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酸堿處理對(duì)林木類木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)研究獲新進(jìn)展
作者：朱漢斌   來源：中國科學(xué)報(bào)  
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近日，中國科學(xué)院廣州能源研究所研究員亓偉團(tuán)隊(duì)在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助下，在酸堿處理對(duì)林木類木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)及酶解特性影響研究方面取得新進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表于《碳水化合物聚合物》（Carbohydrate Polymers）和《國際生物大分子雜志》（International Journal of Biological macromolecules）。
木質(zhì)纖維素生物質(zhì)是自然界中最豐富的碳基資源，其主要組分纖維素、半纖維素和木質(zhì)素都可以轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品，然而三組分互相纏繞導(dǎo)致木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)復(fù)雜緊湊，限制了木質(zhì)纖維素的高效利用。在木質(zhì)纖維素拆解過程中，通常只考慮預(yù)處理方式的影響而忽略試劑本身性質(zhì)對(duì)木質(zhì)纖維素拆解的影響。實(shí)際研究發(fā)現(xiàn)，不同的預(yù)處理試劑會(huì)使木質(zhì)纖維素的組分發(fā)生不均勻降解，從而產(chǎn)生不同的殘?jiān)�，最終導(dǎo)致殘?jiān)�酶解效率差別巨大。
研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)研究了氫氧化鈉和氫氧化鉀兩種堿對(duì)楊木結(jié)構(gòu)破壞的影響，深入探討了預(yù)處理底物結(jié)構(gòu)與酶解的相關(guān)性。研究結(jié)果表明，氫氧化鈉和氫氧化鉀在相同的預(yù)處理強(qiáng)度（包括時(shí)間、溫度和pH值等條件）下對(duì)楊木產(chǎn)生不同程度的破壞，從而導(dǎo)致不同的酶解率。相比之下，氫氧化鈉比氫氧化鉀更能有效地破壞楊木結(jié)構(gòu)，這可能是由于Na+的離子半徑較�。∟a+離子半徑為0.95?，K+離子半徑為1.33?），從而可以更好地滲透到楊木中以提高預(yù)處理程度。結(jié)構(gòu)分析表明，相比于氫氧化鉀預(yù)處理，氫氧化鈉預(yù)處理殘?jiān)�具有更少的氧化表面、更高可及性的纖維表面和更多的無定型區(qū)，均可更有效促進(jìn)其酶解。
同時(shí)，通過研究NaClO2、氫氧化鈉和H2SO4等三種不同酸堿性預(yù)處理和酶解殘?jiān)�頑抗性，發(fā)現(xiàn)預(yù)處理渣中較高的β-β′含量和S/G比均不利于酶解。在木質(zhì)素-碳水化合物復(fù)合體中，芐基醚和苯基糖苷鍵與木糖和甘露糖連接，形成了木糖-木質(zhì)素-葡甘聚糖網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性、空間位阻性和疏水性可能在確定木質(zhì)纖維素的頑抗性方面起著關(guān)鍵作用。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.122037
https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.131193
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