木素作为细胞间固结物质填充在细胞壁的微纤丝之间，也存在于胞间层，把相邻的细胞粘结在一起，起到加固木质化植物组织的作用，木质化后的细胞壁不仅能够增加树木茎干的强度，也能减少微生物对树木的侵害。木素来源丰富，商业木素作为制浆造纸工业的副产品从造纸废液中分离和提取，例如亚硫酸盐法制浆可以得到木素磺酸盐，它广泛用于制革、染料、食品、建筑等领域，作为工业生产原料和添加剂。

4.4.1 木素的分离和定量

木素的结构比纤维素和木素复杂得多，目前采用的所有分离和提取木素的方法，都会改变天然木素的化学结构。采用深度球磨的方法、然后用溶剂萃取，得到的磨木木素，一般认为不会引起木素的化学改变，最接近天然木素的本来结构，但是目前还不知道研磨到何种程度才会发生化学改变，而且有报道认为，当研磨过程中存在氧气时，所得到的木素羰基含量会升高。磨木木素的分离方法是将木材样品悬浮在甲苯溶液中用水冷式振动球磨机研磨48－72h，研磨罐温度低于35℃；用离心作用除去甲苯然后萃取；最后用氯仿进行纯化，将混合物离心直到有机层完全澄清。在溶剂萃取前，用纤维素酶处理除去磨木目分钟的多聚糖，那么溶解的木素量会增加，可以得到纤维素水解酶木素。

木素的定量是为了定性木质纤维素原料，评估木素对木材和纸浆化学、物理和生物处理的影响，监控化学制浆的废液以及估计漂白化学品的用量。木素的定量方法有三种，第一是强酸水或酶水解除去碳水化合物，使木素沉淀而分离出来；第二种是使木素溶解后用分光法测定；第三种是用氧化剂分解木素并根据氧化剂用量来推测木素的含量。

4.4.2 木素的结构与特点

利用不同波长的紫外显微镜研究木材薄片取得的光谱，具有典型的芳香族化合物特征，从而证实了木材木素中含有苯基丙烷基本结构的观点，目前普遍认为木素是由愈疮木基型、紫丁香基型和对羟苯基型结构单元聚合而成的高聚物，它们的共同特点是都含有苯基丙烷的基本结构，如图4－10所示。针叶材木素中主要含愈疮木基丙烷和少量的对羟苯基丙烷结构单元，阔叶材木素中主要含紫丁香基丙烷、愈疮木基丙烷和少量的对羟苯基丙烷结构单元。

木素化学结构的复杂性、不均匀性给木素结构的研究带来了困难，人们通过磨木木素、纤维素水解酶木素的分离、萃取和纯化，然后对样品进行分析研究，证实和推测木素上的基团和连接的形式，同时在实验室条件下，模拟合成木素脱氢化合物，结合同位素标记，研究木素的结构与形成机理，以证明这种推测。已经证实，木素分子上具有甲氧基、羟基、羰基等基团。经过定性和定量测定，一般针叶材木素中甲氧基含量为13.6－16％，阔叶材木素中的甲氧基含量为17－22.2％。木素中的羟基有两种类型，一种为存在于木素结构单元侧链的脂肪族上，另一种是酚羟基存在于木素结构单元的苯环上，小部分以游离酚羟基形式存在，大部分以醚化的形式与其它木素结构单元连接。木素中的羰基一部分为醛基，另一部分为酮基，存在于木素结构单元的侧链上。木素是由苯基丙烷结构单元组成的，各个单元基环之间的连接方式有两种，一种是醚键连接，一种是碳－碳键连接，其中以醚键连接为主。

随着科学技术的进步，特别是紫外光谱（UV）、红外光谱（IR）和核磁共振（NMR）技术的应用，为木素结构的定性和定量研究提供了先进的技术手段，特别是它们能够非破坏性地直接测定木素的天然结构，研究结果更加真实可靠。，紫外分光光度研究广泛用作木素的定性研究，因为木素作为芳香族化合物，在紫外区域有强烈的吸收光谱，针叶材松木木素在280nm到285nm之间有一个最大的吸收峰，而阔叶材山毛榉在274nm到276nm有最大的吸收峰。核磁共振技术能给出木素分子多种信息，对木素研究是有用的，尤其是一般化学方法对化学键定量数据不完善时，它能够弥补这一不足。通过得到的核磁共振谱图，了解化学位移，从而判断相关原子的化学环境，证实与邻近元素的结合和化学键情况。

红外光谱也用作木素的定性研究，样品准备方便、操作简单。图4－11是采用溴化钾压片法制备样品，观测红松和山毛榉木材的红外光谱图，在愈疮木基和愈疮木－紫丁香基木素中大多数吸收峰位于1000－1800波数之间，研究者们对主要的吸收峰对应的基团或者化学键给予了最大可能的解释。

随着木素研究的深入，人们对木素的认识和知识积累越来越多，结合上述的研究，研究者提出了许多木素结构模型物，图4－12就是人们提出的由28个苯基丙烷结构单元构成的针叶材木素的结构模型图，单元间的连接模式主要基于水解和氢解的结果，它的分子式是C9H7.95O2.41(OCH3)0.93，这与云杉磨木木素基本一致。需要强调的是，它仍然是一个结构模型，能否真实代表云杉木素的天然结构，还有待于进一步的研究。

