董艷梅，安艷霞，2，馬陽陽，張劍，李夢琴

（1 河南農業(yè)大學食品科學技術學院，河南鄭州450002；2 農業(yè)農村部大宗糧食加工重點實驗室，河南鄭州450002）

木質纖維素是地球上最為豐富的有機碳源、易于獲取、價格低廉且為可再生的資源，可轉化為生物燃料、化工產品和其他高附加值產品從而引起全球學者的高度關注。木質纖維素生物質主要由纖維素和半纖維素（50%～65%）及木質素（10%～30%）三大組分構成[1-2]，其轉化生物燃料或化學產品一般需經歷預處理、酶解及發(fā)酵過程，因其復雜的化學結構，直接酶解效率極低，通常在酶解之前進行預處理以破壞其致密結構，提高酶與纖維素的可及性。預處理的程度直接關系到后續(xù)酶解效果，預處理是打破生物質超強的生物降解抗性，是實現(xiàn)組分分離及高效酶解的必需步驟[3]（如圖1 所示）。預處理后分離得到的纖維素或半纖維素組分經酶解得到單糖或多糖，再通過生物和/或熱化學手段或發(fā)酵轉化成燃料及化工產品等，木質素則轉化為生物燃料或其他化工產品。

圖1 木質纖維素生物質預處理過程［4］

深度共熔溶劑（DES） 是通過氫鍵供體（HBD）和氫鍵受體（HBA）間的作用力形成的共晶混合物，其理化性質與離子液體（IL）類似[5]，因此也被稱為“類離子液體”。IL是純凈物，在室溫下為熔融態(tài)的鹽（由陰離子和陽離子構成），而DES為混合物，因DES易于合成、性能穩(wěn)定、成本低等，通常認為其制備及應用優(yōu)于IL。據(jù)報道，DES 的成本僅為IL 的20%[6]，Gorke 等[7]表明DES 的成本僅為IL的且其構成材料幾乎都是來自環(huán)境友好的物質；另外DES 具有良好的生物相容性，即與核酸、蛋白質、酶和微生物的相容性好，此外在生物有機催化與轉化、分子方面有廣泛的應用[8]。關于DES 在電化學、發(fā)酵、生物化工及生物制藥、食品和飼料工業(yè)以及生物質等領域應用的文獻報道近幾年呈指數(shù)式猛增。同時DES 也可作為IL 的替代溶劑溶解生物質中的多糖類物質（例如木糖、阿拉伯糖、淀粉和幾丁質等）和木質素，因此引起了全球科學界的關注[9]。

在生物精煉中DES 被認為是綠色和可持續(xù)工業(yè)利用中最有潛力的新型溶劑[10-11]，擁有優(yōu)于常規(guī)溶劑的理化特性，且可以有目的性地進行理性設計[12]。目前DES的合成及在工業(yè)化應用中的研究尚處于初級階段，關于該主題的第1篇論文在2001年報道[13]，20 年來關于該方面的研究報道急劇增加，僅2016—2017 年發(fā)表了超過1000 篇文章（基于Sci-Finder數(shù)據(jù)）。DES預處理生物質過程中在保持纖維素和半纖維素相對完整的前提下，在選擇性萃取木質素中發(fā)揮著重要作用且預處理后生物質的糖損失相對較低。例如用氯化膽堿（ChCl）/草酸預處理的結果表明在溫和的條件下可去除＞90%的木質素[14-15]。

本文介紹了生物質預處理研究現(xiàn)狀、DES的分類及理化性質、綜述了DES 預處理對木質纖維素生物質組分的影響機制及DES 對生物質預處理效果的影響因素，與酶和微生物相容性等，最后對DES大規(guī)模應用于生物質預處理的機遇和挑戰(zhàn)進行了展望。

