低共熔溶剂（DES）预处理对木质纤维原料酶水解影响文献综述

 2022-01-26 20:45:16

全文总字数：9701字

低共熔溶剂（DES）预处理对木质纤维原料酶水解影响

摘要：木质纤维素具有巨大的生产生物产品的应用潜能，可以被转化成一系列产品，如木质素基材料、化学品和燃料等。作为林业废弃物的杨木屑和农业废弃物的玉米芯是具有广泛利用前景、成本低廉、生物可再生性的资源。但其复杂致密的结构特征构成了天然的抗生物降解屏障，限制了木质纤维素的酶解转化效率。预处理是木质纤维素酶解前的必要步骤，通过预处理可以增大纤维素的可及性，减少纤维素结晶度等方式，使得木质纤维素底物更容易被纤维素酶降解。低共熔溶剂-氯化胆碱/乳酸预处理具有易于从高纯度，低成本，不易燃，无毒，生物相容性和生物降解性的现成材料制备。本文主要是在不同温度下采用不同摩尔比的氯化胆碱/乳酸（ChCl/Latic acid）对杨木屑、玉米芯进行预处理，探究不同条件下预处理物料酶水解性能的变化。

关键词：玉米芯；杨木屑；纤维素；DES预处理；酶解；

  1. 前言

环境污染和资源枯竭是当今世界面临的两大严重问题，而利用好木质纤维素材料是解决资源与环境问题的有效方法，木质纤维素作为可再生和含量最丰富的生物资源，可以被转化成一系列产品，如木质素基材料、化学品和燃料等。但是，目前只有3％的木质纤维素原料得以利用，主要是因为其紧密的结构、复杂的组成成为最大的阻碍，进而酶的高效糖化和组分的分离变得困难。非常典型的农业废弃物玉米芯，不仅储量丰富、天然可再生而且价格低廉，是代替化石燃料资源生产高附加值化学品及生物燃料的优良选择。玉米芯主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，其中的半纤维素含量比其他秸秆高，同时也是制备半纤维素的衍生产品最佳原料。但是由于纤维素间的高聚合度、高结晶度及强氢键作用造成玉米芯的难以水解。因此需要利用预处理来突破其天然的屏障，以实现玉米芯的全组分的高效的利用。而杨木屑是杨木生产加工过程中的剩余物，其中所含的聚糖类成分是优质的生物炼制原料，而对杨木屑进行生物炼制的首先步骤是对原料进行预处理。目前，具有溶解木质素能力强、无污染等优点的低共熔溶剂(deep eutectic solvents，DES)逐渐成为一种良好的生物质预处理溶剂[1]。本文为了分析低共熔溶剂（DES）预处理对木质纤维原料酶水解影响，在不同温度下采用不同摩尔比的氯化胆碱/乳酸（ChCl/Latic acid）对杨木屑、玉米芯进行预处理，探究不同条件下预处理物料酶水解性能的变化。所得结果可以为氯化胆碱/乳酸（ChCl/Latic acid）预处理杨木剩余物、玉米芯的酶水解效果提供理论参考。

2.国内外研究概况

2.1 预处理

纤维素是由纤维二糖作为基本单位，以葡萄糖残基组成的天然高分子类化合物，是地球上最丰富的有机可再生资源。木质纤维素主要是由半纤维素、纤维素、木质素组成，一般纤维素的含量30％-50％，半纤维素的含量为20％-25％，木质素的含量为15％-30％[2]。木质素、半纤维素和纤维素排列在细胞壁中，纤维素的外面包裹着木质素，并且半纤维素与纤维素二者以化学键和木质素紧密地结合。纤维素的无定形区主要由半纤维素包围着，纤维素的结晶区主要由木质素包围着，所以半纤维素比木质素容易去除，因此，木质素的存在大大影响到了纤维素的降解率，所以必须对纤维材料进行预处理去除木质素[3]。由于纤维素结构复杂，成功转化纤维素成为生物燃料并不容易，所以预处理成为了至关重要的一个步骤，并且大大影响着后续的工艺。预处理方法主要包括物理法、化学法、生物法和复合预处理技术。

2.1.1物理预处理技术 ：

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