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本研究探讨了如何通过自水解(AH)和乙醇有机溶剂处理工艺，定向调控芒草(Miscanthus × giganteus)来源木质素的结构，从而显著提升其抗氧化能力。研究团队系统分析了处理条件对木质素酚羟基、甲氧基和乙氧基等关键官能团的影响，并运用多种抗氧化测试证实了结构优化后的木质素具有优异的自由基清除潜力。该工作为将木质素开发为高性能、可持续的生物基抗氧化剂添加剂提供了重要的工艺策略和理论依据。
木质素，这种自然界中储量最丰富的芳香族聚合物，长久以来在造纸和生物质精炼过程中大多被当作副产品或燃料直接烧掉。然而，它复杂的芳香结构蕴含着巨大的潜力，尤其是在作为可持续的抗氧化剂添加剂方面。但如何从植物中高效地获取木质素，并进一步“雕琢”其分子结构，以解锁特定的高性能（比如卓越的抗氧化能力），是研究人员面临的关键挑战。不同的提取和预处理工艺会深刻改变木质素的化学构成，进而影响其最终性能。为此，一支研究团队聚焦于芒草这种具有应用前景的能源作物，深入探索了预处理和提取工艺的“组合拳”如何能像一把精准的刻刀，定向改造木质素，并系统评估了这种改造对其抗氧化能力的提升效果。这项揭示工艺-结构-性能内在关联的研究成果，发表在了期刊《Biomacromolecules》上。
为了回答上述问题，研究人员主要运用了几项关键技术：首先，他们采用自水解(AH) 在不同温度下对芒草生物质进行预处理，并随后进行乙醇基有机溶剂法 提取木质素，从而获得了一系列结构不同的样品。其次，他们利用二维核磁共振氢-碳相关谱(2D HSQC NMR) 对木质素的单体组成和键联类型进行了半定量分析。同时，通过顶空气相色谱-质谱联用(HS-GC–MS) 测定了木质素中甲氧基和乙氧基的含量。最后，为了全面评估木质素的抗氧化能力，研究采用了四种湿化学分析法：ABTS、DPPH、FRAP 和 Folin–Ciocalteu(FC) 法，并计算了相对抗氧化能力指数(RACI) 进行综合比较。
3.1. 生物质组成分析
对处理前后芒草生物质的化学成分分析表明，有机溶剂法提取后生物质中的木质素含量显著降低。自水解预处理，特别是在180°C下，导致半纤维素含量急剧下降，而木质素和纤维素含量相对增加，这有利于后续木质素的提取。
3.2. 木质素得率
研究发现，延长有机溶剂处理时间或降低乙醇浓度均可提高木质素得率。尤为重要的是，在180°C下进行自水解预处理后，再进行标准有机溶剂提取，木质素得率比未经预处理的样本提高了一倍以上，达到39.5%。
3.3. 所选木质素的纯度
对代表性样品的化学组成分析显示，无论是否经过自水解预处理，通过本研究中使用的无催化有机溶剂法获得的木质素纯度均很高（>93%）。经过180°C自水解预处理后得到的木质素，其纯度进一步提高至96.7%。
3.4. 单体组成与键联
二维核磁共振分析表明，不同处理条件对木质素单体比例影响甚微。然而，它们显著影响了木质素大分子中的键联结构。无论是延长有机溶剂处理时间、降低乙醇浓度，还是提高自水解温度，都会导致β-芳基醚键(A) 的数量减少。特别是在180°C自水解后，β-芳基醚键大幅减少，而缩合结构(CS) 的比例相应显著增加。
3.5. 分子量
尺寸排阻色谱分析显示，有机溶剂处理时间对木质素分子量影响不大，但降低乙醇浓度和自水解温度对其有影响。经过120°C自水解预处理的木质素数均分子量最低，而随着自水解温度升高，分子量呈增加趋势，这可能与发生了缩合反应或更大分子量木质素的可及性提高有关。
3.6. 甲氧基和乙氧基含量
顶空气相色谱-质谱联用分析表明，有机溶剂处理条件对木质素甲氧基含量影响不大，但自水解预处理使其有所增加。乙氧基则是在乙醇基有机溶剂过程中通过亲核取代反应新引入的基团，其含量在不同样品间波动，无明显趋势。
3.7. 抗氧化能力研究与总酚含量
通过四种抗氧化测定法评估发现，提高有机溶剂处理的剧烈程度（延长时间或降低乙醇浓度）能提升木质素的总酚含量和抗氧化能力。更重要的是，自水解预处理的效果强烈依赖于温度：仅在180°C下进行自水解，才能显著提高后续所得木质素的总酚含量和抗氧化能力，在120°C或150°C下预处理则效果不彰甚至更差。综合四项测试结果的相对抗氧化能力指数清楚表明，经过180°C自水解预处理后再提取的木质素具有最高的抗氧化性能。
本研究得出结论，通过调整乙醇基有机溶剂法的工艺参数（如时间和乙醇浓度）或结合自水解预处理，可以有效地调控芒草木质素的结构与性能。更剧烈的处理条件会导致更多的β-芳基醚键 断裂，从而产生更多的酚羟基，这是提升木质素抗氧化能力的关键。其中，在180°C下进行自水解预处理，再结合有机溶剂提取，是获得高得率、高纯度且具有优异抗氧化性能木质素的最有效策略。此过程中引入的乙氧基也增加了木质素的结构复杂性和功能性。这些发现强调了工艺参数，特别是自水解温度，在塑造木质素功能化应用潜力中的关键作用。该研究不仅深化了对木质素这一复杂生物聚合物在工艺过程中结构演变的理解，更重要的是为将其定向转化为用于生物基聚合物、涂层等领域的可持续高性能抗氧化剂添加剂，提供了明确的工艺路径和坚实的科学依据。
