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氯化胆碱基低共熔溶剂拆分秸秆高产可发酵糖的研究

2025-08-09王佳斌王诗洁杨千越张蕊高睿鸿杨荣玲罗洪镇

河北科技大学学报 2025年3期
关键词:总糖固液木质素

中图分类号:TS721 文献标识码:A DOI:10.7535/hbkd.2025yx03006

(SchoolofLifeScienceandFoodEngineering,Huaiyin Instituteof Technology,Huai'an,Jiangsu,China)

Abstract:Inorder toestablishanefcientprocessforthe pretreatmentof lignocellosic biomasstodeconstruct thecomplex structureandimproveenzymatichydrolysisefficiencyofpolysaccharidefractions,cholinechloride(ChCl)and glycerol(Gly) wereusedto synthesizegreen depeutectic solvent(DES)forcorn stover pretreatment.Thedeconstructioneffectsof DESon cornstover under diferent synthesisconditions werecompared,and thechemicalreagents wereadded toenhance pretreatment. Theresults indicate that,pretreatment at 120∘C for 3h by DES(at a molar ratio of 1:2 )with 1% (204 H2SO4 addition improves the glucan content from 33.4% to 51.2% . In this case,the removal rates of xylan and lignin reache up to 86.7% and 39.0% , respectively. After 72h enzymatic hydrolysis by cellulase,the productions of glucose and fermentable sugars are relatively high,reaching 29.0g and 30.7g from 100g of corn stover. Therefore,the H2SO4 -assisted DES system efficiently remove xylanandlignin,whichfacilitatestheimprovementsof hydrolysisandfermentablesugarsproduction.Thisstudydevelopsa grenand high-effcient pretreatment toprovide fundamental dataandtechnicalsupportforvalorizationofrenewableand abundant agricultural residuesin China.

Keywords:biochemicalengineering;agricultural residue;pretreatment;deepeutectic solvent;enzymatic hydrolysis;fermentable sugar

为解决化石燃料供应链波动、能源需求增长和全球气候变暖等问题,建立可持续的能源生产体系迫在眉睫[1-2]。与传统化石燃料相比,利用可再生生物质通过生物炼制方式生产液态燃料,已成为当前研究的重点[3]。木质纤维素类生物质是地球上储量最丰富的可再生资源,如农业秸秆(玉米秸秆、水稻秸秆)、森林废弃物等。全球每年通过光合作用产生的生物质总量达2000亿t,其中我国产生的秸秆类生物质总量约20亿 Ωt/a ,目前大部分农业秸秆可再生资源利用率较低[4]。因此,有效利用该资源进行生物燃料的生产对国家“双碳”战略具有重要意义[5]。

木质纤维素是由纤维素、半纤维素和木质素组成的具有复杂结构的超分子,其固有的结构特征导致微生物和酶难以对其进行有效降解,建立高效的木质纤维素预处理工艺是可发酵糖高产的前提和关键[6]。传统预处理方法存在对设备腐蚀性大、废弃物难以回收和严重污染环境等问题[6-9]。因此,建立绿色、高效的木质纤维素预处理方法越来越受到研究者们的广泛关注。

低共熔溶剂(deep eutectic solvent,DES)具有蒸气压小、可重复使用和无害等优点,已成为生物质预处理的绿色溶剂[10]。氢键供体(hydrogen bond donor,HBD)和氢键受体(hydrogen bond acceptor,HBA)在温和的条件下可以合成DES,因此DES被称为“可设计溶剂”。目前,最广泛使用的DES是利用氯化胆碱(cholinechloride,ChCI)作为 HBA,以尿素、甘油(glycerol,Gly)、羧酸和多元醇作为HBD进行制备[11]。最近,关于DES联合酸碱处理的研究逐渐增多,该方法可以进一步提高生物质中各组分的拆分效率,效果比单独使用DES进行预处理时更为出色[12]。……

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