1 生物質預處理研究現(xiàn)狀

生物質直接轉化為生物燃料和化工產品的成本高、效率低[16-17]，轉化前要進行預處理。預處理方法有物理法（機械擠壓、碾削、微波及超聲波等）、物理化學法［蒸汽爆破、水熱、氧化、亞硫酸鹽處理（SPORL）、氨法等］、生物化學法（稀酸、稀堿、臭氧法、有機溶劑、IL 和DES 等）[18-20]。目前僅稀酸、蒸汽爆破等預處理技術應用于工業(yè)化生產中[21]，上述方法大都需要高溫高壓，而在這些苛刻條件下，半纖維素和/或木質素在一定程度上溶解和/或降解形成抑制劑[17,22]。在溫和條件下，IL展現(xiàn)出對木質素有良好的溶解性，然而，由于IL 成本高、與酶和微生物相容性差及回收利用等問題，使其大規(guī)模的應用遭到了強烈的質疑[23]。鑒于此，開發(fā)新型的生物質預處理溶劑及預處理技術迫在眉睫。

DES是一類新型的“綠色”溶劑，與傳統(tǒng)溶劑和ILs 相比，可有效去除生物質的木質素，同時保留大部分纖維素，在生物質預處理方面展現(xiàn)出巨大的潛力，且具有制備簡單、價格低廉、性質可調、可生物降解、可循環(huán)使用等優(yōu)勢。DES的構成材料來源廣泛且易于獲取[24]，另外因其獨特的理化性質等，學者們紛紛對其在生物精煉中的應用展開研究[11]。據(jù)報道，DES 可溶解并提取純度＞90%的高品質木質素，可提取稻草中60%的木質素[12,25]，但DES 對纖維素幾乎不溶[9]。DES 可有效用于生物質預處理中，例如用氯化乙基銨/乙二醇（EAC/EG）預處理油棕樹纖維（OPT），發(fā)現(xiàn)處理后的OPT有74%的葡萄糖生成[26]；ChCl/草酸和ChCl/尿素用于稻草的預處理，其葡萄糖產率高達90.2%[27]，ChCl/甲酸用于玉米秸稈預處理，則水解率為99%[5]。類似地，分別用ChCl/甘油和ChCl/咪唑預處理玉米芯，纖維素轉化率高達92%～95%[14]。盡管DES比IL有更多的優(yōu)點，但目前尚未大規(guī)模的工業(yè)化使用，因此亟待深入研究[24]。

2 DES的構成及其特性

DES 由大的非對稱離子構成，具有低晶格能量、較低的熔點[13]。通常由HBA（如季銨鹽、季鹽等）和HBD（如酰胺、羧酸和醇類等）構成，形成低共熔混合物[28]，常見的HBD 和HBA 分子式如圖2所示。

據(jù)其化學組成進行分類如下：

圖2 合成DES的氫鍵供體和氫鍵受體的分子式

Ⅰ型Y=MClx，M=Zn，Sn，F(xiàn)e，Al，Ga；

Ⅱ型Y=MClx·yH2O，M=Cr，Co，Cu，Ni，F(xiàn)e；

Ⅲ型Y=R5Z，Z=—CONH2，—COOH，—OH；

Ⅳ型 金屬氯化物（如ZnCl2）與尿素、乙酰胺、乙二醇等氫鍵供體形成。

DES是在常溫下為熔融態(tài)的混合鹽，一般由兩種或兩種以上價格低廉且生物相容性好、易獲取的化合物構成，制備簡單只需要按照一定的摩爾配比混合加熱即可，因不易揮發(fā)、易生物降解等特點贏得國內外學者的廣泛關注[26]。理論上，任何HBD和HBA 之間相互作用均可制備DES，但實際操作及設計上，常常選擇合適且易形成氫鍵的原材料，以合適的配比，根據(jù)需要制取理想的DES。

3 DES預處理對生物質組分的影響

生物精煉需要通過預處理降低其抗性就是從生物質中分離出三大組分，繼而轉化為高附加值產品。而DES 具有提供和接受質子、溶解木質素和木聚糖的性能，可促使三大組分的解離[29]。生物質預處理通常有兩種方式：一是生物質完全溶于溶劑中，然后添加如水、丙酮等反相溶劑使纖維素組分再生出來，而木質素等組分留存于溶劑中[30]；二是選擇性地溶解木質素或半纖維素組分，而纖維素作為不溶物分離出來[31-32]，溶于溶劑中的木質素或半纖維素組分可通過酸沉或其他方法再生出來。

