1. 研究目的与意义
本研究主要目标是研究不同球磨程度的麦草木质纤维原料在licl/dmso全溶体系中的溶解规律；高纯度定向分级分离麦草木质纤维原料中特定性质的lcc组分；分析水溶性lcc产品化学组成和分子量，表征其结构单元、主要官能团和连接键型等物化性质。
在上述研究的基础上与团队中其他研究者分离的lcc对比分析其物化特性，解析传统分离方法（固-液抽提）与新方法（液-液提取），以及各分级分离过程对lcc产品性质的影响，为后续自主设计定向分离特定性质 lcc奠定理论基础。
我国非木材纤维原料资源丰富，我国历史上使用非木材纤维原料制浆造纸并非罕见。麦草作为具有代表性的一年生禾本科植物，与木材相比，其含有更多的半纤维素和较多的lcc结构，且以酸性糖极分为主。因此，研究麦草原料中lcc为降低目标产品的成本、提高原料利用率提供了便利。而每年都有大量麦草闲置、燃烧及其他不合理利用导致了严重的资源浪费和环境污染，给生态自然、人文社会带来了极大的危害。因此，研究麦草lcc具有长远的经济和环保意义。
2. 国内外研究现状分析
1.LiCl/DMSO全溶体系的研究进展
本实验采用LiCl/DMSO木质纤维全溶体系对球磨麦草纤维原料进行溶解处理，结合传统LCC分离方法，以麦草LiCl/DMSO溶液与其他专用提取溶液（碱性溶液、中性溶液或有机溶剂）之间液-液提取的方法克服传统方法中固-液传质阻力，在轻度球磨预处理保护组分原本化学结构的基础上，高效定向分离麦草中生物活性 LCC，并分析其物化性质。对于使用LiCl/DMSO木质纤维全溶体系溶解植物纤维原料，也有不少研究者进行试验并得到了证实。
Petrus[1]第一次使用LiCl/DMSO木质纤维全溶体系，并给出了溶解机理：未解离的LiCl分子中的锂原子与羟基中的氧原子以一种类似于氢键的方式在极性非质子溶剂中相互作用，即LiCl能破坏纤维素链之间的氢键并防止其再次形成。王志国等[2]研究得到行星式球磨机中处理两小时后云杉和榉木试样可以完全溶解在6% LiCl/DMSO溶剂体系中；吴文娟等[3]使用8% LiCl/DMSO溶剂体系完全溶解行星式球磨机处理1小时后的稻草试样；Capanema等[4]使用6% LiCl/DMSO溶剂体系完全溶解球磨桦木和枫木粉来获得高得率高纯度的木质素。
2.植物纤维原料中LCC的定向分离
3.1 水溶剂抽提法
Traynard等[5]首次用140℃水抽提法来分离提取白杨木原料中水溶性LCC，Watanabe等[6]成功建立了冷、热水（20℃、80℃）联合分离提取红松原料中水溶性LCC的方法。上述分离方法制备出的水溶性LCC得率和纯度较低，分离出的水溶性LCC不能全部代表原本 LCC，且适应性低，只适用于水溶性LCC的提取。
此外，Johnson和Overend等[7]还利用蒸汽（217℃）爆破法来分离棉木原料中水溶性LCC。
由于LCC结构的不稳定和复杂，研究者们对LCC从植物原料中的分离采用水抽提法虽然从热水抽提到冷热水联合抽提，再到蒸汽爆破技术不断改进，但是，提取的水溶性LCC得率及纯度较低，不能完全反映原本LCC的性质。
3.2 有机溶剂抽提法
3.2.1针叶材LCC的分离
Bjrkman[8]用二甲亚砜（DMSO）和二甲基甲酰胺（DMF）对经球磨处理和二氧六环抽提制备磨木木质素（MWL）后的云杉木粉残渣进行抽提，得到含有木质素和聚糖组分的粗LCC 级分，然后用50%的乙酸和二氯乙烷/乙醇溶液（体积比：2：1）等溶剂相继抽提粗LCC级分，纯化后得到原本 LCC级分（即Bjrkman LCC），制得的LCC纯度高，可代表原料中 LCC，是迄今公认的一种用来分离植物原料木质素及LCC的典型方法。在此基础上，又出现以DMF和热水联合抽提红松MWL分离后的残渣，详见3.3.1。
