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【科研进展】科研团队利用工业木质素脱甲基制备生物基多酚抗氧化剂

来源:广东省科学院 时间:2023-05-26

  多酚抗氧化剂是一种高价值化学品,在食品、化妆品、医药、材料等领域均有重要应用,然而其传统合成方法存在污染大或提取效率低等问题,亟需开发绿色高效的制备路线。木质素含有大量酚类单元,是制备生物基多酚抗氧化剂的潜在选择。在自然界中,木质素是可直接提供大量芳香结构的可再生资源。工业木质素主要源于制浆造纸行业的副产物,年产量高达5000万吨,但有效利用率低于5%。若能用木质素等天然多酚部分取代目前的酚类抗氧剂,不仅能大幅降低材料成本,有助于资源的可持续利用,同时还将解决制浆造纸产业的废液污染问题。因此,木质素制备高性能抗氧化剂具有重要研究意义和广阔应用前景。

  近日,广东省科学院化工研究所(以下简称省科学院化工所)环境化学研究中心陈佳志博士团队以溶剂解木质素、碱木质素和酶解木质素等三种工业木质素为原料,通过化学脱甲基制备了高抗氧化性的木质素多酚(LPA),抗氧化性能显著优于商业抗氧化剂。在1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基清除中,LPA的抗氧化指标IC50值比商业抗氧化剂2,6-二叔丁基对甲酚BHT低0.56倍。
  结构演化表明,在碘代环己烷作用下,脱甲基和部分解聚同时发生。甲氧基CAr-OCH3碳氧Calkyl-O分别转化为酚羟基(CAr-OH)和碳氢键Calkyl-H,导致酚羟基含量显著增加,分子量略有下降。构效关系指出,木质素多酚抗氧化性与酚羟基含量呈准线性关系,并受其分子量影响;木质素H/G/S结构单元的比例可作为高效抗氧化剂的筛选指标。相比商业抗氧化剂,利用脱甲基策略制备的工业木质素多酚极具经济优势,有望用于生物基抗氧化剂市场。该工作为生物基抗氧化剂工业应用提供了理论依据。


脱甲基反应路径和IC50与酚羟基准线性关系

  相关成果发表于International Journal of Biological Macromolecules(化学1区top期刊,IF=8.025)。省科学院化工所朱国志博士为论文第一作者,陈佳志博士为共同通讯作者。该研究得到广东省自然科学基金、广东省科学院科技发展专项资金等资助。
  论文链接:https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.124030
(省科学院化工所/供稿)
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