通过醚键或者酯键与水解液中可溶性木质素连接。传统水解方法中通过提取液只能测定植物
细胞壁中一部分阿魏酸和对香豆酸的含量,不能实现定量分析。因此,孙润仓等[8]提出两步中度碱水
解和两步酸水解法定量分析植物细胞壁中酯化和醚化阿魏酸和对香豆酸的含量。目前研究中,对麸皮、
玉米芯、稻麦秸秆等农林废弃物细胞壁中的阿魏酸和对香豆酸提取与定量分析较为普遍,而未见竹加工
废弃物竹青和竹黄中这两种酚酸的定量分析。因此,本研究从毛竹加工剩余物中分离出竹青与竹黄,利
用两步中度碱水解和两步酸水解工艺,首次定量分析了毛竹竹青和竹黄细胞壁中以酯键和醚键连接的
阿魏酸、对香豆酸含量。同时采用先进的二维异核单量子相关核磁共振技术(2D-HSQC NMR)对碱溶
木质素中酯键存在的阿魏酸和对香豆酸进行结构分析,以期为毛竹加工剩余物中竹青、竹黄的酚酸提取
提供理论参数。
1 实 验
1. 1 原料与试剂
竹屑,毛竹工业加工剩余物,由福建何其昌竹业有限公司提供。竹青化学成分为(干基):纤维素
42. 63%、半纤维素 19. 86%和木质素 32. 20%;竹黄化学成分为(干基):纤维素 41. 04%、半纤维素
21. 99%和木质素 29. 99%。
NaOH、NaHSO3、HCl、乙醇、三氯甲烷、甲醇和二氧杂环己烷(二氧六环)等,均为化学纯;3,4-二羟
基苯甲酸、4-羟基苯甲酸、香草酸、紫丁香酸、4-羟基苯甲醛、香草醛、对香豆酸、紫丁香醛、阿魏酸、肉桂
酸和 DMSO-d6 均为分析纯。
1. 2 方法
1. 2. 1 物料的脱蜡 竹加工剩余物过筛后,人工挑选分离出竹青和竹黄,分离出的竹青需经过粉碎机
磨碎。取 0. 18 ~ 0. 83 mm的竹青、竹黄粉末置于索氏抽提器中,采用苯-乙醇(体积比 2 ∶ 1)脱蜡 6 h,提
取之后样品放 60 ℃烘干 24 h备用。
1. 2. 2 酯键连接的阿魏酸和对香豆酸的分离 分别取 10 g 脱腊的竹青、竹黄粉末于烧杯中,加入
250 mL 1 mol /L的 NaOH和 0. 025 g NaHSO3(防止酚酸被破坏),在 30 ℃恒温箱中避光搅拌 18 h。提取
结束后,过滤得到提取液和残渣。残渣用蒸馏水清洗至中性,将清洗液与提取液混合,残渣冷冻干燥,最
后放在 40 ℃真空干燥箱中干燥 24 h备用。混合液用 6 mol /L HCl中和 pH值至 5. 5 ~ 6. 0,然后向混合
提取液中加入 3 倍体积 95%乙醇沉淀出半纤维素。分离出半纤维素后,利用减压旋转蒸发仪旋蒸出提
取液中的乙醇,并将体积浓缩到 100 mL。调节浓缩液 pH值到 1. 5 ~ 2. 0 沉淀出木质素,过滤得到提取
液 A1 和沉淀的碱溶木质素 L1。沉淀的木质素经过酸水、蒸馏水清洗和冷冻干燥,继续用 1 mol /L 的
NaOH在 30 ℃恒温箱中避光搅拌 18 h,根据以上同样步骤得到木质素碱抽提液 A2。两种提取液中分别
18 林 产 化 学 与 工 业 第 36 卷
加入等量体积的三氯甲烷萃取 3 遍,萃取液用减压旋转蒸发仪旋干得到萃取物。萃取物用 2 mL甲醇重
新溶解,溶解液在 HPLC仪器上进行酚酸分析。
1. 2. 3 醚键连接的阿魏酸和对香豆酸的分离 碱提取后的竹青和竹黄的残渣用 250 mL 二氧六环 /
2 mol /L HCl(体积比 9 ∶ 1)避光回流提取 2 h。冷却后过滤得提取液和残渣,残渣用新鲜的二氧六环 /
H2O(体积比 1 ∶ 1)清洗 3 遍,将清洗液与提取液混合。混合液利用旋转蒸发仪旋蒸出二氧六环溶剂并
浓缩至 100 mL,然后用 2 mol /L NaOH调 pH值至 6。将过滤得到的残渣按照同样的方法再次酸水解。
悬浮液(B1)和酸溶木质素提取液(B2)中的阿魏酸和对香豆酸的分离、萃取和 HPLC 测定,与分离酯键
连接的阿魏酸和对香豆酸的步骤一致。
1. 3 分析方法
1. 3. 1 化学组成分析 竹青、竹黄的原料中葡聚糖、木聚糖和木质素含量分析均按美国能源部可再生
能源实验室(NREL)的方法进行测定[9]。
1. 3. 2 阿魏酸和对香豆酸的测定 提取液中酚酸的分析采用反相高效液相色谱法分析,外标法测定。
