《木質素結構對木質纖維高聚糖酶解的影響與作用機制》是依託南京林業大學，由金永燦擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：木質素結構對木質纖維高聚糖酶解的影響與作用機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：金永燦
- 依託單位：南京林業大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
利用生物技術將木質纖維原料轉化為燃料乙醇是清潔能源的研究熱點之一。國內外研究表明，合適的預處理可顯著提高原料酶解為單糖的轉化率，不同原料木質素結構特性對纖維原料的酶解糖化具有顯著影響。本項目以我國豐富的農業秸稈為原料，圍繞預處理對纖維原料木質素結構的影響及其對高聚糖酶解轉化效率的作用機制兩個關鍵科學問題，重點探討綠液預處理對原料木質素結構的影響，並與酸水解、亞硫酸鹽等預處理方式進行比較，通過官能團分析、化學降解和二維核磁共振波譜等手段研究預處理前後農業秸稈木質素結構單元比例（G/S/H）、縮合程度、主要連線鍵型、親水性能等結構特性的變化，並結合預處理原料高聚糖酶解影響因素、酶解動力學與反應歷程的研究，解譯預處理對纖維原料木質素結構的影響及其對高聚糖酶解的應答機制，並提出適合於禾草纖維原料的預處理方式與酶解工藝，為提高纖維原料生產燃料乙醇的轉化效率提供理論依據。
結題摘要
利用生物技術將木質纖維原料轉化為燃料乙醇是清潔能源的研究熱點之一，經濟高效的預處理是阻礙木質纖維原料生物轉化的技術瓶頸之一。國內外研究表明，合適的預處理可顯著提高原料酶水解單糖的轉化率，同時原料木質素的結構特性對纖維原料的酶水解糖化具有顯著影響。本項目以我國豐富的農業秸稈為原料，圍繞預處理對纖維原料木質素結構的影響及其對高聚糖酶解轉化效率的作用機制兩個關鍵科學問題，探討不同預處理技術對原料木質素結構以及酶水解效率的影響，並提出了基於溶劑溶解體系的木質素高效分離方法。本研究得到的重要結果包括：農業秸稈原料經綠液、亞硫酸鹽等預處理均可有效脫除其中的木質素，提高酶水解總糖的得率，木質素的脫除率以30～60%為宜；球磨後的木（草）粉經溶劑（LiCl/DMSO和NaOH/H2O）溶解處理後可有效提高木質素的分離效率，獲得純度和得率均高於傳統磨木木質素（MWL）和纖維素酶解木質素（CEL）的木質素製備物，使分離木質素具有更好的代表性；化學降解（鹼性硝基苯氧化和臭氧降解）和二維核磁共振分析表明禾草纖維原料莖稈和葉鞘的木質素結構存在顯著的差異，在預處理過程中其溶出行為也不相同，鹼性預處理過程中木質素紫丁香基結構（S）的β-芳基醚鍵更容易斷裂，但赤型和蘇型β-芳基醚鍵的斷裂程度沒有顯著差異；模型物研究表明，酚型及非酚型β-芳基醚鍵在綠液處理中都可以發生斷裂，HS-加速了非酚型β-O-4鍵的斷裂，傳統的鄰基參與反應理論不能用於解釋其歷程；在酶水解底物中加入親水性的木質素可以有效提高經酸性或鹼性預處理的木質纖維原料的酶水解效率，但添加疏水性木質素則無顯著影響；底物對纖維素酶的吸附作用與木質纖維原料的預處理方法有關，木質素是其中重要的因素。上述結論解譯了預處理對纖維原料木質素結構的影響及其對高聚糖酶解的應答機制，表明通過預處理調控底物木質素的結構，可提高木質纖維原料的酶水解總糖得率，為提高木質纖維原料生產燃料乙醇的轉化效率提供了充分的理論依據。
