摘 要

芒草是一种潜力十足的纤维类能源植物，由于其优秀的性能，正受到广泛的研究和应用。研究者的目光主要集中在芒草的培育和木质纤维素的测定上，目前被发现的芒草化学成分包括木质纤维素、黄酮、生物碱、挥发油、多酚等。本文将全面系统地整理芒属植物的化学成分与其分离和分析的技术研究现状，为芒草今后的开发使用提供可靠的参考意见。

关键词：芒草；化学成分；分离分析技术

Abstract

Miscanthus is a fibrous energy plant with great potential. Due to its excellent performance, it is being widely researched and applied. The researchers' focus is mainly on the cultivation of Miscanthus and the determination of lignocellulose. The chemical components of Miscanthus that have been found include lignocellulose, flavonoids, alkaloids, volatile oil, polyphenols and so on. This article will comprehensively and systematically sort out the chemical research status of Miscanthus plants and the technical status of their separation and analysis to provide a reliable reference for the future development and use of Miscanthus.

Keywords: Miscanthus; chemical composition; separation analysis technology

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 芒草简介 1

1.2.1 芒草种类及分布 1

1.2.2 芒草作为能源植物的优势 1

1.3 芒草的综合利用 2

1.3.1 芒草的能源化利用途径 2

1.3.2 芒草的其它利用价值 3

第2章 芒草化学成分分离与分析研究现状 4

2.1 芒草的化学成分简介 4

2.1.1 木质纤维素 4

2.1.2 黄酮类化合物 6

2.1.3 生物碱类化合物 7

2.1.4 挥发油类化合物 7

2.2 芒草化学成分的分离分析研究现状 7

2.2.1 木质纤维素 7

2.2.2 黄酮类化合物 14

2.2.3 生物碱类化合物 17

2.2.4 挥发油 18

2.2.5 其它成分 22

第3章 总结与展望 27

参考文献 28

致 谢 32

第1章 绪论

1.1 研究背景

众所周知，由于现代工业的蓬勃发展，其所使用的传统化石能源（煤，石油，天然气）日益减少，而且化石燃料的大量开采和燃烧造成了各种严重的问题，生态环境的急速恶化。因此寻找环境安全、经济上负担得起的替代能源的任务十分紧迫。

就目前来说，生物质可再生能源是这个问题的一个解决方法。发展生物质可再生能源的基本前提是开发理想的能源植物，在这一过程中，已取得可喜的进展，生长速度快的草本植物是目前最好的选择，其特点是地上营养物质产量高，并有实际的能源应用价值^[1]。而在这中间，芒属能源植物脱颖而出。因为，与其它能源作物相比，芒草具备产量高、能够适应各种环境等优点。最近几年，许多国家尤其是欧美发达国家，对芒属能源植物的研究与开发十分关注^[2,3]，这些无不证明着芒属能源植物的开发与高价值化利用有着远大的前景。

1.2 芒草简介

1.2.1 芒草种类及分布

芒草是各种芒属植物的统称，据统计，全世界芒草的种类是17种。芒草原产于亚洲亚热带和热带地区，现在由于西方世界对芒草的特别关注，使得芒草在欧洲和北美地区扎下了根^[4]。作为芒草资源最丰富的国家之一，我国主要有荻、南荻、中国芒、五节芒和双药芒等，其中南荻为我国特有^[5]。

1.2.2 芒草作为能源植物的优势

芒草之所以能在各类能源植物中脱颖而出，备受关注，究其原因是芒草自身拥有能成为理想能源植物的许多优秀特质^[6]。芒草与其它能源植物的特征比较如表1.1。

芒草的产量高：芒草具有较高的二氧化碳吸收效率，光合作用速率高，因此芒草的产量是所有能源植物中最高的^[7]。

芒草的品质优良：对于能源植物而言，木质素含量越低就代表其越容易被降解，而一些芒草的木质素含量可低于10%，远低于其它能源植物,这表明在对芒草进行加工与处理时，遇到的阻力就会小很多^[8]。

芒草的灰分低：芒草的灰分含量极低，一些芒草仅为2.2%，低灰分使得芒草可以拥有更高的燃烧温度，这增加了产热值。灰分在高温状态下，会变成熔融状态，在遇到任意冷的表面或炉壁时，易形成结渣，因此灰分含量越低就越不易产生污垢而堵塞燃炉^[9,10]。

芒草的环境适应能力强且种植管理成本低：芒草的分布范围十分广泛，在世界各地均有分布。芒草生命力十分顽强，无论土地是否贫瘠都能够茁壮生长，还不与粮争地^[11]，因此与其它能源植物相比，芒草的种植管理成本很低。

表1.1 芒草与其它能源植物的特征比较^[6]

注：■表示该能源植物具有该优势。

1.3 芒草的综合利用

自20世纪80年代中期以来，美国和欧洲对芒草作为能源作物的开发利用越来越感兴趣。芒草可通过燃烧发电、制备固体燃料、生产生物乙醇等多种途径加以利用,还能选择性制备高收益的高价值化学品。除此之外，芒草在其它方面也拥有一定的利用价值。

1.3.1 芒草的能源化利用途径

能源植物想要完全替代化石燃料，还需要进行一系列的预处理和加工。目前，芒草的能源化利用途径主要有燃烧发电、制备固体燃料、生产乙醇、生产沼气、生产高价值化学品等。

燃烧发电：一般是将芒草干燥后直接燃烧，凭借燃烧产生的热量将水煮沸，产生大量的水蒸气，然后通过水蒸气来产生动能，最后将动能转化为电力，以此实现火力发电。前文已明确说明，芒草的灰分极低,热值很高，因此燃烧发电是芒草最简单的利用途径。

制备固体燃料：对原材料进行高温压缩，将其制备成高密度的固体燃料，这样不仅便于摆放，而且因为水分降低和密度增加使得燃烧性能和利用效率大大提升，可替代燃煤使用。目前，国内外这种技术已经比较成熟，具备比较完善的技术标准，发达国家已经建立了一套完整的产业体系，我国完善的工业体系正在对这项应用进行赋能^[12]。

生产乙醇：芒草能够经过预处理和进一步的加工处理生成乙醇。目前，传统的酸解技术体系越来越成熟，但有着成本高，有污染等缺点。随着汽爆预处理技术的建立，通过微生物发酵的优势愈发明显，使得乙醇的生产成本越来越低，将有望进行工业化生产。