离子液体提取的甘蔗渣纤维素酶解糖化的研究

【摘要】纤维素是世界上含量最为丰富的自然资源之一,充分利用纤维素资源制备生物基化学品意义重大。目前,离子液体应用于纤维素的研究主要集中在离子液体对纤维素的溶解以及纤维素的两步法酶解等方面,但是两步法酶解过程存在操作步骤繁琐,再生试剂的污染等缺点。采用原位酶解有效地克服这些问题,实现纤维素材料更加有效地利用。本研究首先采用简单的合成方法制备氯盐类([Bmim]Cl)、磷酸酯类([Emim]DEP)及醋酸类([Emim]Ac)三种咪唑类离子液体,利用FT-IR,1H-NMR对合成的离子液体进行结构表征,并考察三种离子液体的物理化学性质。通过微波辅助加热的方式使甘蔗渣纤维素溶解在三种离子液体中,研究不同种类离子液体对纤维素溶解能力的差异,并比较三种离子液体对纤维素酶活力的影响。之后分别对三种离子液体溶解再生前后的纤维素进行FT-IR、XRD、SEM、TGA表征。然后通过单因素和正交试验对溶解工艺参数进行优化,考察剪切次数对酶解转化率的影响,确定最佳的预处理条件。并通过平均粒径和分子量测定、XRD、TEM等分析测试手段对纤维素的超分子结构进行表征。最后通过对原位酶解反应体系的主要影响因素进行优化,确定最佳的酶解反应条件。在此基础上,利用中性氧化铝柱层析对甘蔗渣纤维素原位酶解产物进行分离,并比较回收前后离子液体结构及其纤维素溶解性的变化。结果表明：(1)通过比较三种离子液体,筛选出兼具良好的纤维素溶解能力又对纤维素酶具有较好的相容性的离子液体[Emim]DEP。对溶解再生前后纤维素结构表征结果表明经离子液体处理后纤维素的结构发生改变,更利于后续的纤维素酶解转化。(2)最佳的均相纳米化预处理条件：在温度110℃、微波功率400W、甘蔗渣纤维素浓度为1%的条件下溶解形成均相溶液,制备的均相溶液再经高压均质处理20次,在此条件下纤维素酶解率最高。对纤维素超分子结构分析表明,经均相纳米化预处理前后纤维素的粒径、结晶指数和分子量发生变化,更易于酶解糖化,从而使酶解率提高。(3)最佳的酶解反应条件：即离子液体浓度为7.5%,反应温度50℃,纤维素酶浓度1.745FPU/ml,酶解反应24h。通过柱层析成功的将离子液体和还原糖分离,回收的离子液体可以重复使用,且不影响其结构和性能。本文将均相纳米化预处理技术应用于纤维素预处理和原位酶解一步工艺中,从而实现甘蔗渣纤维素的高效原位酶解,以期为第二代生物燃料—纤维素乙醇的生产提供一条全新的途径,也为农业废弃纤维的高效开发利用提供理论依据和参考。
【作者】王蒙；
【导师】黄茂芳；潘思轶；
【作者基本信息】华中农业大学，农产品加工及贮藏工程，2014，硕士
【关键词】离子液体；甘蔗渣纤维素；溶解能力；高压均质；原位酶解；柱层析；

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