新型有机溶剂分离纤维素促进酶解糖化机理研究文献综述

 2022-02-22 09:02

新型离子型溶剂分离毛竹纤维素

促进酶解糖化机理研究

摘 要

毛竹是一种天然丰富的木质纤维素资源，也是一种适合于生物炼制的天然材料。毛竹的细胞壁中含丰富的纤维素、木质素与纤维素，三者通过氢键网络和共价键构成特殊的空间结构。纤维素是木质纤维素中含量最高的一种物质，是一种以D-吡喃型葡萄糖为组成单元由beta;-1,4-糖苷键连接而成的线型均一聚糖。葡萄糖通过分子内和分子间的氢键及吡喃糖环堆积产生的范德华力紧密堆积成纤维[1]。这种紧密堆积产生的空间位阻和木质素、半纤维素通过酯键和醚键连接形成天然屏障增强了纤维素的难降解性，为高效利用纤维素提供了难题。

为了打破纤维素与半纤维素和木质素交叠而成的固有屏障，更大限度地提高纤维素的可及度，以此提高纤维素的酶解效率，通常需要进行预处理。预处理的方式可分为：物理预处理（球磨法、珠磨法、水热预处理等）、化学预处理（酸预处理、碱预处理、有机溶剂预处理、离子液体预处理等）、生物预处理（酶解法）和混合预处理（蒸汽爆破法等）。其中离子液体可以去除半纤维素和木质素，并快速破坏纤维素的复杂结构，从而提高纤维素的可及性[2]，是一种被广泛关注的预处理溶剂，且处理效果比传统预处理方法的效果更好[3]。离子液体也是一种有效的纤维素溶解剂，其可有效破坏纤维素中高度有序的氢键达到溶解，但由于离子液体的高成本、高生物毒性、难生物降解等缺点[4]，另一种与离子液体相似的绿色溶剂——低共熔溶剂进入研究者们的视野。

低共熔溶剂（DES）是当代一种新型绿色溶剂，具有易制备、成本低、可生物降解、毒性低的优点。DES现已在天然木质纤维素的分离、纳米纤维素的生产、低分子量纤维素衍生物的制备、溶解多糖等方面得到一定的应用。[5]DES可与纤维素之间发生化学反应，从而达到预处理、溶解纤维素的效果。DES的处理性能与自身的质子解离能力有关，即与HBA和HBD的类型、是否加入催化剂有关。[6]

1.纤维素

毛竹作为一种天然高分子材料，是储量丰富、来源广泛、成本低廉的植物原料之一。包括毛竹在内的高等植物细胞壁中富含木质纤维素，其中竹纤维素含量最高，约占 30%-50%。纤维素是生物工程、化学工程、医药、纺织等行业中利用率较高的、有较好发展潜能的可再生生物质资源。[7]相比于其它生物质资源，纤维素具有优质的自组装性能[8]，被广泛用于科学研究，制备纳米材料；纤维素可被降解为葡萄糖，进行生物炼制，是工业生产中必不可缺的基础材料。

1.1 植物细胞壁

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