DES-CTAB协同预处理通过缓解木质素非生产性吸附实现纤维素酶解增效机制研究

《Bioresource Technology》：Synergistic enhancement of enzymatic hydrolysis by DES-CTAB pretreatment via mitigating lignin-induced non-productive cellulase adsorption

本文开发了新型三元DES-CTAB（低共熔溶剂-十六烷基三甲基溴化铵）预处理体系，通过协同调控木质素结构（抑制β-O-4断裂和酚羟基形成）显著降低木质素疏水性，使纤维素酶结合常数Ka降低2-3个数量级，最终将酶解效率提升至71.58%（较DES预处理提高36.55%），为绿色高效生物质预处理技术提供了理论支撑。

　　

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Materials

构树（Broussonetia papyrifera）采自中国湖北省武汉市当地农场。茎干部分经机械粉碎过筛获得40-60目颗粒，通过索氏提取（甲苯/乙醇=2:1 v/v, 8 h）去除提取物。采用NREL标准方法分析化学组成为：纤维素36.12%、半纤维素12.72%、木质素22.4%。分析级氯化胆碱（ChCl）、乳酸（LA）和CTAB购自麦克林公司。

Effects of DES-CTAB pretreatment on Broussonetia papyrifera composition and enzymatic digestibility

酶解消化率是评估预处理效率的关键指标。通过响应面法优化预处理参数为：150°C反应1小时，DES/CTAB摩尔比6:1（数据未显示）。在优化条件下比较酶解速率以阐明CTAB的增效机制。如图1(a)所示，所有预处理样品均呈现时间依赖性的消化率提升。DES-CTAB系统最终葡萄糖得率达到71.58%，较单一DES预处理显著提高36.55%，这归因于CTAB对木质素结构的精准调控。

Conclusion

三元DES-CTAB系统在保留90%纤维素的同时，高效去除近80%的半纤维素和木质素，同步提升预处理生物质的葡萄糖释放效率。该策略通过降低生物质表面疏水性、抑制β-O-4键断裂及缩合酚羟基形成，同时增加羧基含量增强木质素亲水性，为减少纤维素酶非生产性吸附提供了创新解决方案。