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预处理是木质纤维原料生物转化的关键步骤之一,绿液(GL)的主要化学成分是Na2CO3和Na2S,可用于木质纤维原料的预处理以提高酶水解还原糖的转化效率。同时,木质素对纤维素酶的无效吸附是影响纤维原料酶水解效率的一个重要因素,与化学预处理过程中木质素结构和性质的变化密切相关。本课题从杨木原料和绿液预处理杨木中分离制备磨木木质素(MWL),采用化学和光谱分析等手段详细探讨了绿液预处理过程中木质素结构的变化,并借助石英晶体微分析天平(QCM)分析了预处理木质素结构变化对酶吸附的影响。主要研究内容与结果如下。1、预处理前后杨木MWL的分离及结构表征。杨木经总可滴定碱(Total titratable alkaline,TTA)用量为8%和16%的GL预处理后,分离得到的MWL中木质素含量达96%以上,而杨木原料MWL纯度的仅为88.7%,预处理后杨木MWL的重均相对分子质量从9000降至约6000。随着预处理TTA用量的增加,碱性硝基苯氧化产物得率降低、产物S/V比增大,臭氧降解产物得率下降、E/T比增大,表明GL预处理中木质素大分子发生碎片化,缩合程度增加,并且G单元木质素及苏型构象木质素的醚键在弱碱条件下更易断裂。红外光谱显示,杨木磨木木质素属于典型的GS型木质素,且TTA增加,S/G比增大。定量13C-NMR和2D HSQC-NMR分析结果显示,GL预处理杨木MWL的缩合程度、S/G比均增加,与化学降解研究结果相符。杨木MWL的β-O-4’键型比例达50%以上,GL预处理杨木MWL的β-O-4’减少,但β-β’和β-5’总含量略有增加。乙酰化样品的1H-NMR结果显示,杨木MWL的甲氧基和酚羟基含量分别为1.47/C9和0.22/C9,GL预处理后MWL的甲氧基和酚羟基均增加。2、杨木MWL生物传感器的制备与表征。将不同浓度的MWL的二氧六环溶液旋涂至QCM金芯片上,可制备磨木木质素QCM生物传感器膜。原子力显微镜观察显示,相同预处理TTA用量下,膜表面粗糙度随MWL溶液浓度增高而下降;相同浓度下,经GL预处理杨木的MWL膜表面粗糙度较低。MWL膜表面X射线光电子能谱分析结果表明,随着预处理TTA用量和木质素纯度增加,C-C键连接增加,同时O/C比减小。3、预处理前后杨木MWL对纤维素酶的吸附-解吸行为。采用QCM-D在4℃下表征MWL膜对纤维素酶的吸附行为,结果显示,MWL的吸附主要分为快速和慢速吸附两个阶段。MWL膜表面对酶的吸附及解吸量随纤维素酶浓度增加而增大。在不同酶浓度下,经预处理杨木的MWL对纤维素酶的吸附力更强。ΔD-Δf相关曲线分析表明,接近吸附平衡时,预处理杨木MWL比原料MWL与纤维酶的相互作用更强。低浓下,酶吸附层具有粘弹性,随着吸附量的增加,酶吸附层逐渐疏松,吸附层构象发生变化;高浓下酶吸附层结构较为致密,吸附层构象较稳定。本研究还通过QCM-D数据分析建立了MWL膜表面酶吸附动力学参数的经验模型,从而获得不同测定条件下的理论最大吸附量、酶吸附速率等相关信息。