色谱条件:Zorbax Eclipse XDB-C18 色谱柱(4. 6 mm × 250 mm),上样量 10 μL,柱温 30 ℃,流动相为
水(含 1. 5%乙酸)-乙腈(体积比 95 ∶ 5),流速为 0. 8 mL /min,254 和 280 nm紫外检测,梯度洗脱。
1. 3. 3 二维异核单量子相关核磁共振(2D-HSQC NMR)分析 竹青、竹黄碱溶解木质素 2D-HSQC
NMR采用布鲁克(德国)600 M超导核磁共振仪在 30 ℃进行测定。木质素样品 20 mg 溶解在 0. 5 μL
DMSO-d6 中进行检测,检测条件为:
1H和 13C的谱宽分别为 3 497 和 18 750 Hz,1H弛豫时间为 1. 5 s,采
集点为 1 024,扫描次数分别为 128 和 257[10]。
2 结果与分析
2. 1 细胞壁中阿魏酸和对香豆酸定量分析
2. 1. 1 酯键结合的阿魏酸和对香豆酸 在植物细胞壁中,阿魏酸和对香豆酸通过酯键和醚键与多糖
和木质素相连,利用酸水解和碱水解能分别分离出醚键和酯键连接的酚类化合物[11]。本研究利用
1 mol /L NaOH水解脱蜡的竹青和竹黄,从细胞壁中水解出以酯键结合的阿魏酸和对香豆酸以及其他酚
类化合物的含量如表 1 所示。从表可以看出,竹青、竹黄碱提取液中酚类化合物主要为阿魏酸和对香豆
酸,其次为香草醛、紫丁香醛和香草酸。竹青碱提取液 A1 中,阿魏酸和对香豆酸分别为 1. 18%和
3. 41%;竹黄提取液体 A1 中,阿魏酸和对香豆酸分别为 1. 21%和 3. 13%。
表 1 竹青、竹黄细胞壁中以酯键连接的阿魏酸、对香豆酸以及其他酚酸1)
Table 1 The amount of ester-linked phenolic acids released in the cell wall of bamboo green and yellow
酚酸 phenolic acid
竹青 bamboo green /% 竹黄 bamboo yellow /%
A1 A2 总和 total A1 A2 总和 total
3,4-二羟基苯甲酸 3,4-dihydroxybenzoic acid 0. 003 0. 002 0. 005 0. 007 0. 011 0. 018
肉桂酸 cinnamic acid 0. 013 0. 021 0. 034 0. 004 0. 032 0. 036
对羟基苯甲酸 p-hydroxybenzoic acid 0. 004 0. 022 0. 026 0. 008 0. 023 0. 031
对羟基苯甲醛 p-hydroxybenzaldehyde 0. 029 0. 114 0. 143 0. 018 0. 093 0. 111
香草酸 vanillic acid 0. 027 0. 034 0. 061 0. 031 0. 023 0. 054
香草醛 vanillin 0. 104 0. 632 0. 736 0. 093 0. 512 0. 605
紫丁香酸 syringic acid 0. 014 0. 012 0. 026 0. 021 0. 021 0. 042
紫丁香醛 syringaldehyde 0. 034 0. 357 0. 391 0. 032 0. 443 0. 475
阿魏酸 ferulic acid 1. 184 0. 433 1. 617 1. 214 0. 497 1. 711
对香豆酸 p-coumaric acid 3. 412 1. 225 4. 637 3. 132 1. 212 4. 344
1)基于脱脂的绝干竹粉(下表同)based on the amount of over dry dewaxed bamboo powder (same as in following Table);A1:竹青、竹黄经过
1 mol /L NaOH提取后的液体 the solution of A1 refered to the extraction solution of bamboo green and bamboo yellow extracted by 1 mol /L
