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在木质纤维素转化中，半纤维素（Hemicellulose）常被降解或废弃，其高值利用面临挑战。研究人员以溴化锂（LiBr）水合物分离漂白竹浆（BBP）中的半纤维素，探究抗溶剂影响。结果发现不同抗溶剂影响半纤维素的去除率、产量、形态等。该研究为其应用提供理论依据。
木质纤维素生物质作为一种丰富的可再生资源，在生产可再生能源、材料和工业化学品等方面具有巨大潜力。其中，半纤维素是木质纤维素生物质中含量第二丰富的碳水化合物生物聚合物。然而，在木质纤维素转化过程中，半纤维素的命运却不尽如人意。大部分半纤维素会降解为单糖或低聚物，还有些会随着溶解的木质素和制浆化学品一起溶解在废液中，最终被当作废液浓缩焚烧处理，这无疑是对资源的一种浪费。
半纤维素具有复杂多样的结构，它是一种高度支化的杂多糖，由短链（聚合度约 80 - 200）和侧链构成，主要包含戊糖（β - D - 木糖和 α - L - 阿拉伯糖）、己糖（β - D - 半乳糖、β - D - 甘露糖和 β - D - 葡萄糖）、葡萄糖醛酸，以及少量的 L - 岩藻糖和 L - 鼠李糖单元。其结构和含量会因木质纤维素的来源、植物发育阶段、植物细胞壁位置以及生长环境的不同而有所差异。例如，硬木和非木本植物中的典型半纤维素是带有分支 4 - O - 甲基 - α - D - 吡喃葡萄糖醛酸和乙酰基的木聚糖。而且，半纤维素具有两亲性，含有大量极性羟基，这赋予了它在改性和应用方面的巨大潜力，目前已广泛应用于造纸、食品、制药和化工等多个领域。
但是，在植物细胞壁中，半纤维素与木质素通过酯键和醚键相连，还与纤维素通过氢键和范德华力紧密结合，这使得半纤维素的分离面临重重困难。因此，实现半纤维素的有效绿色分离，成为其高值材料利用的关键前提。目前，虽然已经探索出多种分离半纤维素的方法，如稀酸、稀碱、有机溶剂、离子液体（ILs）、低共熔溶剂（DES）、熔盐水合物（MSH）萃取等，但对 MSH 中半纤维素的溶解和分离 / 再生行为的研究仍处于起步阶段。
此外，在半纤维素分离 / 再生的众多方法中，抗溶剂沉淀法因操作简便、效率高而被广泛应用。不过，不同抗溶剂对从 MSH 中再生的半纤维素的性质有何影响，相关研究却十分匮乏，背后的机制也尚不明确。
为了解决这些问题，来自国内的研究人员开展了一项深入研究。他们以溴化锂（LiBr）水合物作为绿色溶剂，从漂白竹浆（BBP）中分离半纤维素。通过响应面法（RSM）系统优化了分离过程的条件，包括 LiBr 浓度、处理温度和反应时间。随后，研究人员利用在优化条件下溶解于 LiBr 水合物中的半纤维素，探究了水、乙醇和丙酮这三种抗溶剂对再生半纤维素结构和性质的影响，并进一步探讨和提出了半纤维素从 LiBr 水合物中借助这三种抗溶剂再生的机制。该研究成果发表在《Carbohydrate Polymers》上。
研究人员开展这项研究主要运用了以下几种关键技术方法：一是响应面法（RSM），用于优化从漂白竹浆（BBP）中分离半纤维素的溶解过程，确定 LiBr 浓度、处理温度和反应时间等关键因素；二是抗溶剂沉淀法，向含有溶解半纤维素的 LiBr 水合物溶液中添加水、乙醇和丙酮等抗溶剂，实现半纤维素的再生与分离；三是多种结构表征技术，用于分析再生半纤维素的结构和性质。
优化从 BBP 中分离半纤维素的条件
研究人员首先优化了从 BBP 中分离半纤维素的溶解过程。根据前期研究，选取 LiBr 浓度、处理温度和反应时间这三个关键因素，以从 BBP 中分离出的半纤维素的去除率和产率来评估 LiBr 水合物处理的效果。结果表明，LiBr 浓度对半纤维素的分离有显著影响。在优化条件下，半纤维素的最大去除率达到 84.4%。
抗溶剂对再生半纤维素特性的影响
研究人员用丙酮、乙醇和水作为抗溶剂对溶解的半纤维素进行再生处理。结果显示，受抗溶剂极性影响，丙酮沉淀得到的纯半纤维素产率高达 84.0%。结构表征表明，所得半纤维素为聚合度在 184 - 290 的阿拉伯木聚糖，经过分离和再生过程，其分子结构没有明显变化。但重要的是，研究发现不同抗溶剂再生的半纤维素呈现出不同的多尺度形态和纳米结构，这是由于在再生过程中，不同抗溶剂使半纤维素链之间的氢键重构方式和重结晶程度不同。
该研究利用绿色的 LiBr 水合物溶剂高效地从漂白竹浆中分离出半纤维素，并在不同抗溶剂中实现了半纤维素的再生。通过对再生半纤维素的结构和特性进行全面比较研究，明确了 LiBr 浓度对分离半纤维素的重要影响，以及不同抗溶剂对再生半纤维素的去除率、产率、结构和形态的作用机制。这一研究成果为半纤维素的进一步改性、加工和更高级应用提供了坚实的理论基础，有助于推动半纤维素在各领域的高值化利用，对实现木质纤维素生物质的绿色可持续发展具有重要意义。
