[发明专利]一种预测纤维素结晶度的方法

说明书

本发明公开了一种预测纤维素结晶度的方法，该预测方法通过构建碳水化合物结合单元—荧光蛋白探针，可以与各种预处理的纤维素进行结合，通过荧光检测，即可对纤维素的结晶度进行预测。本发明方法只需通过荧光检测即可对纤维素的结晶度进行预测，解决了纤维素经过XRD测定时可能会改变结晶度以及无法测定含水样品等问题，为纤维性改性、加工及处理等提供重要的理论依据，具备商品化的开发潜力。

技术领域

本发明属于生物能源领域，涉及一种利用碳水化合物结合单元—荧光蛋白探针与纤维素进行结合，通过荧光检测即可预测纤维素结晶度的方法。

背景技术

纤维素是地球上最古老、最丰富的天然高分子，是取之不尽用之不竭的人类最宝贵的天然可再生资源。纤维素是一种由重复的D-葡糖酸糖分子组成的线性大分子，它与1,4-糖基键相连，是大多数植物所制造的木质纤维素材料的主要成分，是生物燃料工业的主要潜在原料。

纤维素结构特点：纤维素是由β-D-吡喃型葡萄糖基(失水葡萄糖)组成。简单分子式为(C₆H₁₀O₅)_n。纤维素与很多其他高聚物一样是多晶，即由无数微晶体与非晶区交织在一起的。其结晶的程度视纤维品种而异。天然纤维素，如苎麻的结晶度略高于70％，而再生纤维素如粘胶纤维则只有35％左右。纤维素结晶度在一定程度上反应纤维的物理力学和化学性能，也直接影响材料的性能，是评价生物质材料性能和纤维品质的重要依据。

纤维素链之间的氢键以及葡萄糖分子之间的范德华力等作用力使得纤维素形成了有序的晶体区域和相关的晶格。目前广泛使用的测量纤维素结晶度方法主要有：x射线粉末衍射(XRD法)，红外光谱法(IR)，固态¹³C核磁共振法，密度测量法，振动和频率生成(SFG)光谱，以及最近发展起来的红外拉曼检测。

纤维素结晶度测定之后还需使用不同软件进行计算，计算方法主要包括：切线法，高度法，分峰法等等。

碳水化合物-结合模块(CBM)是一种多肽模块，在许多碳水化合物活性酶中发现，它可以与不同的碳水化合物结合。CBMs的主要功能是促进基质联合和催化活性酶对基质的催化效率。具有结合纤维素的CBMs可分为三种类型:A型CBMs可以与晶体纤维素结合，B型CBMs包含与非晶态纤维素区域相关联的单聚糖链，而C型CBMs只与小的糖结合。本发明所使用的CBMs类型为A型和B型。

现有方法均没有提及通过荧光测定即可预测纤维素结晶度的方法。本发明为了定量研究纤维素的结晶度，我们设计了可以与纤维素进行结合的荧光蛋白探针，利用对荧光强度的测量对二者的吸附率进行了计算，并观察了吸附率与XRD结晶之间的线性关系，由此可以对纤维素的结晶度进行预测。

本发明的方法不但方便快捷，适应范围也更加广泛，样品可以无需干燥，也无需研磨，避免了在干燥和研磨过程中造成的结晶度的损失和下降，同时，更加避免了在获得数据后在处理数据过程中的人为误差。可以说本方法无论是在样品处理过程还是在数据处理过程都大大提高了数据的准确性。如此便捷准确的纤维素结晶度预测方法，在生物质能源利用过程中尤为重要，其商业化应用前景也随之凸显。

发明内容

本发明目的在于提供一种预测纤维素结晶度的新方法。

为此，本发明提供了一种碳水化合物结合单元—荧光蛋白探针与纤维素进行结合，通过荧光检测即可预测纤维素结晶度的方法。所述方法包括先将所述纤维素通过酸处理、碱处理或球磨处理后获得经预处理的纤维素，并将其与制备好的荧光蛋白探针相结合，通过测定其荧光强度变化进而预测其结晶度。

一种预测纤维素结晶度的方法，其步骤为：先构建碳水化合物结合单元—荧光蛋白探针，为后续纤维素结晶度预测做准备；再通过荧光蛋白探针与纤维素底物结合前后上清中荧光强度的变化率来表示探针与纤维素底物的结合率，通过建立二者结合能力与纤维素标准品结晶度的线性关系，利用线性关系对纤维素样品的结晶度进行预测。