仿生酶菌协同体系预处理木质素机理及特性
2021-11-03唐亮廖强夏奡黄云朱贤青朱恂
唐亮,廖强,夏奡,黄云,朱贤青,朱恂
(1 重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室,重庆 400044;2 重庆大学工程热物理研究所,重庆 400044)
化石能源的过量使用导致日趋过量的温室气体排放,严重影响全球气候。为此,我国已宣布将于2030 年前实现“碳达峰”,2060 年前实现“碳中和”[1]。我国是农业大国,生物质储量大,生物质可通过酶解糖化及发酵制备生物燃料,对实现“碳中和”目标具有重要意义。生物质中木质纤维素类废弃物年产量达9.8 亿吨[2],折合标准煤约为4.9 亿吨,相当于2020年我国能源消费总量的9.8%[3],因此,开发和利用木质纤维素类生物质资源尤为重要[4]。木质纤维素中纤维素含量为35%~50%(质量分数)[5-6],纤维素是由β-D-葡萄糖连接的高分子化合物[7],纤维素经过酶解糖化及发酵可转化为生物燃料[8],但木质素的致密结构和对酶的无效吸附限制了纤维素酶对纤维素的可及性,降低酶解效率[9-10],因此需要预处理打破木质素结构[11]。
生物质预处理技术主要包括机械破碎、蒸汽爆破、酸碱处理等方式,但通常存在能耗高、成本高等缺点,导致生物燃料商业化生产难以实现[12]。自然界中高等培菌白蚁降解木质纤维素类生物质效率高,在一些干旱的热带地区,高等培菌白蚁能降解90%以上植物残体[13-15],该过程由肠道的酶和蚁巢内真菌协同作用实现[16]。基于此,本研究提出利用漆酶和真菌分步降解木质素新体系。以蚁巢内提取的蚁巢伞菌和典型的木质纤维素降解菌黄孢原毛平革菌为研究对象,研究酶菌体系对木质素模型化合物碱木素的预处理效果,分析碱木素理化特性的改变,以及经酶菌体系处理后的碱木素对后续酶解的影响特性,为实现木质纤维素高效转化提供思路。……
