γ-丁内酯/水温和预处理玉米秸秆高效制糖研究

[目的]二元溶剂预处理作为一种新兴的绿色预处理方法,在生物质预处理中显示出突出的优势和广阔的应用前景,受到人们的广泛关注。本研究旨在阐明新型二元溶剂预处理——γ-丁内酯/水(GB L/H2O)预处理对北方常见农业废弃物—玉米秸秆(CS)的物理结构和酶水解特性的影响,为GBL/H2O体系在生物质预处理中的应用提供理论依据。[方法]以硫酸为催化剂,料液比为 1:10,采用低温长时(120℃,1 h)和高温短时(170℃,0.5 h)两种模式对玉米秸秆进行预处理。之后对玉米秸秆的化学组成、原料表面化学特性、吸附性能以及酶水解特性进行了研究。[结果]1)低温长时预处理后的CS能有效去除木质素,降低纤维素的结晶度,而高温短时预处理则保留了更多的木聚糖。2)使用低剂量纤维素酶(10 FPU/g)水解预处理CS可得到 20%～52%的葡聚糖。为了提高产糖率,后续加入辅助酶促进水解。在纤维素酶中添加β-葡萄糖苷酶能促进低温长时的预处理CS 酶解,而添加木聚糖酶能优先促进高温短时预处理 CS酶解。3)与其他二元体系相比,GBL/H2O预处理在相对温和的条件下进行,其中,75 mM H2SO4 与GBL/H2O在 120℃下预处理 1 h后葡聚糖和木聚糖的转化率最高,分别可达到 98%和 82.3%。[结论]低温长时GBL/H2O预处理对CS效果更好。添加β-葡萄糖苷酶的纤维素酶可以缓解低温长时预处理CS的纤维素二糖抑制,而添加木聚糖酶的纤维素酶可以降解木聚糖,暴露更多的纤维素,从而提高高温短时预处理 CS 的酶解效率。该研究为GBL/H2O预处理技术在生物质转化中的应用提供了科学依据。