Lundquist等[9]从云杉MWL1中分离碳水化合物，再用NaOH 处理得MWL2，其组成见表1[9]。可以看出云杉未经碱处理的MWL含有各种糖成分，以LCC的形式存在于云杉纤维中，碱处理后的MWL中碳水化合物约有一半溶出，其中木糖含量降低得较为明显。由此推测，云杉原料中LCC的的主要成分木聚糖-木质素易在碱中溶解。
表 1 云杉磨木木素中碳水化合物的糖组成（相对%）
试样 | 碳水化合物 | 阿拉伯糖 | 木糖 | 甘露糖 | 半乳糖 | 葡萄糖 | ||
磨木1 | 0.3 | 15 | 16 | 19 | 20 | 30 | ||
磨木2 | 0.14 | 14 | 9 | 21 | 22 | 34 | ||
Du等[10]用DMSO和四丁基氢氧化铵（TBAH）处理球磨过的云杉木粉，再用水稀释离心，获得的沉淀物-1主要成分是葡聚糖-木质素（GL），清夜再经氢氧化钡沉淀，获得沉淀物-2主要含葡甘聚糖-木质素（GML），同时上清夜-2再经盐酸中和、透析获得木聚糖-木质素（XL）。经分析得到一套通用的从植物原料中分离三种LCC结构的方法即采用DMSO/TBAH全溶体系分离出GL，再用氢氧化钡沉淀分离GML和XL。
3.2.2 阔叶材LCC的分离
Jiebing Li等[11]用DMA/LiCl、DMSO/TBAF（四丁基氟化氨）和DMSO/TBAH三种有机溶剂体系分别处理球磨蓝桉树木粉和未漂硫酸盐桉木浆（UKP），之后用水稀释离心，获得沉淀物命名为LCC-1，上清液经透析和冻干命名为LCC-2，经过GC、SEC和NMR等分析得到：DMSO/TBAH能使球磨蓝桉树原料中的木质纤维完全溶解；球磨处理后，桉木粉中的纤维素降解，而木质素结构不受损伤。
3.3 水-有机溶剂联合抽提法
3.3.1 水-有机溶剂联合抽提LCC
Yaku等[12]对制备云杉磨木木素后的残渣依次用DMF和热水（70-80℃）进行抽提，分别获得Bjrkman LCC和水溶性LCC，两种LCC级分合并，称为LCC-HWF级分。该方法利用水-有机溶剂联合抽提的方法，分离的LCC与单一组分抽提法相比，纯度和得率都较高，同时还可代表原本LCC，对针、阔叶材和禾本科植物都适用。与Bjrkman LCC相比，该方法分离出的LCC与Bjrkman LCC中的木质素特性和碳水化合物糖基组成非常相似。
目前，水-有机溶剂抽提LCC的方法也大量运用于禾本科植物。
Hong Peng等[13]用乙酸/水（体积比：1：1）溶液抽提经二氧六环/水溶液抽提过的脱脂球磨竹粉残渣三次，再用DMSO在负压下抽提滤液，经亚乙基氯/乙醇（2：1）和乙醚相继提纯，所得残渣再用乙酸/水溶液溶解，所得沉淀物-2即为木质素，所得滤液-1再经丙酮沉淀得沉淀物-3，经过丙酮/乙酸、乙醚和石油醚提纯得到LCC组分，分析发现：在分离程序中，木质素和LCC某种程度上都不可避免被降解。
高雅等[14] 用1 mol/L NaOH溶液在室温下提取脱脂麦草粉48 h(液比1∶8，kg∶L)，离心提取液(黑液)，减压浓缩后用2 mol/L HCl中和黑液至pH值为10.5，后置于65℃水浴中保温30 min，离心分离，收集沉淀固形物1和上层清液a；上层清液a酸化至pH=9，离心分离，收集沉淀固形物2和上层清液b；上层清液b酸化至pH=2，收集沉淀固形物3；用pH=2的HCl溶液洗涤3个pH值条件下所得沉淀固形物1、2、3，直至洗涤液中糖及木质素含量为零。研究得到：酸化沉淀程序分离纯化法对麦草碱提取液中木质素和LCC的分离效果良好，可以作为麦草原料木质素、LCC 分离的参照方法。
