使用上格拉夫方法估计植物生物质的晶体纤维素含量

纤维素是细胞壁的主要承重成分，存在于主细胞壁和辅助细胞壁中。细胞壁是环绕植物细胞的细胞外基质，主要由纤维素、木质素、血糖、果胶和基质蛋白组成。大约三分之一的植物生物量是纤维素^1，它通过提供强度、刚性、细胞生长的速度和方向、细胞形状维护以及防止生物和非生物应激因素，在植物生长发育中发挥着重要作用。棉纤维含有95%纤维素²含量，而树木含有40%至50%的纤维素，这取决于植物种类和器官类型^3。纤维素由纤维素的重复单位组成，纤维素是葡萄糖残留物的去除，由β-1，4糖体键⁴连接。纤维素乙醇是由葡萄糖从植物^细胞壁5中存在的纤维素中提取的。纤维素纤维由几个微纤维组成，其中每个微纤维作为核心单位与500-15000葡萄糖单体^1，6。纤维素同聚物由等离子膜嵌入纤维素合成酶复合物（CSC的^）1，7合成。单个纤维素合成酶A（CESA）蛋白合成葡萄糖链和相邻的葡萄糖链通过氢键连接，形成晶体纤维素^1，8。纤维素存在于几个晶体形式与两种主要形式，纤维素I+和纤维素I+作为原生形式^9。在较高的植物中，纤维素存在于纤维素I+形式中，而低植物纤维素存在于I+形式^10，11中。总的来说，纤维素在向植物细胞壁传授力量和刚性方面起着重要作用。

第一代生物燃料主要产自玉米淀粉、甘蔗糖和甜菜糖，它们是食物来源，而第二代生物燃料则主要生产来自非食品植物生物质细胞壁材料¹²的生物燃料。准确估计结晶纤维素含量不仅对纤维素生物合成和细胞壁动力学的基础研究具有重要意义，而且对应用生物燃料和生物制品研究也具有重要意义。开发和优化了多种植物生物量纤维素估算方法，上格拉夫法是纤维素估算中应用最广泛的方法。第一个报告的纤维素估计方法是由克罗斯和贝文在1908^年13。该方法基于硫酸钠交替氯化和提取的原则。然而，由克罗斯和贝文方法的原始和修改协议获得的纤维素显示，除了大量的木质素和曼南¹⁴的微小部分污染。尽管对从纤维素部分去除木质素和半纤维素进行了多次修改，但交叉贝文方法保留了相当数量的曼南和纤维素。后来，库尔施纳的方法是利用硝酸和乙醇提取纤维素^15。该方法指出，总木质素和75%的五氯苯甲酸被去除，但真正的纤维素结果与十字和贝文的氯化方法估计的结果相同。另一种方法（诺曼和詹金斯）是利用甲醇苯、硫酸钠和次氯酸钠提取纤维素¹⁶而开发的。这种方法还保留了一些部分木质素 （3%）和大量的五氯苯二酯导致在纤维素的准确估计。后来，基塞尔和塞米加诺夫斯基使用另一种方法，使用80%浓缩硫酸对纤维素进行水解，而水解减少的糖分则由贝特朗的方法¹⁷估计。根据基塞尔和塞米加诺夫斯基的方法开发的两种方法，瓦克斯曼和史蒂文斯¹⁸和萨洛^14，19，也比早期的方法^20少4-5%纤维素含量。

上格拉夫法是估计结晶纤维素含量最广泛的方法。1969年²¹年，乌普德格拉夫首次对纤维素的测量方法进行描述。Updegraff方法将库尔施纳法（使用硝酸）、基塞尔和塞米诺斯基方法（用硫酸将纤维素水解成葡萄糖单体）与一些修改相结合，并结合了维尔斯和西尔弗曼的炭热检测，用于对葡萄糖和结晶纤维素含量进行简单的色度估计^。这种方法的原理是使用醋酸和硝酸（上格拉夫试剂）从同质化植物组织中去除半球素和木质素，从而留下耐醋酸/耐硝酸纤维素作进一步加工和^估计。醋酸/耐硝酸纤维素用67%的硫酸处理，将纤维素分解成葡萄糖单体，释放的葡萄糖单体估计由炭酸检测^21，23。对原来的上格拉夫方法进行了几次修改，以简化程序和纤维素估计由炭细检测^24。从广义上讲，这种方法可以分为五个阶段。在第一阶段，工厂材料已准备就绪。在第二阶段，粗细胞壁与总生物量分离，因为纤维素是植物细胞壁的关键成分。后来，在第三阶段，纤维素通过使用上格拉夫试剂处理，从非纤维素细胞壁组件中分离出来。在第四阶段，通过硫酸处理，醋酸/耐硝酸纤维素被分解成葡萄糖单体。纤维素硫酸处理导致葡萄糖单体与硫酸反应形成5-羟基硫化物化合物。最后，在最后阶段，炭热产生一个绿色的蓝色复合物，沸腾与前一阶段²⁵产生的毛皮化合物。这种基于炭铁的色度测量方法于1942年首次被德雷伍德使用。Anthrone 是一种在酸性条件下识别五氯蔗糖和六甲酸脱水产品（如 5-羟基紫外线）的毛皮化合物的染料。与五角大厦²⁵相比，六角形的反应产生强烈的色彩和更好的反应。受约束葡萄糖的含量以光谱光度计吸收量测量，在620纳米，绿色蓝色复合物的强度与样品中的糖量成正比。测量的吸收值与葡萄糖标准曲线回归线进行比较，以计算样品的葡萄糖浓度。测量的葡萄糖含量用于估计植物生物量的纤维素含量。