三元低共熔溶剂（ChCl:p-TsOH:Gly）预处理小麦秸秆增强纤维素可及性、木聚糖与木质素脱除的绿色策略及其机理研究

本研究发现新型三元低共熔溶剂（TDES）ChCl:p-TsOH:Gly（1:1:1）在温和条件（80?°C, 45?min）下可高效预处理小麦秸秆，实现木聚糖去除率99.9%、木质素脱除率88.5%，并显著提升酶解效率至98.1%。研究通过联合水解因子（CHF）与联合脱木素质因子（CDF）模型精准预测组分溶解动力学（R2?>?0.96），结合分子模拟揭示了溶剂与木质素的范德华作用机制，为生物质精炼提供了绿色高效的预处理新策略。

　　

Section snippets

Preparation of DESs

将氯化胆碱（ChCl）、对甲苯磺酸（p-TsOH）与甘油按不同摩尔比（1:1:0.5、1:1:1、1:1:2、1:1:3）混合，同时将ChCl与p-TsOH分别与乙二醇（EG）以1:1:1摩尔比组合。DES在80?°C下制备15至30分钟，所得均相透明液体直接用于小麦秸秆预处理，无需纯化。

Treatment of WS with DESs

在三颈烧瓶中加入60?g TDES与6?g小麦秸秆（固液比1:10, w/w），体系于80?°C油浴中搅拌反应45分钟。反应后冷却，固液混合物用乙醇洗涤三次，固体残渣烘干称重，用于后续组分分析与酶解实验。

The determination of K-T parameters of TDESs

Kamlet-Taft参数是用于表征溶剂分子微观性质及定量评估溶剂-溶质间特异性相互作用的经验描述符。本研究系统探究了EG与甘油（Gly）作为氢键供体（HBD）对DES-ChCl体系溶剂化性质的影响：在相同摩尔比下引入EG与Gly，并通过紫外-可见光谱测定TDES的Kamlet-Taft参数（α、β、π*），以揭示其极性、氢键给体/受体能力与预处理效率的关联。

Conclusions

通过分析小麦秸秆经三元DES处理前后化学成分与酶解效率的变化，筛选出TDES_Gly ChCl:p-TsOH:Gly（1:1:1）为最优体系，在80?°C处理45分钟可实现木聚糖去除率99.9%、木质素脱除率88.5%，并显著提升酶解效率至98.1%。联合脱木素质因子（CDF）与联合水解因子（CHF）对ChCl:p-TsOH:Gly处理过程中的木质素脱除与木聚糖分离展现出显著预测能力。该研究为生物质资源的高值化利用提供了新视角。