高顽固软木半纤维素与木质素脱除顺序对组分及酶解的影响文献综述

 2022-04-29 21:58:16

文献综述

1.木质纤维原料结构特点

随着化石燃料储备的逐渐减少及能源需求的增加增加，开发新的可持续能源已经成为国际共识。目前可再生能源主要包括木质纤维资源、太阳能、风能、水能和核能。其中木质纤维资源作为地球上最丰富的可再生能源，近年来其的开发应用更是受到了全球的广泛关注与重视。

目前全世界每年通过光合作用产生的木质纤维素生物质(lignocellulosic biomass) 总量高达10 000亿吨，而中国年产可利用木质纤维素生物质总量也高达20 亿吨。木质纤维素的化学组成主要包括三种高聚物：纤维素、半纤维素和木质素。纤维素（cellulose）是由葡萄糖组成的大分子多糖，不溶于水及一般有机溶剂，是植物细胞壁的主要成分。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50%以上。其结构图如图1-1所示。半纤维素（hemicellulose）是由几种不同类型的单糖构成的异质多聚体，这些糖包括五碳糖和六碳糖，主要有木糖、阿拉伯糖、半乳糖或甘露糖等。其结构如图1-2所示。木质素（Lignin）是一类复杂的有机聚合物，主要由三种苯丙烷单元：愈创木基丙烷、对羟苯基丙烷和紫丁香基丙烷通过醚键和碳碳键相互连接形成的具有三维网状结构的生物高分子，存在于木质组织中，主要作用是通过形成交织网来硬化细胞壁，为次生壁主要成分。其结构图如图1-3所示。

图1-1纤维素的结构图 图1-2半纤维素的结构图

图1-3木质素的结构图

纤维素、半纤维素及木质素形成了致密的结构，其中也正是由于木质素与半纤维素连结而紧密覆盖着纤维素，使其成为木质纤维素生物质酶解和微生物降解的主要障碍[1]。在这种“抗降解屏障”中木质素的影响作用最大：木质素和碳水化合物连接形成木质素-碳水化合物连接键，阻碍了酶的有效接触; 木质素通过吸附作用，和酶形成一种联接，影响了酶活。为了打破这些“天然抗降解屏障”，木质纤维素原料的利用通常需要采用有效的预处理技术将其致密的天然致密结构解离(图1-4)[2]。在最近几年的研究中，研究者采用众多方法进行生物质原料的预处理。主要的预处理方法包括化学法预处理( 如酸处理、碱处理、氧化处理及有机溶液处理等)、物理法预处理(如粉碎、球磨及研磨等)、生物法预处理以及几种预处理方法的结合。按照处理时液相体系pH的不同又可分为酸性预处理、接近中性条件下的预处理(热水预处理和蒸汽爆破)和碱性预处理。

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