关键词：酶水解 、木质素表征、木质素结构、预处理、假木质素
摘要：
能源可持续性的需求推动了生物质通过预处理、酶水解和微生物发酵将生物化学转化为生物燃料。预处理将复杂木质素聚合物发生的显著结构变化，影响木质纤维素生物量酶转化的产量和生产率。预处理后木质素的结构变化包括功能组、单元间连接和成分。这些变化通过疏水相互作用、静电相互作用以及氢键，影响了酶对木质素的非生产性吸附。本文综述了木质素结构变化与预处理木质纤维素生物量酶水解之间的关系。揭示了稀酸预处理过程中伪木质素的形成，并讨论了它们对酶水解的负面影响。
- 简介
可再生的非石油资源被认为是很有前途的可持续生物燃料和生物化能源来取代传统的化石能源（Solarte-Toro等人，2019）。事实上，全球能源供应的14%由可再生能源提供，其中生物质能占70%以上（Popp等人，2021）。生物质的主要成分包括纤维素、半纤维素、木质素、提取物、蛋白质、果胶和灰（Bajpai，2020）。这些成分相互卷积和附着，赋予细胞壁顽固和刚性的良好性能（McCannamp;Carpita，2015）。生物质的利用依赖于预处理、酶水解和微生物发酵等三个主要步骤。酶水解是后续发酵过程中将生物质多糖转化为发酵为生物燃料的关键步骤。尽管研究人员数十年努力提高酶的效率以降低负荷剂量，酶仍然是酶水解的主要成本（Rebello等人，2020）。克莱因-马库尚尔等人。（2012）对木质纤维素的生物乙醇生产进行了技术经济分析，表明酶的平均成本为每加仑乙醇1.05美元。然而，过去5年美国平均乙醇价格为每加仑1.21美元，这种仅0.16美元/加仑的燃料收入很少（Mizik等人，2020）。这显然阻碍了木质纤维素生物质生产生物燃料，这需要预处理技术来克服生物量的抵抗，从而减少水解预处理中的酶剂量（Abraham等人，2020）。
木质素是增加酶水解成本的重要因素，因为它限制酶进入纤维素，导致非生产性结合（Wu等人，2021）。各种预处理技术已经被开发出来，以克服生物质的顽固性，释放糖，降解和溶解木质素。各种预处理方法，如酸、碱和有机溶剂，通过化学反应改变木质素结构（Yan等人，2020）。这些结构变化通过木质素在其官能团、分子木质素、组成和单位间连接中的结构变化来影响酶的水解（Wu等人，2020）。此外，木质素的原位修饰可改善预处理生物质的酶糖化，如使用2-萘酚等碳离子食腐剂进行酸预处理（Hazeene等人，2019；Lai等人，2018）。假霉素，在稀酸预处理中形成，源自碳水化合物，最近有报道可以抑制预处理基质的酶水解（Hu等人，2012）。本文全面综述了木质素在预处理中的结构变化，它影响了预处理生物量的酶转化。
- 木质纤维素生物质中的结构
木质素由三种主要的羟桂醇组成，即对香氨酰、针叶蕨基和鼻氨基醇（DosSantos等人，2019）。这些单烯醇可产生木质素的三个亚基，即植物羟基苯基(H)、桂酰基(G)和注射器(S)（Ralph等人，2004）。木质素聚合物由具有不同醚和碳键的三个亚基组成（韦斯等，2020），如“beta;-O-4”、“beta;-beta;”、“4-O-5”、“5-5”、“beta;-5”和“alpha;-beta;-O-4-4”。
植物木质素连接到细胞壁通过共价键形成的多糖，构建木质素碳水化合物复合物(LCC)（黄等，2015年）。由于LCCs的结构复杂，没有任何化学切割的纯木质素很难从细胞壁中分离出来，这意味着分离的木质素的结构不同于天然木质素（Wang等人，2019）。利用二氧烷水从球磨木材中提取结构变化最低的天然木质素（Bjuml;orkman，1954）。目前，从LCC或生物质中提取木质素有各种有效方法，如酸解、酶水解和碱预提取（Sipponen等，2013；You等，2019；Zeng等，2014；Zhang等，2020）。
在三种最广泛的生物资源中，木质素基本结构单元的比例不同，例如，来自软木的木质素，从包含S和G单元的硬木中提取的木质素，以及草和草本植物的木质素（图1）。（曼斯菲尔德等人，2012年）。成熟松是一种典型的软木，G单位含量高达98.3%，在酸性预处理中更容易发生冷凝反应（Pielhop等人，2015）。这种浓缩的木质素结构限制了软木的酶促水解。2年的硬木杨树的木质素只有0.3%的H单位，明显低于其他种类的生物物质。对羟苯甲酸酯是硬木的独特单位，同时是典型的农业残留物，玉米秸秆具有独特的对香豆酸酯和发酵单位。
虽然侧链结构中的beta;-O-4单元数量为45-50%，硬木数量高达65%，但木质素的结构类型具有很大的多样性。多样化连接结合了硬木木质素结构中的G和S单元（Weiss等人，2020）。木质素在不同预处理策略中的物理化学性质发生了变化，这影响了生物转化过程的效率，包括酶的水解。
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