3.1 去除木質素

木質素是生物質中天然的物理屏障且可與非生產性/非特異性的酶結合限制或阻礙多糖與酶的接觸[33-35]。與纖維素和半纖維素相比，DES 對木質素有良好的溶解性能，尤其是酸性的DES 例如由乳酸、蘋果酸和草酸構成的DES[9]，結果表明可去除玉米芯、水稻、小麥秸桿、楊樹及道格拉斯冷杉等物質中的木質素，去除率高達90%[11,15]。Kumar 等發(fā)現(xiàn)DES 可溶解稻草中的木質素并提出選擇性萃取木質素的機制，因纖維素具有強烈的氫鍵網絡結構，對其溶解需要兩個氫鍵網絡分離和重組形成一個更穩(wěn)定的熱力學系統(tǒng)，然而纖維素的內聚能強大，DES氫鍵的結合力無法使其溶解，因而對纖維素不溶[25]。最合理的解釋是去除木質素，解離出高度交聯(lián)的木質素-碳水化合物復合物（LCCs）[25]。選擇合適的DES 對生物質的特定組分進行溶解，作用方式由“全部溶”轉為“部分溶”，從而得到纖維素組分。

Kim等[36]以ChCl為HBA，以木質素的衍生物為HBDs 例如4-羥基芐醇（HBA）、兒茶酚（CAT）、香蘭素（VAN）、對香豆酸（PCA）等合成了一系列DES，用于柳枝稷的預處理，結果表明ChCl/PCA 脫木質素最高為60.8%，其次是ChCl/VAN（52.5%） 和ChCl/CAT （49%）。Procentese 等[14]用ChCl/甘油和ChCl/乙二醇預處理蘋果渣、土豆皮、咖啡銀皮和啤酒廢棄物，結果表明對蘋果渣木質素去除率最高為62%，最低的是馬鈴薯皮為33%，另外還指出，抑制劑如羥甲基糠醛和糠醛的濃度低于0.015g/L，沒食子酸、阿魏酸和香豆酸小于最小可檢測值（0.1g/L），且低于典型的酶解液和發(fā)酵抑制閾值。因此，經部分DES 預處理后的生物質無需進一步處理，可直接進行酶解。

3.2 去除半纖維素

半纖維素是生物質組分中較為敏感的部分，在酸堿條件下易水解或降解，對半纖維素組分的研究相對較少。LCCs 是木質素與碳水化合物（尤其是半纖維素）通過芐酯、芐醚、苯基糖苷官能團形成強共價鍵和氫鍵網絡結構的交聯(lián)作用，從而具有一定的生物抗性[37]，因此通過基于LCCs 的解離去除半纖維素組分來提高酶的可及性和酶解效率。DES通過破壞碳水化合物和木質素之間的氫鍵來水解LCC鍵，并在LCC中的羥基和DES間的氯離子間形成新的競爭性氫鍵。

半纖維素（約80%）在酸性pH 1.5～2、高于120℃和30 min 的條件下可水解成單糖即木糖、阿拉伯糖甘露糖、半乳糖等[17]。研究表明在酸性DES中即ChCl/草酸作用后，半纖維素在120℃下4h 內水解95.8%[27]；用ChCl/尿素在120℃條件下處理12h，僅有20%的半纖維素水解[27]。然而經ChCl/乳酸和甜菜堿/乳酸在60℃下處理12h，也未觀察到半纖維素的水解[25]。因此，強酸性DES 需要120℃，大約4h 去除半纖維素，而在弱酸性DES 中僅有少量的半纖維素去除。因此半纖維素的去除同樣取決于預處理條件和DES類型。

3.3 對纖維素的影響

本節(jié)探討DES 預處理對生物質纖維素的影響，結晶度指數(shù)（CrI）是最常被研究的參數(shù)之一[38]。結晶度是關于纖維素結晶含量的函數(shù)，因半纖維素和木質素是無定形的，去除后則導致CrI 增大，底物和纖維素酶結合位點增加，進而提高酶解效率[24,39]。

Zhang 等[40]報道微晶纖維素（即Avicel pH-101） 不溶于ChCl/尿素（1/2） 和ChCl/ZnCl2（1/2）即使在高溫下110℃、12h 下也不溶；然而，有報道無定形的纖維素（棉短絨漿）在ChCl/尿素和ChCl/咪唑中分別溶解1.43%和2.48%[41-42]。另外5%聚乙二醇（PEG）作為共溶劑，可使紙漿在ChCl/咪唑中的溶解度至4.57%[41-42]。

