纤维素是可再生的木质生物质的主要成分之一,水解纤维素可得到功能性纤维低聚糖。纤维低聚糖是由葡萄吡喃糖通过β-1,4-糖苷键连接而成的线性低聚物。不同聚合度的纤维低聚糖物理性质非常相似,常规分离方法很难得到高纯度的低聚糖,特别是聚合度DP大于2的低聚糖。纤维低聚糖可作为模型物用来研究纤维素的结构,也可作为反应底物研究纤维素酶水解机理和动力学。纤维低聚糖可发生许多化学反应。由于纤维二糖相对地容易得到纯品,因此关于纤维二糖的结构和化学反应性方面的研究较多,而关于DP大于2的纤维低聚糖研究得比较少。关于纤维低聚糖分离方法的探索、更高聚合度纤维低聚糖的结构研究和化学反应性研究对纤维低聚糖在食品、化工、医药等方面的应用具有重要的意义。 本论文用甲酸-盐酸(v:v,96:4)混酸体系水解脱脂棉,用001×7阳离子交换树脂柱和聚丙烯酰胺凝胶Bio-Gel P-2柱分离纤维低聚糖。上样浓度、柱长、洗脱速度、洗脱剂和上样体积对柱分离效果都有很大影响。阳离子交换树脂柱不能有效地分离纤维低聚糖,Bio-Gel P-2柱有较好的分离效果。用2.5cm×125cm柱在上样浓度0.65g/ml、上样体积4ml、洗脱速度6.88cm/h条件下能分离制备较高纯度的纤维低聚糖。第一次分离后纤维低聚糖总回收率为81.38％,二次分离可得到高纯度的纤维三糖、四糖和五糖,三糖纯度从82.00％提高到98.12％,四糖纯度从68.76％提高到98.65％,五糖纯度从96.67％提高到98.45％。 利用1H-1H COSY和13C-1H HSQC谱对纤维三糖、纤维四糖和纤维五糖进行了结构分析,通过分别计算低聚糖1H NMR谱中αH-1和βH-1的谱峰积分面积之比确定了纤维低聚糖还原末端构型。结果表明,在水溶液中α-构型与β-构型比值(α/β)随聚合度增大而减小,高聚合度低聚糖还原末端构型更难发生改变。XPS分析表明纤维低聚糖的C ls主要有两种电子结合能,分别为284.8eV(C ls1,C-O)和286.1eV(C ls2,O-C-O),C ls1与C ls2峰面积之比(C ls1/C ls2)随聚合度增大而增大。XRD分析表明,冷冻干燥后的纤维三糖、四糖和五糖呈典型的无定形态结构,有一定量的多晶存在。纤维低聚糖的FTIR谱与棉花纤维的FTIR谱相似。DSC-TG分析发现,低温区域质量损失主要是物理吸附水和结晶水的脱除造成的；在快速失重温度区域内,低聚糖发生不可逆炭化分解；在高于350℃时碳质残渣缓慢分解；低聚糖在熔点温度以下已经开始分解,高于熔点温度时快速分解,不能确定熔点。MS分析表明,在负离子模式下,纤维三糖形成加合离子[M+3H2O+Cl]-(m/z 593.5),纤维四糖形成准分子离子[M-H]-(m/z 665)和加合离子[M+Cl]-(m/z 701.5)。纤维素酶(Aspergillus niger)和杏仁β-葡萄糖苷酶水解纤维低聚糖时,随聚合度增大水解率降低；中间产物低聚糖和底物低聚糖竞争性与酶作用,产物低聚合度低聚糖优先被酶催化水解；过大的纤维素酶用量并不能显著增大水解率,β-葡萄糖苷酶催化水解时低聚糖水解率随酶用量增大而增大；两种酶催化水解时相对水解率均随初始低聚糖浓度增大而减小；pH5.0时,纤维素酶最适温度是55℃,β-葡萄糖苷酶最适温度是50℃。 利用HPLC、FTIR、GC-MS、1H NMR和13C NMR对纤维三糖、四糖和五糖的H2O2氧化降解产物进行了分析,讨论了主要产物的形成机理。结果表明,H2O2是随机地降解纤维低聚糖；主要降解产物有低聚合度的低聚糖、葡萄糖、2,3-二羟基丁二酸、葡萄糖酸、2-酮-葡萄糖酸和阿拉伯糖；降解速率随聚合度增大而减小；在60℃温度下,三糖和四糖的降解遵循准一级反应规律,降解速率常数分别为k3=0.25h-1、k4=0.15h-1;升高反应温度和延长反应时间都能使纤维低聚糖完全降解；降解产物也会在高温和较长时间条件下继续被降解；随初始底物浓度增大,降解产物浓度和底物降解率均增大。 利用HPLC、FTIR、GC-MS、1H NMR和13C NMR对4.8mmol/ml的NaOH在60℃下降解纤维三糖、四糖和五糖6h后的产物进行了分析,并探讨了主要产物的形成机理。结果表明,主要降解产物有3-脱氧-异己糖酸-1,4-内酯和3-脱氧-己糖酸-1,4-内酯；三糖的降解产物中还有阿拉伯糖；纤维低聚糖通过1,2-烯二醇阴离子反应机理进行碱降解。