Florian Zikeli等[15]采用DMSO/TBAH分别处理球磨过的未经处理的和碱抽提预处理过的脱脂麦草粉，再经水稀释离心得到LCC1，再经酸性二氧六环/水溶液抽提得到酸解木质素-LCC1（AL-LCC1），上清液再经半透膜超滤得到LCC2，再用酸性二氧六环抽提得到酸解木质素-LCC2（AL-LCC2），将所得AL-LCC1和AL-LCC2经过色谱分析、质谱分析和NMR分析得到：使用上述分离方法可分离出麦草原料中总木素的约70%木质素是以LCC形式存在的，主要可以分为两种，分别是葡聚糖木质素（43%）和木聚糖木质素（27%）；麦草碱抽提时优先攻击木聚糖，释放富含H单元、对羟基酚酸和麦黄酮的碱木质素（AlkiL）[16]。
Sun和Xu等[16-18]在水-有机溶剂联合抽提法分离LCC及其结构研究方面也做了很多研究。
3.3.2生物结合法抽提LCC
Pew[19]采用纤维素酶木素分离法，用纤维素酶处理云杉木粉以除去大多数糖组分。发现云杉木粉中主要的糖分被酶水解后，酶反应即终止。剩余的5%糖分可能与木素结合形成LCC，酶无法对其发挥作用。
Lawoko等[20]用丙酮抽提云杉木粉，通过内切葡聚糖酶处理、尿素润胀、碱筛分，定量分离了六种LCC，但是分离出的LCC大多发生降解，以片段形式存在，不能够完全代表原本LCC。
4. 国内外对LCC物化性质的研究
植物纤维主要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。纤维素是构成植物细胞壁的骨架物质；半纤维素是植物细胞壁中使纤维素和木素相互贯穿的填充物质；木素分布在细胞微纤丝之间和细胞之间，是存在于木质纤维中使纤维素纤维之间粘结和加固的结壳物质。
同时，植物纤维中有部分木素与纤维素和半纤维素之间存在化学键联结，构成木素―碳水化合物复合体（Lignin-Carbohydrate Complex），简称LCC，LCC在植物中是继纤维素、木质素和半纤维素之后的重要化学成分。LCC具有独特的抗氧化、抗菌活性和细胞毒性功能，是一种十分具有应用前景的高分子生物活性物质，不仅对制浆过程有重要的影响，而且对动植物具有重要的生理活性功能：1）是植物中木质素和聚糖的增溶剂；2）是肠道免疫体系的活性成分。
我国第一代著名的木材化学专家南京林业大学的王佩卿教授生前发现禾本科植物中具有一定分子量的木质素及LCC具有缓解胃溃疡的作用；Sakagami等[21]从松果热水或碱抽提液中分离出的生物活性LCC是一种优良的病毒性疾病防治剂，可防治皮肤病、肝癌和风湿病等自身免疫性疾病，酸性多糖的LCC具有抗肿瘤活性，且酸性越强，抗肿瘤活性越高；碱提取的麦草LCC具有一定的抗氧化能力。LCC与苯丙烯单体、单宁和黄酮类相比，LCC具有更低的细胞毒性。但这些研究并没有对木质纤维原料中LCC的复杂的化学结构等物化性质对LCC生物活性的影响做深入研究。
迄今为止人们对LCC 结构已做的部分研究，确认了LCC联结键（LC键）的主要类型并对其进行了化学组成、分子量、结构单元、主要官能团和连接形式等初步表征，然而对LCC的形成机理、药效结构及其作用机理、生物活性及其之间的相互关系等不能全面阐明。
4.1 LCC的连接键型
Freudenberg等[22]及近来研究者对LCC结构的研究，可把LC键分为苯基糖苷键、苯甲醚键、苯甲酯键和缩醛及半缩醛键等键型。
图1 LCC的连接键型
苯基糖苷键Ⅰ：存在于木素的酚羟基和半纤维素的糖苷羟基之间；能被酸水解，但比相应的聚糖苷难水解。
苯甲酯键Ⅱ：存在于木质素侧链α-羟基与酸性糖基-羧基之间。
苯甲醚键（α-醚键）Ⅲ：存在于木质素的苯甲醇羟基和半纤维素羟基之间；易被酸水解，对碱较稳定。
缩醛键Ⅳ：木素侧链碳原子上的醛基与糖类的游离羟基形成键连接，这种结合是可能存在较牢固的形式之一。
4.2 LCC的结构特性研究概况
目前，不少研究者采用不同的分离方法并对从植物体中分离出的LCC进行结构表征，研究发现，不同的分离方法得到的LCC在原料组成上差别不大，差异只要是由于不同的分离工艺而造成的。
