木质素含量对乙酸预处理杨木酶水解特性的影响文献综述

 2022-07-11 15:10:41

题 目:木质素含量对乙酸预处理杨木酶水解特性的影响


1 文献综述

1.1 研究背景

目前，利用木质纤维素生物质生产生物燃料是最受欢迎的可再生能源生产方式。以生物质为原料生产的第二代生物乙醇由于不会与粮食作物产生竞争而受到广泛关注。杨木渣是一种富含纤维素的物质，可以通过化学方法转化为葡萄糖。然而纤维素与木质素和半纤维素的结合限制了纤维素水解酶的活性。众所周知，植物细胞壁中木质素的存在会阻碍纤维素酶接近底物[1]。 因此，预处理必须去除木质素，从而减少木质素对酶解的影响，提高木质纤维素材料的酶解效率。已有研究表明，木质素含量在一定范围内，木质素的去除与纤维素的转化呈线性相关。木质素含量较低的材料可以通过选育、某些预处理方法或者两者同时使用来得到。一些预处理可以较为高效的的去除木质素成分，同时保持纤维素、半纤维素的比例几乎不变。离子液体也可用于溶解木质素[2]。

木质素也可以通过氧化方法去除，如亚氯酸钠/醋酸处理。这种方法用于生产全新纤维素，当60%的木质素成分被去除时，木质素的去除是具有选择性的。因此，为了研究纤维素水解受木质素含量的影响规律，该方法在生成木质素含量较低的模型时就适用了。当更多的木质素被去除，多糖部分降解，可能是由于去除了木质素碳水化合物复合物[3]。纤维素的聚合度在处理后会降低，这很可能是由于纤维素链的酸水解或氧化裂解[4]。亚氯酸盐处理可以去除阿拉伯糖，降解对香豆酸单位[5]。这个反应涉及到氯酸的生成，然后转化成二氧化氯，作为主要产物，氯化物和氯酸盐作为次要产物。这些反应没有明确的定义，产物的形成取决于温度、pH等因素[6]。使用乙酸和亚氯酸钠混合溶液进行酸亚氯酸盐预处理，在较温和的条件下进行，被认为是木质素去除中最成熟的方法之一[7]。

多项研究表明，去除木质素可以提高木质纤维素材料的水解性，但完全去除木质素并不需要水解80%以上的纤维素。

1.2 全球能源现状

目前随着人口的不断增长和科技的发展，人们对能源的需求越来越大，而目前化石能源却被证实正在不可逆的减少,因此，开发可持续利用的高效清洁能源成为科学家们的首要研究目标。木质纤维素是近些年来科学家研究发现的储量巨大的可再生能源之一, 因此木质纤维素资源逐渐进入了人们的视野。生物质燃料是目前发现的一种较好的可再生能源，将生物质燃料和化石燃料混合利用不仅能够有效缓解因人们的发展导致的能源短缺问题，还能在极大的程度上缓解环境污染问题[8]。而生物质能源由于它具有可持续性并且清洁环保，所以被誉为第四大能源，与石油、煤炭、天然气齐名[9]。在我们的生活中，木质纤维素资源几乎随处可见，储量巨大，想要缓解能源危机，开发利用好木质纤维素资源是首要途径。因此，越来越多的人开始研究生物质资源的高效开发利用，新的处理技术成为热点研究方向。

在世界范围内，我国是公认的农业大国，丰富的小麦、水稻种植量使我国的生物质资源储量丰富，拥有巨大的开发潜力。每年产生的废弃生物质约有50亿吨，产生的废弃物是我国每年消耗的石化能源的4倍左右但是其利用率仅占其总量的0.76% [10]。许多农业废弃物被直接焚烧或掩埋丢弃，这样不仅会造成环境污染还会造成资源的浪费。近些年来，我国的能源消耗量在持续增长，这也导致了我国在不断提升化石燃料的进口量，研究表明，我国的化石燃料进口量在2020年可能会超过60%，到2030年之后更可能会超过65%[11]。据统计,我国每年大约可以收集4.5亿吨农作物秸秆,可以换算成1.8亿吨的标准煤。到2020年，每年的废弃物大约可以折合11.65亿吨标准煤，可以开发利用的约达到8.3亿吨标准煤[12]。尽量使用生物质能源来逐渐减少化石能源的利用， 是我国为生物质能产业定下的长期目标[13]。

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