Updegraff 방법을 사용하여 식물 바이오매스의 크리스탈 셀룰로오스 함량 추정

셀룰로오스는 1차 세포벽과 이차 세포벽 모두에 존재하는 세포벽의 1차 하중 베어링 성분입니다. 세포벽은 식물 세포를 포위하는 세포외 매트릭스이며 주로 셀룰로오스, 리그닌, 헤미셀룰로오스, 펙틴 및 매트릭스 단백질로 구성됩니다. 식물 바이오매스의 약 1/3은 셀룰로오스^1이며, 세포 성장의 강도, 강성, 속도 및 방향, 세포 모양 유지 보수 및 바이오틱 및 무생물 스트레스요인으로부터의 보호를 제공함으로써 식물 성장과 개발에 중요한 역할을 합니다. 면 섬유는 95% 셀룰로오스² 함량을 포함하고 있으며, 나무는 식물 종 및 장기 유형에 따라 셀룰로오스의 40 %에서 50 %를 함유하고^있습니다3. 셀룰로오스는 β-1,4 글리코시딕 본드^4에의해 연결된 포도당 잔류물의 불협화기인 셀로바이오제의 반복 단위로 구성된다. 셀룰로오스 에탄올은 식물 세포벽^5에존재하는 셀룰로오스로부터 유래된 포도당으로부터 생산된다. 셀룰로오스 섬유는 각 마이크로 피브릴이 500-15000 포도당 단량제^1,6을가진 코어 단위로 작용하는 몇몇 마이크로 피브릴로 구성됩니다. 셀룰로오스 모합합체는 플라즈마 멤브레인 임베디드 셀룰로오스 신타스 복합체(CSC)1,^7에의해 합성된다. 개별 셀룰로오스 신타제 A(CESA) 단백질은 글루칸 사슬을 합성하고 인접한 글루칸 사슬은 수소 결합에 의해 연결되어 결정성 셀룰로오스^1,8을형성한다. 셀룰로오스는 2개의 우세한 형태, 셀룰로오스 Iα 및 셀룰로오스 Iβ를 네이티브 형태^9로여러 결정 형태로 존재한다. 더 높은 식물에서 셀룰로오스는 셀룰로오스 Iβ 형태로 존재하며, 낮은 식물 셀룰로오스는 Iα 형태^10,11에존재한다. 전반적으로, 셀룰로오스는 식물 세포벽에 강도와 강성을 부여하는 데 중요한 역할을한다.

1세대 바이오 연료는 주로 옥수수 전분, 지팡이 설탕 및 사탕무 설탕에서 생산되며, 2세대 바이오 연료는 비식품 식물바이오매스 세포벽^{재료(12)의}바이오 연료 생산에 주력하고 있다. 결정성 셀룰로오스 함량의 정확한 추정은 셀룰로오스 생합성 및 세포벽 역학에 대한 근본적인 연구뿐만 아니라 적용 된 바이오 연료 및 바이오 제품 연구에도 중요합니다. 식물 바이오매스의 셀룰로오스 추정에 최적화된 다양한 방법이 개발되고 최적화되어 있으며, Updegraff 방법은 셀룰로오스 추정에 가장 널리 사용되는 방법입니다. 셀룰로오스 추정을 위한 첫번째 보고된 방법은 1908년^13년에십자가와 베반에 의해 이었습니다. 이 방법은 황산나트륨에 의한 대체 염소화 및 추출 원리에 기초하였다. 그러나, 원래의 변형된 프로토콜뿐만 아니라 크로스 및 베반 방법의 변형된 프로토콜에 의해 얻어진 셀룰로오스는 상당한 양의 자일란과^{만난(14)에}더하여 리그닌의 작은 분수의 오염을 보였다. 셀룰로오스 분획에서 리그닌과 헤미셀룰로스를 제거하기 위한 몇 가지 수정에도 불구하고, 크로스 베반 방법은 셀룰로오스와 함께 상당한 양의 만란을 유지했습니다. 나중에, 쿠르슈너의 방법은 셀룰로오스^(15)를추출하기 위해 질산과 에탄올을 사용하여 개발되었다. 이 방법은 총 리그닌과 펜토산의 75%가 제거되었지만 진정한 셀룰로오스 결과는 크로스와 베반의 염소화 방법에 의해 추정된 것과 동일하다고 명시하였다. 또 다른 방법(Norman 및 Jenkins)은^{셀룰로오스(16)를}추출하기 위해 메탄올 벤젠, 황산나트륨 및 하이포염소산나트륨을 사용하여 개발되었다. 이 방법은 또한 리그닌의 일부 일부를 유지 (3%) 그리고 셀룰로오스의 정확한 추정으로 이어지는 펜토산의 상당한 금액. 나중에, 키젤과 Semiganowsky는 80% 농축 황산을 사용하여 셀룰로오스에 다른 접근 법을 사용했으며, 가수 분해 감소 된 설탕은 버트 랜드의 방법에 의해 추정되었다^17. 두 가지 방법, 왁스맨스와 스티븐스¹⁸ 과 살로^14,19 키셀과 세미 가노우스키의 방법에 따라 개발 된, 또한 이전 방법에 비해 4-5 % 적은 셀룰로오스 함량을 산출^20.