接著Procentese 等[14]研究了DES 預處理生物質玉米芯的情況，結果表明用ChCl/甘油、ChCl/尿素和ChCl/咪唑在80℃、115℃和150℃下可有效除去玉米芯中木質素和半纖維素，預處理后CrI 數(shù)值增加。類似地Jablonsky等[43]研究表明生物質經DES預處理后水解率的提高是由于纖維素結晶的破壞和/或木質素的去除。有趣的是，Nor等[44]發(fā)現(xiàn)經ChCl/尿素在110℃、1h 預處理后天然油棕的CrI 下降，然而在80℃、1h條件下CrI升高，究其原因為低溫預處理僅去除無定形半纖維素和木質素，同時纖維素保持相對完整，導致CrI 有所增加；高溫破壞了纖維素的結晶度，導致CrI下降。

總之，DES預處理去除木質素及半纖維素效果在很大程度上取決于生物質本身的生物抗性、DES溶劑的選擇及預處理條件和工藝。

4 預處理效果的影響因素

生物質的預處理效果因生物質（底物）類型、DES類型、預處理溫度、生物載量、輔助手段及工藝的不同而有顯著差異，見表1，下文分別對各影響因素進行討論。

4.1 生物質的類型

因種屬和生長環(huán)境的不同，生物質在組成及結構上有明顯的差異[46]。例如半纖維素在草本類植物如小麥、水稻秸稈中，木聚糖是主要成分，在軟木中葡甘露聚糖則為主要成分。木質素的結構單元主要有對羥苯基（H）、愈創(chuàng)木基（G）和紫丁香基（S）構成，針葉材類生物質主要含G型結構，闊葉材類生物質則由G和S型構成，而非木材類如禾本科農作物則由H、G 和S 單元構成[47]。另外，即使同種原料不同的組織、不同的部位，生物質組分也有差異[15]。

表1 不同預處理條件時木質素和半纖維素去除率及纖維素轉化率

Wahlstrom 等[48]用ChCl/硼酸（5/2）、ChCl/甘油（1/1）和甜菜堿/甘油（1/1）對桉樹紙漿、纖維素（MCC）、麥秸和云杉鋸進行了預處理，預處理后水解率最大的為桉樹紙漿（62%），其次是MCC（49%），小麥秸稈（18%）和云杉木屑（8%），該研究表明溫和的預處理對農業(yè)廢棄物小麥秸稈、玉米芯、柳枝稷等和其他低頑固的基質（即無定形纖維素、牛皮紙漿等）有效，而對云杉、木屑、棗椰樹等高頑固生物質效果不明顯仍需進一步研究；該研究的另一個發(fā)現(xiàn)是酸性ChCl/硼酸（5/2）比甘油基ChCl/甘油（1/1）和甜菜堿/甘油（1/1）的處理效率高?；贑hCl 的酸性DES，甲酸（pKa3.75 的高酸性強度）＞乳酸（pKa3.86）＞乙酸（最低酸性強度pKa4.75）用于松樹屑的預處理中[49]，結果表明ChCl/甲酸對木質素提取率最高14%，水解率70%。同樣地與ChCl/乳酸相比，高酸性ChCl/草酸（pKa1.2）對小麥秸稈脫木質素率為57.9%[43]。因此，強酸性的DES預處理對木質素的萃取更有效。

4.2 DES的類型

DES的類型很多，對生物質有良好預處理效果的并不多。張成武[15]以ChCl 為HBA，研究了以一元羧酸、二元羧酸、多元醇為HBA 的三類DES 預處理玉米芯，結果表明當HBA 為羧酸時，一元酸脫除木質素的效果大于二元酸，而HBA 為多元醇時，也可高效脫除木質素。

我國《最高人民法院關于審理涉及馳名商標保護的民事糾紛案件應用法律若干問題的解釋》第9條指出，足以使相關公眾認為被訴商標與馳名商標具有相當程度的聯(lián)系，而減弱馳名商標的顯著性、貶損馳名商標的市場聲譽，或者不正當利用馳名商標的市場聲譽的，屬于《商標法》第13條第2款規(guī)定的“誤導公眾，致使該馳名商標注冊人的利益可能受到損害”。有學者據(jù)此推論，該條的規(guī)定表明我國司法實踐已經引入了淡化理論。? 參見王遷著：《知識產權法教程》，中國人民大學出版社2016年版，第530頁。我國法院在適用法律過程中，可以判定除了混淆行為侵害商標權之外，淡化也是對他人在馳名商標上享有的相關權益的侵害。

