低共熔溶剂对杜仲籽壳全组分解离机制研究

[目的]构建高纯度杜仲胶清洁高效分离处理体系,旨在杜仲胶提取分离过程中获取增值木质素和可发酵糖,实现杜仲籽壳资源的综合生物精炼。[方法]以杜仲籽壳为原料,采用多元醇、短链脂肪酸和ZnCl2 组成的低共熔溶剂作为反应介质进行处理。首次创新性的建立了基于含胶器官中杜仲胶及木质纤维素的全组分成分分析方法。通过核磁共振光谱和凝胶色谱等技术分析预处理前后原料主要化学组分的结构特性变化。[结果]杜仲籽壳无需进行粉碎处理,可直接作为原料进行处理。所制备的一系列低共熔溶剂中,具有较强酸性和低粘度的乳酸-ZnCl2 溶剂体系可有效地破坏杜仲籽壳顽固的细胞壁结构,促进非胶组分和杜仲胶有效分离。在优化后的预处理条件下(乳酸/ZnCl2摩尔比 5:1,130℃,3 h),大部分木质素和半纤维素被脱除,得到蓬松的杜仲籽壳残渣,胶丝得以暴露。与传统碱、机械预处理方法相比,低共熔溶剂预处理可显著提高杜仲胶的提取效率(91.0%)和纯度(>99%)。同时,低共熔溶剂预处理过程可回收 45.2%的再生木质素,纤维素保留率为 78.5%。再生木质素具有相对均匀的粒径分布(<100 nm),其抗氧化活性(IC50=46.3 μg/mL)与商业抗氧化剂 BHA 相当。再生木质素的结构分析表明,β-O-4 亚结构断裂是低共熔溶剂预处理过程中主要结构变化。此外,经低共熔溶剂预处理和杜仲胶提取后的籽壳残渣在 60 h 酶解反应后具有较高的糖化产率(141.2 mg/g),约为对照组的 9 倍。[结论]低共熔溶剂种类及反应条件影响杜仲籽壳预处理效率,预处理温度的升高将促进非胶组分的解离,提升再生木质素产率及杜仲胶提取效率。预处理温度同时影响再生木质素的粒径分布、分子量和酚羟基含量,进而影响其抗氧化活性。总之,所开发的乳酸-ZnCl2 低共熔溶剂可代替传统的碱和机械预处理,作为一种绿色、可回收的预处理体系促进杜仲籽壳高纯度杜仲胶、高附加值木质素和单糖组分的有效分离,从而进一步提升杜仲籽壳资源的综合利用,从而推动杜仲胶广泛应用于工业化生产中。