水热和碱醇联合预处理麦草结构解析及酶解性能研究

发布时间：2021-11-12 15:53

　　采用水热（高温液态水）和碱醇联合预处理麦草秸秆,对处理后的物料进行组成分析和酶解研究,并对碱醇预处理液中的木质素进行回收提纯及结构表征。结果表明:水热预处理对半纤维素和酸溶木质素有较好的溶出作用,溶出率随水热温度的升高而增加。190℃为较优的水热处理温度,此温度下半纤维素和酸溶木质素的溶出率分别为76.56%和83.52%。碱醇预处理可将酸不溶的木质素从物料中有效分离,最终得到富含纤维素的物料（纤维素含量为89.71%）。X射线衍射（XRD）检测结果表明,由于半纤维素和木质素的溶出,物料的结晶度指数有所增大,从原料的28.80%增至预处理后的32.29%～33.59%。水热和碱醇联合预处理物料经30 FPU/g（以纤维素质量计）纤维素酶和30 IU/g的β-葡萄糖苷酶酶解72 h,物料的纤维素酶解率明显提高,达到94.97%,是麦草原料直接酶解的6.1倍。采用傅里叶红外光谱（FT-IR）对回收木素进行结构表征,结果表明与原料磨木木素相比,回收木质素中除部分C■O和C—O—C发生断裂外,其他基团得到较好的保留,回收木质素作为预处理副产物具有较大的应用价值。 

【文章来源】：太阳能学报. 2020,41(01)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【图文】：

实验流程图

麦草经水热处理后，由于大量半纤维素和部分木质素的溶出，物料中的纤维素比例增加。不同物料的化学组分含量分析如图3所示。与原料中纤维素含量36.16%相比，水热处理后物料中纤维素比例增至39.96%(160℃）和52.38%(205℃）。随着原料中半纤维素和木质素的溶出，更多的纤维素暴露出来，纤维素的比表面积大幅增加，酶对纤维素的可及性增强，从而使酶水解效率提高。当温度升至205℃时，虽然半纤维素和木质素的溶出率进一步增大，但在剧烈反应条件下部分纤维素开始发生降解。预处理的目标是在对纤维素含量影响较小的前提下尽可能多地溶出半纤维素和木质素。由以上分析可看出，在190℃时半纤维素的溶出率较高，达到76.56%，同时此时纤维素的溶出率较小，为8.67%。而当温度升至205℃时，虽然半纤维素基本全部溶出，但由于纤维素的降解，纤维素损失较多。故选择190℃为合适的水热反应温度。图3 不同水热温度处理后物料的化学组分分析

图2 各化学组分在不同水热温度下的溶出率为进一步分离木质素，对物料HP3进行碱醇处理，得物料HA。处理中木质素和残余半纤维素的溶出使质量减小，固体得率为61.92%。化学组分分析表明，HA中总木质素和半纤维素含量分别由HP3中的22.39%和8.39%降至4.91%和5.04%，纤维素含量由50.80%提高至89.71%。可知，碱醇处理可有效地将木质素从物料分离，文献[13]研究表明，碱醇溶液高效的去木质素效果有两方面原因：一方面溶剂中OH-可有效断裂物料中酯键、醚键等化学键，破坏木质素大分子结构使木质素降解；另一方面，乙醇对木质素有较好的溶解能力。故采用碱性乙醇溶剂处理物料可使用较温和处理条件，在较小破坏木质素结构的条件下实现木质素的有效分离。以上结果表明，经过水热-碱醇联合预处理可依次使半纤维素和木质素降解溶出，得到富含纤维素的固体物料，有利于后续的纤维素酶水解。

【参考文献】：
期刊论文
[1]木质素原料制备烃类化合物的研究进展[J]. 王飞,吴真,张军,潘青青,张瑜,李迅.  林业工程学报. 2017(03)
[2]农林生物质预处理过程中细胞壁主要组分溶解机理研究进展[J]. 许凤,张逊,周霞,吉喆,马建锋,马静.  林业工程学报. 2016(04)



本文编号：3491232