Новая методика получения полисахаридов из древесины

Ученые оптимизировали процесс получения полисахарида ксилана из древесины. Это позволило извлечь больше ксилана и разделить его на фракции для дальнейшего использования, например, получения биополимеров. Результаты исследования опубликованы в журнале Industrial Crops and Products.

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.

В начале 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 обработкую 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 является 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.