整个小麦秸秆有机溶剂生物炼制过程中纤维素结晶度的演变及其与酶解的关系

《Sustainable Chemistry》：The Evolution of Cellulose Crystallinity During the Entire Wheat Straw Organosolv Biorefinery Process and Its Relationship with Enzymatic Hydrolysis

　　

摘要

纤维素结晶度经常与木质纤维素生物质的可消化性相关联，但在多步生物精炼加工过程中其结晶度的演变及其与酶解的关系仍然难以分离。本研究调查了纤维素结晶度在小麦秸秆（Triticum aestivum）经历热水预处理（HWP）、水预处理（WP）、有机溶剂提取、顺序洗涤和干燥过程中的演变，并将这些变化与酶解葡萄糖得率相关联。结晶度采用X射线衍射和基于ATR-FTIR的PLS模型测定，而酶解则通过基于HPLC的葡萄糖定量进行评估。HWP导致结晶度呈温度依赖性下降，从未处理秸秆的47.5 ± 1.3%降至120 °C时的27.0 ± 2.2%，而室温下的WP则未引起显著变化。然而，如果没有后续的有机溶剂提取，两种预处理单独使用均导致约10%的较低葡萄糖得率，这表明纤维素结晶度仅是影响酶解效率的诸多因素之一。在有机溶剂提取后的洗涤过程中，结晶度从40.6 ± 2.1%增加到54.2 ± 1.3%，而在所测试条件下，葡萄糖得率与估计的残留乙醇浓度更密切相关，而不是与结晶度的变化有关。干燥具有最强的影响，与湿润状态相比，结晶度最多增加了53.6%。总体而言，纤维素结晶度应被视为影响酶解消化性的诸多相互作用因素之一，并且比较结晶度数据时必须仔细控制样品的含水历史。