NaOH;A2:竹青、竹黄碱溶木质素经过 1 mol /L NaOH 提取后的液体 the solution of A2 refered to the extraction solution of bamboo green
alkaline-lignin and bamboo yellow alkaline-lignin extracted by 1 mol /L NaOH
第 3 期 黄曹兴,等:毛竹竹青和竹黄细胞壁中阿魏酸和对香豆酸定量分析 19
碱抽提过程中,仍然有一部分酯化的酚酸连接在碱溶木质素中。因此,孙润仓等[8]提出将提取液
中碱溶木质素分离出来,用同样的碱溶液继续提取一次,从而实现植物细胞壁中酯键结合的阿魏酸和对
香豆酸的定量分析。竹青和竹黄经过 1 mol /L NaOH水解后有 12. 22%和 14. 89%的木质素溶解在碱溶
液中。对这两种木质素继续碱水解,发现木质素碱水解液 A2 中仍有大量的酚类物质,以阿魏酸和对香
豆酸为主。分析可知,竹青和竹黄碱溶木质素连有 0. 43%和 0. 50%的酯化阿魏酸,占细胞壁中以酯键
结合的阿魏酸的 26. 54%和 29. 24%;有 1. 23%和 1. 21%的对香豆酸连接在竹青和竹黄碱溶木质素上,
占细胞壁中以酯键结合的对香豆酸的 26. 51%和 27. 88%。该结果与 Billa 等[12]的研究相一致,即在植
物细胞壁中大部分酯化的阿魏酸在碱水解过程中能随半纤维素一起溶解在抽提液中,而仍有 1 /3 对香
豆酸以酯键的形式结合在碱溶木质素上。
结合两部分提取液中酚酸含量可知,竹青细胞壁中以酯键连接的阿魏酸和对香豆酸分别为 1. 62%
和 4. 64%,略高于竹黄细胞壁中这两种酚酸(1. 71%和 4. 34%)。同时可以看出,在竹青、竹黄细胞壁中
以酯键连接的对香豆酸含量均高于阿魏酸的含量,对香豆酸与阿魏酸的质量比值分别为 2. 25 和 1. 95。
这与 Scalbert等[13]的研究结果相一致,即在禾本科植物细胞壁中,碱提取得到的对香豆酸与阿魏酸的比
值约在 2. 0 ~ 2. 8 之间。有学者提出,在碱性条件下阿魏酸可能会降解成香草醛,并且酚酸会遭到破坏,
从而造成定量分析的不准确。然而 Buranov等[14]在研究中表明,只有在加压、高温条件下,阿魏酸上双
键才能断裂形成对香草醛。同时,本研究依据罗艳玲等[15]和 Xu等[16]方法在碱提取过程加入亚硫酸氢
钠保护剂并避光抽提,因此提取过程对阿魏酸和对香豆酸破坏较少,可以提高定量分析的准确度。同
时,在竹青和竹黄碱提取液中有一定量的香草醛、香草酸、紫丁香醛、紫丁香酸、对羟基苯甲醛和对羟基
苯甲酸,这可能是来源于木质素的降解产物[16-17]。
2. 1. 2 醚键连接的阿魏酸和对香豆酸 在植物细胞壁中,部分对香豆酸、阿魏酸与木质素以醚键形式
连接,这些醚键在酸性条件下极易断裂[16,18]。本研究利用二氧六环 /HCl 提取碱提取残渣中以醚键结
合的阿魏酸和对香豆酸,结果如表 2 所示。
表 2 竹青、竹黄细胞壁中以醚键连接的阿魏酸、对香豆酸以及其他酚酸1)
Table 2 The amount of ether-linked phenolic acids released in the cell wall of bamboo green and yellow
酚酸 phenolic acid
竹青 bamboo green /% 竹黄 bamboo yellow /%
B1 B2 总和 total B1 B2 总和 total
3,4-二羟基苯甲酸 3,4-dihydroxybenzoic acid 0. 022 0. 043 0. 065 0. 023 0. 015 0. 038
肉桂酸 cinnamic acid 0. 034 0. 054 0. 088 0. 041 0. 042 0. 083
对羟基苯甲酸 p-hydroxybenzoic acid 0. 038 0. 022 0. 060 0. 034 0. 031 0. 065
对羟基苯甲醛 p-hydroxybenzaldehyde 0. 042 0. 043 0. 085 0. 033 0. 053 0. 086
香草酸 vanillic acid 0. 021 0. 032 0. 053 0. 031 0. 053 0. 084