4.4.3 木素的物理化学性质木素属于芳香族化合物、一般认为具有非结晶性的三度空间结构高聚物，天然木素的分子量高达几十万，但是分离出来后的相对分子质量只有几千或几万。木素本来的颜色应该是白色或无色，但是从木材中分离出来后就呈现出一定的颜色，而且随着分离和制备的方法不同呈现出的颜色也不同，在浅黄和深褐色之间。木素在25℃时比重为1.33-1.45g/cm3，折光系数1.61。天然木素由于分子量大、亲液性基团少，基本不溶于水和一般的溶剂，在特定溶剂中的溶解性能，取决于木素的性质褐溶剂溶解性参数与氢键的结合能。碱木素可以溶于稀浓度碱液、碱性或中性极性溶剂中，木素磺酸盐可溶于水中形成胶体溶液，这也是植物纤维化学制浆的基本依据之一。在一定的水热条件下，木素可以发生软化及塑化，针叶材热塑化温度为170-175℃，阔叶材为160－165℃，在此温度下进行纤维分离可以减少动力消耗。

木素是由苯基丙烷结构单元通过醚键和碳－碳键连接而成的高分子化合物，不同形式的连接和基团的存在，使木素具有一定的化学反应活性，但是众多基团的差异性使木素的化学反应性比纤维素和半纤维素复杂。

1. 木素降解反应

木素在水中一般不发生水解作用，当温度升高之后，木素或半纤维素能分解出少量的无机酸，降低介质的pH值，使得木材原料发生酸性水解，在纤维制浆工业中，这个过程被称为预水解。在一定条件下，随着温度的升高，处理时间的延长，木素、纤维素、半纤维素三种主要成分都有不同程度的水解降解，但是以木素抗水解能力最强，纤维素次之、半纤维素最容易水解。将经过处理的铁杉用175℃的水蒸煮45min，水溶液经过浓缩后得到松柏醛、香草醛等芳香族化合物，据认为这正是木素的水解产物。

2. 缩合反应

缩合反应是降解反应的逆反应。木素受水、热作用而发生降解，但是也有因木素活化而发生缩合的可能，有人认为这正是热压时纤维相互结合的因素之一。在水煮过程中，温度达到130℃时，木素开始自动缩合，到140－160℃时缩合反应加速，这就是木材在水煮高温阶段，木素溶解速度缓慢的原因。水对木素的缩合反应有很大影响，当水较多时，半纤维素等容易降解的碳水化合物剥离下来溶于水中，而使被活化降解的木素暴露在外面，有利于缩合反应的进行；相反，当水份较少时，覆盖在木素表面的降解化合物起保护作用，阻碍木素缩合反应，所以在水煮工艺中，要求有一定的液料比。

纤维板成板理论的另一个观点是木素结合理论，木素缩合反应正是这一理论的基础。有人认为，热磨法生产纤维板浆料时，半纤维素最后转化为糠醛，木素则降解为酚类物质，经过高温、热压作用后，二者缩合形成酚醛缩合物，可以起到酚醛树脂的作用，这是纤维板具有一定强度和防水性的原因之一。

3. 木素的磺化反应

在化学法纤维制浆中，木材在亚硫酸盐和过量的SO2溶液中蒸煮，其工艺过程大致有三个阶段，即蒸煮药液对木材的渗透阶段、木素磺化阶段和木素成为木素磺酸盐溶出阶段。在木素磺化阶段，反应体系中存在多种离子的协同作用，产生磺化和水解两种反应，磺化使亲水性的磺酸基进入木素高聚物内，而水解则打开醚键，产生新的酚羟基，降低分子量，二者的共同作用都是增加木素的亲水性，使木素从木材中不断溶解出来。

4．氧化反应

次氯酸盐、二氧化氯和过氧化氢是漂白剂，用于木材和纸浆的漂白，所发生的化学作用主要是对木素的氧化反应。据研究，次氯酸盐与木素发色基团的反应是形成环氧乙烷中间体，最后进行氧化降解，最终产物为羧酸类化合物和二氧化碳。二氧化氯对木素的作用是使木素芳香环氧化裂开生成其它衍生物，能够选择性地氧化木素和色素，而对纤维素损伤较少。过氧化氢对木素的作用是在溶液中产生过氧酸根离子，使木素的发色基团脱色。

5. 碱对木素的作用

在高温条件下，植物纤维原料中的木素与氢氧化钠水溶液反应，木素中的多种醚键受氢氧根离子的作用而发生水解降解。

木材中的抽提物是指用水、酒精、乙醚、苯、丙酮等有机溶剂浸提出来的物质，这里的抽提物是广义的，指除组成木材细胞壁结构物质以外的所有木材内含物。抽提物的含量随树种、树龄、树干位置以及树木生长的立地条件不同而不同，含量少者约为1%，多者高达10－40%，一般在5％左右。许多木材抽提物是在边材转化心材过程中形成的，它们不是木材细胞壁的组成部分，但存在于细胞腔和细胞壁的微毛细管或者木材的特殊细胞中。

4.5.1 木材抽提物的种类与化学成分

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