三元低共熔溶剂预处理对龙竹酶解糖化和乙醇发酵的影响

曹静; 刘昭明; 杨海艳; 史正军; 王大伟; 石纯; 杨静

doi:10.13360/j.issn.2096-1359.202403017

林业工程学报 ›› 2025, Vol. 10 ›› Issue (01) : 86 -96. DOI: 10.13360/j.issn.2096-1359.202403017

三元低共熔溶剂预处理对龙竹酶解糖化和乙醇发酵的影响

曹静, 刘昭明, 杨海艳, 史正军, 王大伟, 石纯, 杨静

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摘要

笔者以滇产龙竹为原料，通过对其进行三乙基苄基氯化铵/草酸（TEBAC/OA）二元低共熔溶剂（DES）和TEBAC/OA/H₂O三元DES预处理，以预处理底物的酶解糖化效率和乙醇发酵浓度作为预处理性能的评价指标，并对比分析预处理前后龙竹和再生木质素的结构特征，探索TEBAC/OA/H₂O三元DES预处理的机制。试验结果表明：在TEBAC/OA和H₂O物质的量比为1∶5,反应温度为140℃,反应时间为6 h时，三元TEBAC/OA/H₂O预处理对龙竹的木质素脱除率为90.53%;底物预处理在酶用量为13 FPU/g底物的情况下，酶解得率由二元DES的54.70%增加至70.77%,相应地，发酵乙醇含量由13.25 g/L提高至18.33 g/L。X射线光电子能谱、X射线衍射和比表面积与孔径分析结果显示，三元DES与二元DES预处理相比，底物的表面木质素覆盖率和结晶度/纤维素含量比值分别降低了16.62%和28.57%,比表面积增加了16.23%;同时，底物的疏水度、聚合度分别降低了47.93%和6.72%,纤维素酶可及度增加了28.80%,表明三元DES预处理可使纤维素发生一定程度的润胀，无定型区域的部分木质素和半纤维素被去除，这能够为纤维素酶提供更多的活性位点。此外，木质素的核磁共振结果表明，与二元DES预处理相比，三元DES预处理可更好地保留再生木质素的完整性，且对木质素的缩合反应有一定的抑制作用。本研究结果为开发生物质能源、材料和化学品等提供了一定的参考价值。