Ученые оптимизировали процесс получения полисахарида ксилана из древесины. Это позволило извлечь больше ксилана и разделить его на фракции для дальнейшего использования, например получения биополимеров. Об исследовании рассказала служба научных коммуникаций Красноярского научного центра СО РАН.
Ксилан — это полисахарид, который содержится в клеточных стенках растений. Он обеспечивает прочность и эластичность растительных тканей, а также играет важную роль в процессах роста и развития растений. Ксилан используется в пищевой промышленности, а также в производстве бумаги и текстиля. Недавно красноярские ученые вместе с коллегами
научились делать упаковочные пленки из ксилана. Однако ксилан не так просто выделить из древесины в достаточных количествах. Самый удобный метод получения чистого нативного ксилана — извлечение при помощи растворителя диметилсульфоксида — дает очень маленький выход продукта — от 5 до 30 %.
Ученые ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» вместе с коллегами из Китая подобрали наилучшие условия для подготовки древесного сырья и извлечения из него максимального количества ксилана за счет экстракции диметилсульфоксидом. Полученный ксилан в таком процессе возможно разделить на фракции, что открывает перспективы для его модификации с целью получения востребованных продуктов.
Химики определили условия, которые существенно влияют на чистоту, химическую структуру и выход получаемого ксилана. Специалисты предложили несколько изменений в классической методике выделения ксилана из древесины березы. Большая их часть касается предподготовки древесного сырья.
Вначале древесное сырье измельчается на шаровой мельнице. Это увеличивает площадь поверхности материала, на которой происходят химические реакции. Затем для выделения лигнина и экстрактивных веществ из древесины исследователи использовали хлорит натрия. После проводили дополнительную обработку сырья органическими растворителями, в ходе которой удалялись остатки лигнина и других растворимых веществ, что позволило получить холоцеллюлозу — продукт, содержащий целлюлозу и ксилан. Измельчение холоцеллюлозы позволило добиться увеличения выхода ксилана при экстракции с помощью диметилсульфоксида.
Финальный штрих, который предложили ученые, — градиентное осаждение ксилана этанолом, что позволило выделить до 95 % ксилана и фракционировать его по молекулярной массе и другим структурным особенностям. Такой подход позволяет получать ксиланы с определенной молекулярной массой и модифицировать их, открывая новые возможности применения.
«Эффективная экстракция и разделение природных ксиланов являются ключом к изучению их структуры и свойств. Полученные данные способствуют промышленному применению ксиланов. Модифицировав метод подготовки сырья и извлечения из него ксилана, мы получили на выходе до 70 % продукта. Важным шагом была возможность распределения ксиланов на фракции по молекулярной массе. Такие ксиланы можно модифицировать для различных применений, например для получения биополимеров», — рассказал Юрий Маляр, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН.
Результаты исследования
опубликованы в журнале Industrial Crops and Products.
