木質素原位定向修飾及其對纖維素糖化的增效機制

《木質素原位定向修飾及其對纖維素糖化的增效機制》是依託南京林業大學，由賴晨歡擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：木質素原位定向修飾及其對纖維素糖化的增效機制
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：賴晨歡
• 依託單位：南京林業大學

中文摘要

本項目圍繞破解木質纖維原料中木質素對纖維素糖化的抑制作用，提出木質素定向修飾與原料預處理同步進行的“木質素原位定向修飾預處理技術”。通過在預處理過程中添加聚乙氧基醚修飾劑，對木質素進行聚乙氧基接枝修飾，控制木質素在預處理過程中理化性質與化學結構的變化，降低木質素疏水性，從而減少木質素與纖維素酶蛋白的非特異性吸附作用，達到提高纖維素糖化效率的目的。通過系統研究定向修飾對木質素理化性質及結構特性的影響，定向修飾木質素對纖維素酶吸附作用、纖維素糖化效率的影響，建立木質素原位定向修飾預處理技術；綜合木質素原位定向修飾預處理對木質素理化性質、化學結構特性與其對纖維素酶吸附、纖維素酶糖化效率的影響結果，闡明原位定向修飾木質素對纖維素酶水解的增效機制。

結題摘要

本項目針對木質纖維原料中木質素對纖維素酶水解的抑制作用，提出木質素定向修飾技術，以提高纖維素酶水解效率。首先，以楊木木質素為對象，進行聚乙氧基醚親水接枝修飾製備木質素基表面活性。添加0.025 g/g纖維素的木質素基表面活性劑使得預處理楊木酶水解效率由53.5%提高至82.5%。採用先進的石英晶體微天平技術揭示了木質素基表面活性劑促進纖維素酶水解的機制：木質素基表面活性劑可優先吸附於木質素表面，從而造成空間位阻干擾纖維素酶在木質素上的吸附；此外，木質素基表面活性劑可降低木質素表面疏水性，從而減弱木質素與纖維素酶之間的疏水作用力。其次，本項目提出木質素原位定向修飾預處理技術，實現常規低溫鹼處理與木質素定向修飾同步原位進行。以玉米秸稈為原料，10%鹼用量（基於物料）、10%聚乙氧基醚修飾劑（基於物料）、70℃下處理2.5 h，所得預處理玉米秸稈酶水解得率與常規鹼處理玉米秸稈相比提高了46.4%。添加外源玉米秸稈木質素基表面活性劑使得常規鹼處理玉米秸稈酶水解得率提高了40.1%，而其無法進一步提高木質素原位定向修飾處理的玉米秸稈。總體而言，與傳統的分離木質素再進行木質素接枝修飾製備木質素基表面活性劑相比，採用一步法進行木質素原位定向修飾預處理，工藝更為簡便有效。最後，以楊木木屑為原料，於5%醋酸、170℃下處理0.5 h，製取功能性低聚木糖（低聚木糖得率37.6%）；在此基礎上，採用木質素原位定向修飾預處理技術使得預處理楊木纖維素酶水解得率由28.3%提高至83.5%。預處理楊木中木質素的理化性質表徵結果表明，經過木質素原位定向修飾後，楊木木質素的疏水性和酚羥基含量均下降，導致原位定向修飾後的楊木木質素纖維素酶吸附率由50.8%降低至11.2%。木質素原位定向修飾降低纖維素酶的無效吸附是其對纖維素酶水解的主要促進機制。綜上所述，採用醋酸法-木質素原位定向修飾聯合預處理技術，實現功能性低聚木糖和可發酵性糖聯產，為木本原料綜合利用提供了重要的技術思想。