对甲苯磺酸耦合碱性过氧化氢预处理对不同木质纤维素生物转化的影响

作者：管舒仪; 窦妍; 蔡晓丹; 陈欣玥; 张笑; 杨明琰^*

来源：西北农林科技大学学报(自然科学版), 2022, 50(06): 71-81.

DOI：10.13207/j.cnki.jnwafu.2022.06.009

• 木质纤维素
• 对甲苯磺酸
• 碱性过氧化氢
• 乙醇发酵

【目的】研究对甲苯磺酸(p-toluenesulfonic acid,p-TsOH)耦合碱性过氧化氢(AHP)预处理对不同木质纤维素酶解率及乙醇产率的影响，为农林废弃物纤维素生物转化提供理论依据。【方法】以芒草秆、小麦秸秆和杨木为供试材料，分别采用p-TsOH处理(质量分数70%p-TsOH水溶液于80℃处理20 min)以及p-TsOH耦合AHP两步处理(先用质量分数70%p-TsOH水溶液于80℃处理20 min,之后用pH 11.5、体积分数2%H2O2于50℃、120 r/min恒温振荡器中反应12 h)2种方法对3种材料进行预处理，分析不同预处理方法对3种材料化学组成、形态结构(扫描电镜观察、傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射、结晶度、保水值)的影响，并研究纤维素酶添加量(5,10,15 FPU/g,以纤维素质量计算)及不同发酵工艺(同步糖化发酵、分步糖化发酵)对p-TsOH耦合AHP两步处理3种材料纤维素酶解率及乙醇产率的影响。【结果】采用p-TsOH处理以及p-TsOH耦合AHP两步处理后，芒草秆、小麦秸秆和杨木中的半纤维素和木质素含量明显降低，纤维素含量明显提高，其中p-TsOH耦合AHP两步处理的效果更明显，该法处理的芒草秆、小麦秸秆和杨木的木质素脱除率分别为97.01%,96.50%和94.01%,半纤维素脱除率分别为82.50%,84.21%和81.19%,纤维素保留率分别为87.97%,87.85%和90.53%。采用p-TsOH处理以及p-TsOH耦合AHP两步处理后，芒草秆、小麦秸秆和杨木的微观结构、傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射图谱发生了明显变化，结晶度及保水值均明显增加。纤维素酶添加量5 FPU/g、酶解72 h时，芒草秆和小麦秸秆的酶解率均超过90%,而杨木的酶解率为78%;纤维素酶添加量15 FPU/g、酶解12 h时，芒草秆、小麦秸秆的酶解率达到100%,杨木的酶解率为73%;纤维素酶添加量10 FPU/g、酶解24 h时，芒草秆、小麦秸秆和杨木的酶解率均达到95%以上。当底物质量浓度为130 g/L、纤维素酶加量为10 FPU/g、发酵96 h时，p-TsOH耦合AHP两步处理芒草秆、小麦秸秆和杨木同步糖化发酵的乙醇产率分别为92.63%,90.07%和88.00%,高于分步糖化发酵工艺的乙醇产率(86.40%,84.21%和78.09%)。【结论】p-TsOH耦合AHP两步处理可以在温和水溶液条件下选择性脱除原料中的木质素和半纤维素，得到富含纤维素的样品，对不同原料具有较强的适用性，应用前景良好。

• 单位
  长安大学