Updegraff 방법은 결정성 셀룰로오스 함량의 추정을 위해 가장 널리 사용되는 방법입니다. 이 방법은 1969년^21년셀룰로오스의 측정을 위해 Updegraff에 의해 처음 기술되었다. Updegraff 방법은 쿠르슈너 방법 (질산 사용), 키셀 및 세미노프스키 방법 (황산을 사용하여 포도당 모노머로 셀룰로오스의 가수 분해)를 통합하고, 포도당 및 결정 셀룰로오스 함량^22의간단한 색소 추정을위한 빌스와 실버맨의 반위 분석법을 통합합니다. 이 방법의 원리는 아세트산과 질산(Updegraff 시약)을 사용하여 균질화된 식물 조직에서 헤미셀룰로오스와 리그닌을 제거하는 것으로, 아세트/질산 내성 셀룰로오스를 더 처리 및 추정을 위한 세포산내성 셀룰로오스를^{잎입니다(15)} 아세트/질산 내성 셀룰로오스는 셀룰로오스를 포도당 단량체로 분해하기 위해 67%의 황산으로 처리되며, 방출된 포도당 단량제는 안계학적 분석^21,23에의해 추정된다. 원래 Updegraff 방법의 몇 가지 수정은 anthrone^{분석서 (24)에}의해 절차 및 셀룰로오스 추정을 단순화하는 데 사용되었다. 광범위하게 이 메서드는 5단계로 나눌 수 있습니다. 1단계에서는 식물 재료가 제조됩니다. 제2상에서, 조세포벽은 식물 세포벽의 핵심 성분이기 때문에 총 바이오매스로부터 분리된다. 나중에, 제 3 단계에서, 셀룰로오스는 Updegraff 시약으로 처리하여 비 셀룰로오스 세포벽 성분으로부터 분리된다. 네 번째 단계에서, 아세트/질산 내성 셀룰로오스는 황산 치료에 의해 포도당 단량체로 분해된다. 셀룰로오스의 황산 치료는 황산을 가진 포도당 단량제의 반응에서 5-하이드록시메틸푸르랄 화합물의 형성을 초래한다. 마지막으로, 마지막 단계에서, 왕좌는 이전 단계^25에서생성된 모피 화합물로 끓여 서 녹색 의 푸른 복합체를 생성한다. 이 왕좌 기반 색법 방법은 드레이우드에 의해 1942 년에 처음 사용되었습니다. Anthrone는 산성 조건하에서 5-하이드록시메틸푸르랄과 같은 펜토스 및 헥소스 탈수 제품의 furfural 화합물을 식별하는 염료입니다. 헥소스를 가진 반응은 펜토스^25에비해 강렬한 색상과 더 나은 반응을 생성합니다. 결합된 포도당의 양은 620nm에서 분광계 흡광도에 의해 측정되고 녹색 파란색 복합체의 강도는 시료의 설탕 양에 직접적으로 비례한다. 측정된 흡광도 값은 샘플의 포도당 농도를 계산하기 위해 포도당 표준 곡선 회귀 라인과 비교하였다. 측정된 포도당 함량은 식물 바이오매스의 셀룰로오스 함량을 추정하기 위해 사용되었다.