多角度光散乱法による植物セルロースの分岐構造解析

多角度光散射法分析植物纤维素的支化结构

• 批准号: 21658059
• 负责人: 磯貝 明
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21658059/
• 关键词: セルロース; 植物; 分岐構造; TEMPO; TEMPO触媒酸化; ヘミセルロース; SEC-MALLS; コンフォメーション

植物主成分多糖であるセルロース分子に、他成分であるリグニンあるいはヘミセルロースとの化学結合が存在している可能性については、様々な間接的方法で検討されたが、有効な証明には至っていなかった。今回、針葉樹材から杉、広葉樹材からユーカリ材とブナを選択し、常法に従ってWise法によって温和な条件で脱リグニンし、それぞれホロセルロースを調製した。これまで、ホロセルロースはいかなるセルロース溶剤にも溶解しなかったため、ホロセルロース全体をSEC-MALLSでコンフォメーション解析することができなかった。一方、エチレンジアミンで膨潤処理することにより、ホロセルロースの95%以上を、LiC1-DMAc系セルロース溶剤に溶解させることができた。ホロセルロースのSECパターンは高分子量のセルロース部分と、低分子量のヘミセルロース部分に二極化し、分子量で両多糖を分離することができた。更に、高分子セルロース部分のコンフォメーションを解析したところ、高純度セルロースであるバクテリアセルロースのコンフォメーションとは異なり、木材セルロースの場合には同一慣性半径でも高密度化していることが明らかになった。これらの結果から、高分子量セルロースにヘミセルロースあるいはセルロースの分岐が存在することが示された。これらの分岐構造は結晶性のミクロフィブリル表面にのみ存在していると考えられ、植物細胞壁中でリグニン、ヘミセルロースと分子～ナノレベルの天然の複合体を形成して高強度化していると考えられ、植物細胞壁の高強度を説明できる。一方で、生合成の観点からは分岐セルロース分子の存在をまだ説明することができないので、課題として残る。

人们已经使用各种间接方法来研究纤维素分子（一种植物性多糖）与木质素或半纤维素等其他成分存在化学键的可能性，但尚未得到有效的证据。这次，我们选择了软木中的雪松，硬木中的桉树和山毛榉，并使用传统的 Wise 方法在温和的条件下对其进行脱木质素，以制备全纤维素。到目前为止，还不可能使用 SEC-MALLS 对整个全纤维素进行构象分析，因为它不溶于任何纤维素溶剂。另一方面，通过乙二胺溶胀处理，超过95%的全纤维素可以溶解在LiCl-DMAc纤维素溶剂中。全纤维素的SEC图谱被极化为高分子量纤维素部分和低分子量半纤维素部分，并且可以根据两种多糖的分子量来分离它们。此外，对聚合纤维素部分的构象的分析表明，与作为高纯度纤维素的细菌纤维素的构象不同，木材纤维素即使在相同的惯性半径下也具有高密度。这些结果表明，高分子量纤维素中存在半纤维素或纤维素支链。这些支化结构被认为仅存在于结晶微纤维的表面，并被认为与植物细胞壁中的木质素和半纤维素在分子至纳米水平上形成天然复合物，从而产生高强度，这可以解释高强度。植物细胞壁的强度。另一方面，支化纤维素分子的存在尚无法从生物合成的角度来解释，因此这仍然是一个挑战。

项目成果

TEMPO-oxidized cellulose nanofibers

• DOI: 10.1039/c0nr00583e
• 发表时间: 2011-01-01
• 期刊: NANOSCALE
• 影响因子: 6.7
• 作者: Isogai, Akira;Saito, Tsuguyuki;Fukuzumi, Hayaka
• 通讯作者: Fukuzumi, Hayaka

ホロセルロースのTEMPO触媒酸化

全纤维素的 TEMPO 催化氧化

• 发表时间: 2010
• 作者: 蔵前亮太、沖田祐介;他
• 通讯作者: 他