全球对可再生能源的需求促进了人们对生物燃料的兴趣，尤其是那些来自木质纤维素生物质的生物燃料[1]。麦秸秆是一种丰富且可再生的生物质来源，可以将其转化为可发酵的糖类以生产生物燃料[2]。然而，由于纤维素、半纤维素和木质素的顽固结构，麦秸秆的有效转化受到了阻碍[3,4]。尽管如此，由于木质纤维素生物质的顽固性，糖化效果常常不佳[5]。分解这种顽固结构需要预处理，以使纤维素成为酶作用的目标[6]。其中一种预处理方法是使用对甲苯磺酸（p-TsOH），它可以分解木质纤维素基质[7]。此外，还考虑将表面活性剂与p-TsOH结合使用，以通过增强化学-生物质相互作用来强化预处理效果[8]。
研究探讨了p-TsOH如何与木质素和木质素碳水化合物复合物结合，从而提高酶对纤维素的水解效率，生成可发酵的糖类[9]。研究表明，p-TsOH可以降低纤维素的结晶度，增加其对酶的敏感性，从而提高糖的产量[10]。以往的研究使用了包括非离子表面活性剂在内的多种表面活性剂，这些表面活性剂可以降低表面张力并增强生物质在预处理溶液中的分散性[11]。然而，关于表面活性剂与p-TsOH结合使用以提高糖化效率的研究较少。一些研究小组已经研究了使用酸和表面活性剂对生物质进行预处理的方法[12,13]。然而，这些研究并未涉及p-TsOH和表面活性剂的组合使用，也未严格探讨其对糖化效率的影响。大多数预处理研究仅关注单一预处理过程，对于p-TsOH与表面活性剂混合物如何协同提高糖化效率的知识有限[14]。此外，早期的研究未能根据表面活性剂的类型、浓度和p-TsOH的用量优化预处理条件，因此这些条件仍有待优化。
p-TsOH在较低温度（低于80°C）下更为节能，并通过破坏木质素-碳水化合物复合物来促进酶水解[15]。它还可以回收高纯度的木质素，这些木质素可用于纳米材料等高价值应用[16]。将p-TsOH与其他策略（如醋酸或冻融循环）结合使用，可以进一步提高预处理效率[17]。生物质转化中的一个重要挑战是在酸性预处理过程中木质素的缩合，木质素会形成类似炭的结构，阻碍酶水解。碳水化合物-木质素的结合以及降解碳水化合物形成的伪木质素进一步复杂化了这一过程。缓解这些问题的策略包括使用硼酸封堵木质素中的活性酚基团[16]、利用木质素单体阻断活性位点[18]，以及优化pH值和温度以促进解聚而非缩合。
最近在基于p-TsOH的预处理方面的发展集中在提高生物质的分离效率和糖化效果上[15,[18],[19],[20]]。已经探索了多种方法，包括表面活性剂辅助的p-TsOH预处理[18,21,22]和基于p-TsOH的深共晶溶剂（DES）[23]。以往的p-TsOH预处理研究主要使用高浓度酸来增强木质纤维素生物质的水解[15]。这些高浓度酸在去除木质素和提高纤维素可及性方面效果显著。例如，张等人使用高浓度p-TsOH实现了90%的木质素去除率[19]；英等人在类似条件下也实现了91.6%的木质素去除率，并获得了高葡萄糖产量[15]。然而，高浓度酸会增加木质素重新缩合的风险，从而阻碍酶糖化。此外，苛刻的条件还会产生副产物，干扰下游加工并增加能源消耗，使得这些方法的环境可持续性较差。
最近，人们在高温下使用低浓度p-TsOH去除木聚糖并提高纤维素的可及性，但这往往会导致木质素缩合，从而阻碍酶糖化[18,20]。为了解决这个问题，将聚乙二醇（PEG）和十二烷基硫酸钠（SDS）加入到p-TsOH预处理过程中，以减少木质素缩合并提高纤维素的酶水解效果[18,21]。然而，也有少数研究关注使用不同表面活性剂（如Tween 40、Tween 60、Tween 80和Triton X-100）辅助的低浓度p-TsOH对麦秸秆的预处理。选择性能良好且成本低廉的表面活性剂有助于木质纤维素生物精炼产业的发展。此外，还需要进一步明确表面活性剂辅助低浓度p-TsOH预处理提高木质纤维素糖化效果的机制。
本文探讨了通过表面活性剂辅助的低浓度p-TsOH预处理提高生物质糖化效率和减少木质素抑制的可行性。使用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子光谱（XPS）表征了预处理前后的结构变化。此外，详细比较了不同表面活性剂辅助p-TsOH预处理对预处理后麦秸秆酶水解效果的影响。最后，从预处理后的麦秸秆中提取木质素，并通过异核单量子相干核磁共振（HSQC-NMR）、凝胶渗透色谱（GPC）、Zeta电位和接触角等方法进行了分析，以进一步阐明表面活性剂辅助p-TsOH预处理提高麦秸秆糖化的机制。本研究旨在开发一种稳健的表面活性剂辅助p-TsOH预处理策略，以在低酶负荷下提高麦秸秆的糖化效率，实现可发酵糖的生产。