香草醛 vanillin 0. 047 0. 063 0. 110 0. 093 0. 032 0. 125
紫丁香酸 syringic acid 0. 022 0. 048 0. 070 0. 043 0. 067 0. 110
紫丁香醛 syringaldehyde 0. 075 0. 021 0. 096 0. 066 0. 056 0. 122
阿魏酸 ferulic acid 1. 022 0. 433 1. 455 0. 906 0. 497 1. 403
对香豆酸 p-coumaric acid 0. 942 0. 327 1. 269 0. 934 0. 238 1. 172
1)B1 为竹青、竹黄碱提取后残渣经过二氧六环 /HCl 提取的液体 the solution of B1 refered to the extraction solution of alkaline-extracted
bamboo green and alkaline-extracted bamboo yellow extracted by dioxane and HCl;B2 为竹青、竹黄酸提取液 B1 中溶解的木质素经过二氧六
环 /HCl提取后的液体 the solution of B2 refered to the extraction solution of bamboo green and bamboo yellow soluble lignin extracted by dioxane /
HCl
从表 2 可以看出,竹青竹黄的碱提取残渣中,仍然残留大量的阿魏酸的对香豆酸。竹青、竹黄碱残
渣的提取液中(B1)有 1. 02%和 0. 91%的阿魏酸,0. 94%和 0. 93%的对香豆酸。对酸水解液中的溶解
木质素进行再次酸水解,发现木质素水解液(B2)中含有 30%以醚键形式结合的阿魏酸和 20%以醚键
结合的对香豆酸。结合两部分的水解液酚酸可知,竹青细胞壁中含有 1. 46%和 1. 27%以醚键形式结合
20 林 产 化 学 与 工 业 第 36 卷
的阿魏酸和对香豆酸,竹黄细胞壁中这两种物质为 1. 40%和 1. 17%。这些数据表明:在竹青、竹黄细胞
壁中,以醚键连接的阿魏酸含量高于对香豆酸的含量。这与 Xu 等[16]测定蔗渣中醚化酚类化合物的结
果相一致。同时,在竹青竹黄的酸水解液中也发现一定量的其他酚类化合物(香草酸、紫丁香醛等),这
可能是来源于木质素在酸性条件下降解的产物[19]。
综合表 1 和表 2 中数据计算可知竹青、竹黄细胞壁中总阿魏酸分别为 3. 08%和 3. 11%,其中竹青
细胞壁中阿魏酸有 52. 60%是以酯键形式结合,47. 40%是以醚键形式结合;而竹黄细胞壁中的阿魏酸,
其中 54. 98%是以酯键形式结合,45. 05%是以醚键形式结合。该结果表明:竹青、竹黄细胞壁中阿魏酸
一半是以醚键结合,一半是以酯键结合。Lam[20]和 Xu等[16]对小麦、草类和甘蔗等禾本科植物进行酚酸
分析发现,碱提取出来的阿魏酸含量与酸提取的含量几乎相同,这可能是作为“桥梁”作用的阿魏酸一
半与半纤维素以酯键连接,另一半与木质素醚化结合在一起。竹青、竹黄细胞壁中分别有 5. 91%和
5. 51%的对香豆酸,其中 79%是以酯键形式存在,21%以醚键形式存在。由此可知:竹青细胞壁中含有
的阿魏酸含量略低于竹黄的含量,而对香豆酸含量高于竹黄的含量。
2. 2 2D-HSQC NMR分析
2D-HSQC NMR因具有髙分辨率,能将物质结构的氢谱和碳谱信号峰很好的分开,所以被广泛的应
用到木质素、半纤维素和木质素碳水化合物的研究[21-22]。从 2. 1 节的结果可以看出竹青、竹黄细胞壁
中大部分的阿魏酸和对香豆酸以酯键的形式连接在木质素上。为了进一步了解这些酚酸与木质素的连
接特性,对竹青、竹黄碱溶木质素进行 2D-HSQC NMR 表征,谱图如图 1 所示。二维核磁谱图中化学位
移 δC /δH,即(50 ~ 90)/(2. 5 ~ 6. 0)为木质素侧链区域,δC /δH,即(90 ~ 160)/(6. 0 ~ 8. 0)为芳香环区,谱
图中各个信号峰的位移归属参考文献[23 ~26]。
