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针对半纤维素（Hemicellulose）开发不足问题，研究人员以温和碱处理提取不同植物半纤维素，发现提取时间影响其分子量、表面活性及自组装行为，揭示结构 - 功能关系，为其在表面活性剂、 adhesives 等领域应用提供依据。
在生物质的利用领域，半纤维素作为木质纤维素的重要组成部分，长期以来其价值未被充分挖掘。传统工业中，半纤维素常被当作燃料燃烧，不仅造成资源浪费，也忽视了其作为天然高分子的独特性能。当前，如何高效提取并利用半纤维素的结构特性，开发其在材料科学等领域的应用，成为生物质研究的关键挑战。例如，半纤维素的分子结构（如糖组成、分支度、乙酰化程度及与木质素的结合）与其表面活性、自组装能力等功能密切相关，但提取过程中结构变化的机制尚不完全明确，限制了其定向开发。
为解决上述问题，相关研究人员开展了对半纤维素的提取与结构功能研究。研究以山毛榉（硬木）、云杉（软木）和竹子（草本）为原料，采用温和碱性处理（2.5 mM NaHCO?，170°C），通过改变提取时间（10-140 分钟），系统分析半纤维素的结构演变及其对表面活性、自组装行为和结晶特性的影响。该研究成果发表在《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》。
研究采用的主要关键技术方法包括：凝胶渗透色谱（GPC）测定分子量及分布，气相色谱（GC）分析单糖组成，傅里叶变换红外光谱（FTIR）和二维核磁共振（2D NMR）解析化学结构，扫描电子显微镜（SEM）观察形貌，表面张力测定及 X 射线衍射（XRD）分析结晶特性，同时通过紫外 - 可见光谱（UV-Vis）和木质素含量测定（NREL 法）追踪木质素 - 碳水化合物复合物（LCCs）的变化。
3.1 提取时间对半纤维素得率与乙酰化度的影响
随着提取时间延长，半纤维素得率逐渐增加，但溶液 pH 因乙酰基水解生成乙酸迅速下降至酸性，抑制了进一步脱乙酰化，使提取的半纤维素保留高乙酰化度。这表明温和碱性条件可有效平衡提取效率与结构保留。
3.2 物理性质与形貌分析
GPC 结果显示，提取时间延长导致分子量从 10? g/mol 降至 103 g/mol，多分散指数（PDI）降低，表明分子链降解。SEM 观察发现，短时间提取（10 分钟）的半纤维素形成多孔层状结构，长时间提取则生成更小的各向同性颗粒，暗示分子量大的聚合物更易自组装成有序结构。XRD 分析显示，提取时间延长使衍射峰向低角度偏移 1.0°-1.4°，表明分子堆积密度增加，可能与木质素含量升高阻碍紧密排列有关。
3.3 化学结构与组成分析
单糖组成显示，硬木和竹子半纤维素以木糖为主，软木含甘露糖、葡萄糖等；随着提取时间增加，木糖 / 阿拉伯糖（Xyl/Ara）比率升高，表明分支度降低。FTIR 和 2D NMR 证实，提取的半纤维素保留乙酰基和 LCCs，且竹源半纤维素的木质素信号更丰富。UV-Vis 光谱显示，长时间提取导致木质素相关吸收峰增强，与 GPC 中高分子量无木质素组分消失一致。
研究表明，温和碱性提取可通过调控时间精准改变半纤维素的分子量、分支度及 LCCs 含量，进而影响其表面活性和自组装能力。短时间提取的半纤维素因高分子量和高分支度，表现出更强的表面活性，适合作为天然表面活性剂；长时间提取的低分子量产物则因分子排列更有序，可能应用于生物基胶粘剂或结晶材料。该研究打破了半纤维素仅作为糖前体的传统认知，揭示其作为可调控天然高分子的潜力，为 “全生物质精炼” 概念提供了理论支持，推动其在可持续材料、绿色化学等领域的应用，助力减少对化石资源的依赖。
