基于乳酸的深度共熔溶剂提取秸秆木质素对纤维素酶水解效率的影响

基于乳酸的深度共熔溶剂(DES)在脱木素和木质纤维素转化方面显示出巨大潜力。本文以乳酸为氢键供体(HBD),氯化胆碱、盐酸胍、精氨酸、甜菜碱盐酸盐为氢键受体(HBA)合成了4种DES,并分别提取了木质素,对比研究了4种木质素对微晶纤维素酶水解效率的影响。结果表明,4种DES提取木质素的疏水性与其对酶蛋白吸附能力线性正相关,而两者与木质素与酶水解效率呈线性负相关性。非特异性吸附是该类木质素抑制纤维素酶水解效率最重要的因素,而疏水性作用则是引起酶蛋白吸附的主要原因。结构分析表明木质素的脂肪族羟基和酚羟基主导的氢键相互作用是促进酶蛋白吸附、降低酶水解效率的原因之一。此外,由羧基产生的静电斥力对纤维素酶水解效率的影响较弱。随着DES提取木质素能力的增强,木质素的羟基和羧基含量逐渐增高,其对纤维素酶的抑制作用增大。氯化胆碱-乳酸因其优良的木质素提取和生物质解构能力,提取的木质素对酶的抑制作用最强,其次是乳酸-盐酸胍和乳酸-甜菜碱盐酸盐,最后是乳酸-精氨酸。

不同类型深度共熔溶剂预处理的甘蔗渣酶解效率差异

为了探索深度共熔溶剂(DES)预处理生物质的机制,本文分别设计了五种以氯化胆碱为氢键受体(HBA)和以苹果酸为氢键供体(HBD)的DESs来预处理甘蔗渣,分析HBD和HBA对甘蔗渣组分和酶解效率的影响。在氯化胆碱为HBA的DESs中,乳酸-氯化胆碱(LC)的预处理效果和酶解效率最好,所得甘蔗渣残渣的纤维素含量为72.92%,纤维素降解度为60.43%,葡萄糖收率为56.90%;而在苹果酸为HBD的DESs中,苹果酸-氯化胆碱的预处理效果最佳,木聚糖和木质素去除率均为最高,纤维素降解度为43.35%,葡萄糖收率为38.00%。研究结果证明DES的HBA和HBD的作用皆不可忽略,其分子间氢键作用强度与其对生物质的解构能力负相关。并发现甘蔗渣的木聚糖去除率与氢键受供体的p Ka值具有一定的相关性;纤维素降解度与木聚糖去除率正相关,而与木质素去除率无关。此外,在一定范围内,DES分子间的氢键作用强度、DES与甘蔗渣的氢键缔合作用与预处理温度和时间有相关性。本研究为用于生物质预处理的新型DES的设计提供了一定的理论参考。