在竹青、竹黄碱溶木质素二维图谱的侧链区域中,可以明显地看出木质素内部连接的芳基醚键
(β-O-4)、树脂醇结构(β-β)、苯基香豆满结构(β-5)和螺环二烯酮结构(β-1)。化学位移 δC /δH(59. 6 ~
60. 8)/(3. 37 ~ 3. 72)为 γ位未酯化的 β-O-4 醚键结构的信号;δC /δH 72. 4 /4. 85 为 β-O-4 醚键 α位未发
生酯化结构的信号;δC /δH 83. 9 /4. 30 为 β-O-4 醚键结构与木质素愈创木基相连的 β 位的信号;δC /δH
86. 0 /4. 11 为 β-O-4 醚键结构与木质素紫丁香基相连的 β位的信号。树脂醇结构的 α、β 和 γ 位置的相
关信号峰分别在 δC /δH 84. 9 /4. 69、53. 7 /3. 05 和 71. 3 /4. 18,3. 82 位置可以识别。苯基香豆满结构和螺
环二烯酮结构中,其 α位的化学位移在 δC /δH 86. 8 /5. 49 和 81. 2 /5. 09,β 位的化学位移在 δC /δH 53. 1 /
3. 49 和 59. 8 /2. 78。在两种碱溶木质素的侧链区域中,均发现 δC /δH 63. 6 /4. 36(Aγ)的化学位移,该位
移为木质素 β-O-4 醚键 γ位酯化的信号。Ralph等[27]提出木质素β-O-4醚键 α 位也可能发生木质素的
酯化反应,相应的信号峰化学位移在 δC /δH 74. 0 /6. 01,但是在竹青、竹黄碱溶木质素的二维核磁谱图中
均未检测到该信号。因此可以推断,竹青、竹黄碱溶木质素中阿魏酸和对香豆酸可能以酯键的形式连接
在木质素 γ位。Ralph等[27]对玉米秸秆和小麦秸秆的木质素进行表征时,均发现对香豆酸在木质素
β-O-4醚键结构中的 γ位置发生酯化。
竹青、竹黄碱溶木质素的二维谱图的芳环区域中,可以清晰的看到紫丁香基(S)、愈创木基(G)和
对羟基苯基(H)3 种木质素结构单元。S单元的 2,6 位置的相关信号在 δC /δH 104. 1 /6. 74;G单元的 2,
5,6 位置的相关信号在 δC /δH 111. 0 /7. 01、114. 4 /6. 73 和 119. 0 /6. 82;H单元的 2,6 位置的相关信号在
δC /δH 127. 8 /7. 22。除上述基本结构单元外,在竹青和竹黄的 2D-HSQC 谱图的芳香环区还检测到对香
豆酸酯(PCE)和阿魏酸(FA)两种结构相应的信号峰。其中,对香豆酸酯的 2,6、3,5、α和 β 位置的相
关信号分别在 δC /δH 130. 1 /7. 48、116. 2 /6. 77、144. 7 /7. 46 和 113. 8 /6. 29。阿魏酸的 2 号位和 6 号位
的信号分别在 δC /δH 111. 1 /7. 34 和 123. 1 /7. 19。结果表明:竹青竹黄的碱溶木质素连接有阿魏酸和对
香豆酸,这与上述的分离结果相一致。
第 3 期 黄曹兴,等:毛竹竹青和竹黄细胞壁中阿魏酸和对香豆酸定量分析 21
图 1 竹青、竹黄碱溶木质素 2D-HSQC NMR谱图
Fig. 1 The 2D-HSQC NMR spectra of alkaline-soluble lignins of bamboo green and bamboo yellow
3 结 论
3. 1 采用两步中度碱水解和两步酸水解法,定量分析毛竹竹青与竹黄细胞壁中阿魏酸和对香豆酸的含
量,结果显示:竹青细胞壁中含阿魏酸 3. 08%,其中 1. 62%以酯键形式,1. 46%以醚键形式与细胞壁中
物质结合;竹黄细胞壁中阿魏酸为 3. 11%,以酯键和醚键结合的分别为 1. 71%和 1. 40%。竹青细胞壁
中对香豆酸为 5. 91%,其中以酯键和醚键形式结合分别为 4. 64%和 1. 27%;竹黄细胞壁中对香豆酸为
5. 51%,以酯键和醚键结合的分别为 4. 34%和 1. 17%。
3. 2 碱溶木质素中以酯键存在的阿魏酸和对香豆酸,可能酯化在木质素 β-O-4 醚键的 γ位置。
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