FeCl3-对甲苯磺酸水体系预处理麦秆促进酶解效率的机制研究及生物精炼应用

本文推荐一种创新的FeCl3-对甲苯磺酸（PTSA）-H2O预处理体系，可在120°C温和条件下高效解构麦秆细胞壁，实现木质素分离率66.6%、木聚糖去除率79.7%，并同步产出低聚木糖（XOSs）。该研究通过XRD/SEM/FT-IR多维度表征结合分子动力学模拟，阐明Lewis酸协同有机酸破坏木质纤维素抗解聚屏障的机制，为生物质高值化转化提供新策略。

　　

Highlight

材料与方法

纤维素酶（CELIC?CTEC 2）购自诺维信公司，对甲苯磺酸等化学试剂来自上海麦克林生化。将3克麦秆粉末（20-60目）与30 mL FeCl₃-PTSA-H₂O体系（FeCl₃ 20-80 mM，PTSA 0-80 g/L）在100 mL圆底烧瓶中反应。

预处理条件对木聚糖/木质素去除的影响

金属盐与有机酸联用可协同预处理生物质（表S1）。当100°C处理1小时（LogR₀=1.8）时，随PTSA浓度增加，木聚糖去除率显著提升。

结论

FeCl₃-PTSA-H₂O体系能高效解构麦秆，木质素清除率达66.6%，酶解效率提升至79%。预处理液中可获得4.0 g/L低聚木糖(XOSs)，纤维素可及性从250.6 mg/g跃升至554.9 mg/g。XRD/SEM显示处理后样品表面出现大量微孔，FT-IR证实半纤维素和木质素特征峰减弱。分子动力学模拟揭示了该体系破坏木质素-碳水化合物复合物(LCC)的分子机制。

Conclusion

该预处理技术通过"一石三鸟"策略——同步实现木质素分离、木聚糖转化和纤维素暴露，为生物质炼制提供了绿色高效的解决方案，在生物燃料和生物基化学品领域具有广阔应用前景。