酸性预处理杨木醇溶木质素对纤维素酶水解的影响研究文献综述

 2022-02-22 20:28:53

文献综述

1 木质纤维原料的化学组成

在木质纤维素原料中,特别是秸秆类纤维素原料,主要由植物细胞壁组成,细胞壁由三大组分纤维素、半纤维素、木质素组成,它们紧密的交织连接在一起,由于化学结构与性质完全不同,目前各组分利用率均很低[[1]]。其三种成分的含量随着原料的生长年龄、种类的不同而有相应的区别。通常在木材中，纤维素的含量为 40～50%，半纤维素的含量为25～40%，木质素的含量为 20～30%[[2]]。

1.1纤维素

纤维素是生物圈里最丰富的有机物质，占植物界碳素的一半以上，因为纤维素是植物的结构多糖，是细胞壁的主要成分。纤维素是由吡喃型D-葡萄糖通过beta;-1，4糖苷键连接而成的线性分子,重复的分子单元为纤维二糖。纤维素的聚合度很高，高达几万到几十万不等，包括结晶区和无定形区。纤维素中，线型分子间与线型分子内部都存在大量氢键，氢键产生的力以及堆积力以此紧致纤维素分子的结构[[3]]。天然的纤维素只存在一种纤维素晶型结构，为纤维素Ⅰ[[4]]，而纤维素Ⅱ是最稳定的结构。

1.2半纤维素

半纤维素是由几种不同类型的单糖构成、具有多种官能团的非均一多糖，这些糖有五碳糖和六碳糖，包括木糖、阿伯糖、甘露糖和半乳糖等单糖。构成半纤维素的糖基主要有D-木糖基、D-甘露糖基、D－葡萄糖基、D-半乳糖基、L-阿拉伯糖基、4-O-甲基-D-葡萄糖醛酸基，D-半乳糖醛酸基和D-葡萄糖醛酸基等，还有少量的L-鼠李糖、L-岩藻糖等。半纤维素的聚合度比较低，分子链较短，且有支链。不同植物原料中的半纤维素，其构成和含量之间也有差异，在半纤维素中木聚糖的含量高达80%。半纤维素多支链、具有无定形结构，其本身具有亲水性能，能使细胞壁润胀[[5]]。半纤维素比纤维素和木质素更容易降解，是一种可生物降解的环境友好型生物质资源，具有良好的生物活性和生物兼容性。半纤维素的高值分离和转化对半纤维素的后续利用起到极为重要的作用，由于半纤维素改性技术的发展，半纤维素在生物功能材料领域发展迅速，可制成半纤维素水凝胶或其他复合材料[[6]]应用于医药、食品等行业中；而进一步对半纤维素处理，则可以得到小分子化合物如低聚糖和糠醛，再将其转化为乙醇、木糖醇等产物[[7]]。

1.3木质素

木质素是苯丙烷结构单元通过醚键、碳碳键连接而成的芳香族高分子化合物，结构复杂多样，并具有三维空间结构[[8]]。目前认为，木质素结构单元主要包括：对羟苯基丙烷(p-Hydroxyphenyl propane，H)、愈创木基丙烷(Guaiacyl，G) 和紫丁香基丙烷(Syringyl，S)；以上单体主要通过beta;-O-4、beta;-5、beta;-beta;rsquo;、5-5rsquo;及4-O-5rsquo;等化学键连接[[9]]。不同原料中木质素的含量不同，基本单元的含量也是不同的，针叶材的G含量多，S含量很少，H含量只有少量；阔叶材的G和S含量多，H含量很少；禾本科G、S和H含量都多。木质素-碳水化合物复合物（lignin-carbohydrate complex，LCC）是木质素与碳水化合物通过共价键连接形成的一种化合物[[10]]木质素中有着丰富的官能团，包含苯环上的官能团（甲氧基和酚羟基）和侧链结构上的官能团（醇羟基、羰基、羧基和双键结构）[[11]]。这些官能团会显著影响木质素的反应特性，木质素相关的研究都涉及官能团的各种反应[[12]]。

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