采用水抽提法分离植物原料中的LCC，分析其化学组成和结构特性发现，水溶性LCC富含碳水化合物，水溶性LCC中木质素和碳水化合物的分子量分布还存在相似性。
Lawoko等[20]用丙酮抽提云杉木粉，通过内切葡聚糖酶处理、尿素润胀、碱筛分，定量分离了六种LCC片断，根据它们的糖类成分分为四种类型：１.半乳糖葡甘聚糖-木素片断，约含木材原料中8%的木素；２.葡聚糖-木素片断，约含4%的木素；３.葡甘聚糖-木素片段，约包含了48%的木素；４.木聚糖-木素片断，约含有40%的木素。
Du等[10]用DMSO/TBAH有机溶剂抽提球磨云杉木粉，得到GL、GML和XL三种LCC结构。经过核磁共振谱（NMR）、气相色谱（GC）等分析得到：这三种结构中木质素和糖以化学键相连而非物理混合；而且其就木质素而言结构彼此各不相同。
Hong Peng等[13]用二氧六环/水溶液、乙酸/水溶液和DMSO相继抽提脱脂球磨竹粉，经亚乙基氯/乙醇（2：1）和乙醚相继提纯，再用乙酸/水溶液分离出木质素组分和LCC组分，将所得木质素和LCC组分经过红外光谱（FT-IR）、紫外光谱（UV-vis）、NMR、GC-MC和硝基苯氧化分析发现：
1.竹材原料中提取出来的木质素和LCC有着相似的结构单元，包括G、S单元、对羟基苯酸盐和木聚糖结构等；同时，彼此之间也存在差异，木质素中还含有（对羟基苯丙烷）H单元和对香豆酸结构，而LCC中还含有苯基香豆满、对香豆醇末端基以及spirodienone结构；
2.LCC中木质素主要由G和S单元组成，而且S/G比较原料中的高；LCC中的碳水化合物主要是以乙酰基和4-O-甲基-葡萄糖醛酸基为侧链的木聚糖；
高雅等[14] 采用酸化沉淀法对室温麦草碱抽提液木质素、LCC进行了有效分级分离，得到了pH值10 .5、9.0和2.0这3种级分, 经过标准化学组分分析和红外光谱得到：这三种级分木质素含量随pH的降低而增高。其中，pH=10.5级分得率最高，可能含有大量富含碳水化合物的水不溶性LCC，糖含量最高,且以木糖为主；
Florian Zikeli等[15]采用DMSO/TBAH处理脱脂球磨麦草粉，再经酸性二氧六环/水溶液抽提得到AL-GluL和AL-XylL，其根据单体结构和联结的对香豆酸不同而彼此在结构上存在差异，AL-GluL中含有阿魏酸（FA）和对香豆酸（pCA），而AL-XylL中几乎只有FA，且主要以阿拉伯糖基-FA-木质素的形式存在；
至今，国内外研究者们对各种草木原料LCC进行了大量研究工作，并对其化学组成、分子量、结构单元、连接键型和主要官能团等结构特性有了较为完善的表征。但是，在现有实验基础上，进一步结合生物技术，对LCC的形成机理[23]、药效结构及其作用机理、生物活性及其相互之间的关系进行深入研究仍有待开展。这将对阐明植物体生长过程中LCC的形成机理，根据特定结构定向分离特定生物活性的LCC，构造麦草原料LCC与特定生物活性之间的构效关系具有重要意义。3. 研究的基本内容与计划
1.研究内容
本实验旨在建立基于licl/dmso木质纤维全溶体系高效定向分离水溶性lcc的方法，并对分离出的水溶性lcc进行结构表征，为其应用提供依据。课题主要研究不同球磨程度木质纤维原料在licl/dmso木质纤维全溶体系中的溶解-再生规律，建立从麦草秸秆原料中高效定向分离提取水溶性lcc的方法，对分离出的水溶性lcc的进行初步结构表征。
2.研究方案
4. 研究创新点
1．将LiCl/DMSO全溶体系应用于轻度球磨预处理麦草中LCC组分的高 效定向分离，避免长时间球磨处理对LCC化学结构的破坏，并采用液-液提取 克服常规固-液提取中的传质阻力，提高LCC分离效率；
2.为后续建立LCC与其生物活性之间的构效关系，获得性质可控的生物活性LCC建立理论基础。
