腐殖酸辅助麦糠自水解对纤维素酶水解的影响研究文献综述

 2022-05-01 21:49:50

1前言

麦糠是来自造纸厂的废弃物，每年的产量约为8千吨左右。但因其灰分含量较高而难以用于造纸工艺，所以被当作垃圾丢弃或焚烧而造成环境污染和资源浪费。但麦糠中含有丰富的木质纤维组分，是一种可以利用的生物精制原料。因此具有零成本、环境不友好、持久生长性的麦糠值得在生物精炼厂中得到利用。麦糠的化学成分复杂，包括纤维素、半纤维素、可溶性底物和灰分。且其纤维素、半纤维素和木质素的含量可达到为33%~40%、20%~25%和15%~20%的范围[1]。麦糠作为生物质能源，由于其复杂的结构，在生物炼制的过程中，其预处理技术一直是关键的一步[2]。

目前，麦糠预处理的方法主要有物理法、物理化学法、化学法、生物法以及水热预处理法。与化学、物理和生物预处理等方法相比，水热预处理因其工艺流程简单、反应要求低以及溶剂只有水的优点被广泛应用。在水热预处理的过程中，可以解聚半纤维素并使其转化为可溶性糖，从而切断木质纤维素的氢键，破坏其晶体结构，降低聚合度[2]。

本课题组前期研究发现麦糠灰分对于水热预处理具有一定的副作用，即对预处理中弱酸性环境具有缓冲作用。然而，经过分析灰分的化学组成，发现灰分中的有机组成虽然和其他成分一样具有酸缓冲性能，但是又具有一定的积极作用，即增强麦糠中木质素在水热预处理中的脱除。根据土壤学，这个有机组成主要为腐殖酸。因此，本课题探究单独利用HA辅助麦糠的自水解来提高酶水解效果，并进行一系列的表征。

2.预处理的研究进展

预处理的过程主要是为了破坏木质纤维原料各组分之间的连接，将相关的碳水化合物最大程度的暴露出来，使得后续的水解和发酵产率得到大幅度的提高。目前先进的预处理技术主要是热化学的方法[3]，包括水热预处理、碱性处理、稀酸处理、有机溶剂处理、等离子液体处理和氧化预处理等。其中有些预处理技术同时引入了机械破坏技术。可以发现的是这些预处理过程主要是通过化学和热的双重技术将木质素或半纤维素从木质纤维固体基质中去除，或是通过改变细胞壁组分的化学性质和超微结构。比如，对于低pH的稀酸处理主要是从木质纤维原料中移除半纤维素，得到富含半纤维素糖类的液体部分[4]；对于较高pH的碱处理则主要是从固体基质中将木质素移除，得到富含半纤维素和纤维素的固体部分[5]。

一个良好的预处理过程应该具备以下特点[6]：可产生极易被利用与降解的预处理固体；不会降低木糖得率；不会抑制后续的步骤；可以在适宜规格和适宜价位的反应器中反应；环境友好；步骤简单等。水热预处理技术作为能够有效破坏木质纤维素结构的方法之一备受青睐。水热预处理过程仅仅使用水来作为反应介质，同酸碱的预处理技术相比，水本身是非腐蚀、非毒的安全溶剂，符合绿色化学的特性，另外，水热预处理无需化学物质的回收或是中和步骤，可在较高的固液比下操作。因此，成本效益高、过程简单、环境友好的水热预处理技术有望成为最有前景的一项预处理技术[7]。

3.表面活性剂在预处理中的研究

3.1表面活性剂概述

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