《Journal of Renewable Materials》：Highly Pure Water-Soluble Aspen Wood Hemicelluloses Derived by Catalytic Peracetic Treatment and Their Antioxidant and Flocculation Activity
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本研究针对木质纤维素废弃物高值化利用的难题，开发了(NH4)6Mo7O24催化过乙酸体系从山杨木中提取水溶性半纤维素的新方法。通过优化反应温度(90-100°C)、时间(3-4 h)和催化剂浓度(0.5-1.5 wt.%)，获得最高达62.55 wt.%得率的高纯度半纤维素。表征显示产物主要为乙酰化半乳糖木聚糖和葡萄糖醛酸木聚糖，其DPPH自由基清除率最高达46.8%，对Ca2+的絮凝活性达62.8%，为生物质资源在医药食品领域的应用提供了新策略。
随着化石资源的日益枯竭，全球范围内正积极推进线性经济向循环经济的转型。木质纤维素生物质（LCB）作为最丰富的可再生资源，其高值化利用成为解决资源环境问题的关键。植物细胞壁中的半纤维素（hemicellulose）作为含量第二大的天然多糖，具有独特的支链结构和生物活性，但在传统生物质处理过程中易发生降解，难以保持其天然聚合物形态。如何实现半纤维素的高效提取并保留其功能特性，成为生物质精炼领域的核心挑战。
近期发表于《Journal of Renewable Materials》的研究中，俄罗斯科学院西伯利亚分院的Valentina Sergeevna Borovkova团队创新性地采用(NH4)6Mo7O24催化过乙酸体系，从山杨木（Populus tremula）中成功提取出高纯度水溶性半纤维素。该研究系统探讨了温度（90°C/100°C）、时间（3 h/4 h）和催化剂浓度（0.5-1.5 wt.%）对半纤维素得率、结构和生物活性的影响，为木质纤维素资源的精准转化提供了新思路。
关键技术方法包括：通过催化过乙酸处理实现木质素-碳水化合物复合体（LCC）的高效解离；采用凝胶渗透色谱（GPC）分析分子量分布；利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征官能团结构；通过气相色谱（GC）测定单糖组成；采用DPPH自由基清除实验和金属离子絮凝实验评估生物活性。研究使用10克山杨木锯末（粒径2.5 mm）作为原料，通过三颈玻璃反应器进行催化氧化处理。
3.1 脱木质素条件对半纤维素得率的影响
研究发现在100°C处理3小时、催化剂浓度1.5 wt.%条件下，半纤维素得率最高（62.55 wt.%）。催化剂的存在显著促进了木质素-碳水化合物键的断裂，但90°C低温短时（3 h）处理效果较差，表明反应强度不足难以有效解离木质素-半纤维素复合体。
3.2 半纤维素的单糖组成
气相色谱分析显示，所有样品中木糖均为主要单糖（含量45-60%），伴有半乳糖和葡萄糖，表明产物主要为半乳糖木聚糖（galactoxylan）和葡萄糖醛酸木聚糖（glucuronoxylan）。催化剂浓度增加会导致支链多糖水解，使木糖比例升高但水溶性下降。
3.3 半纤维素的光谱特征
FTIR光谱在1735 cm-1（羰基）、1380 cm-1（C-CH3）和1240 cm-1（C-O）处的特征峰表明所有样品均为乙酰化多糖。100°C催化处理样品在1509 cm-1处无木质素特征峰，证实高效纯化效果。
3.4 分子量分布特性
凝胶渗透色谱显示，90°C所得半纤维素分子量较高（17,945-26,976 g/mol），呈"无规线团"构象（α=0.76-0.79）；而100°C处理产物分子量较低（约14×103g/mol），且分布更均匀，表明高温条件促进支链解离。
3.5 糖醛酸含量测定
通过羧唑-乙醇-四硼酸盐法测定，无催化剂样品糖醛酸含量为9.01 wt.%，催化处理样品降至7.76 wt.%，证实催化氧化会部分降解酸性侧链。
3.6 抗氧化活性分析
90°C制备的样品DPPH自由基清除率最高（46.8%），可能与残留酚类物质有关；而100°C纯化样品对羟基自由基的清除能力更优（26.4%），体现结构纯度对活性类型的特异性影响。
3.7 絮凝活性研究
半纤维素与Ca2+的絮凝效率最高（62.8%），显著优于Na+（<30%）和Fe3+（<30%），表明二价金属离子更易与多糖链形成桥联聚集。
该研究通过精准调控催化氧化条件，首次实现了山杨木半纤维素的高效提取与功能调控。所得多糖具有可控的分子构象、支化度和生物活性，其优异的抗氧化和絮凝性能为医药、食品及水处理领域提供了新型生物基材料。这种将木质纤维素废弃物转化为高值化学品的策略，不仅契合碳中和目标，也为生物精炼技术的产业化开辟了新路径。