DES的酸度、堿度對木質素、半纖維素的去除率均有影響。Zhao 等[50]研究了一系列堿性DES（pH 7.3～10.9）預處理小麥秸稈，研究發(fā)現(xiàn)堿性最大的DES 對木質素提取率最高，pH 最小的DES 提取木質素含量最少。Hou等[45]研究了一系列ChCl/多元醇的DES 預處理水稻秸稈，結果表明堿性酰胺基DES比多元醇基DES預處理效果好。

同時有研究表明DES的酸度對脫木素也起著關鍵性的作用，對木質素溶解性能隨酸含量的增加而提高，例如當ChCl/乳酸的摩爾比為(1/1)～(1/9)時，用纖維素和木質素作為底物進行預處理，發(fā)現(xiàn)隨乳酸含量的增加有更多的木質素溶解；類似地，以稻草作為底物，ChCl/乳酸的摩爾比(1/2)～(1/5)時，同樣觀察到有更多的木質素溶解即51%～60%[51]。最近Kumar 等[25]的研究中用由ChCl/乳酸不同摩爾比[(1/2)～(1/15)]構成的DES 預處理玉米芯，結果表明木質素去除率隨乳酸比例的增加有明顯的提高（64.7%～93.1%），不過水解率卻保持在80%左右（79.1%～83.5%），同時該研究也表明即使選用最少的乳酸摩爾比（1/2）也可達到良好的預處理效果[15]。Mamilla 等[52]研究發(fā)現(xiàn)ChCl/草酸摩爾比為1/2比1/1 時，DES 對木質素脫除效果好。同時李奧林[53]也研究了ChCl/乳酸體系（不同摩爾比）預處理水稻秸稈對其組分分離及后續(xù)多糖酶解效率的影響規(guī)律，結果表明提高乳酸的摩爾比例可提高木聚糖和木質素的去除率，并可獲得高純度的木質素組分。

4.3 DES的黏度

黏度是DES 重要的物理特征之一，較低黏度的DES 更易滲入到木質纖維素組分中。眾所周知，黏度越大越不利于傳質，從而阻礙了木質纖維素之間的相互作用，不利于生物質的預處理。降低DES黏度的方法常見的有三種，即添加水分[54-56]、提高溫度[57]和添加第三組分[58]。

Kumar等[25]用ChCl/乳酸預處理水稻秸稈時，發(fā)現(xiàn)添加5%的水在60℃下木質素的提取率提高22%，添加水分后黏度有一定程度的降低，DES與底物間的接觸機會增加。Lynam 等[49]研究了DES 加入5%的水分用于預處理松木，提取的木質素純度提高，但水分含量增加到50%的時候，DES便失去了脫木質素的作用。Dai等[59]制備了葡萄糖/ChCl/水的三元DES 研究了20～60℃的黏度，發(fā)現(xiàn)當溫度從20℃到40℃，黏度降低了2/3。另外，Kandanelli等[60]在ChCl/草酸的基礎上添加醇構成了三元DES用于稻殼、水稻秸稈和小麥秸稈等的預處理，結果發(fā)現(xiàn)醇類的添加降低了DES 體系的黏度，對木質素提取率比二元DES提高了50%以上。

4.4 溫度的影響

Procentese 等[14]研究了溫度對預處理效果和酶解效率的影響，經ChCl/甘油處理后玉米芯水解率從80℃的39.9%增至150℃的91.5%；同樣經ChCl/尿素處理時提高溫度，水解率從51%提高至58.6%；然而用ChCl/咪唑預處理，則隨著溫度的升高，預處理效果并無顯著提高。類似地，張成武[15]也發(fā)現(xiàn)隨著預處理溫度的升高（90～110℃），木質素去除率和纖維素酶解率均有提高，另外酶解率上升的同時伴隨著糖的大量損失，因此糖的收率也不再提高，在90℃后收率為77.8%～79.7%，趨于穩(wěn)定。總之，提高溫度，ChCl 的相催化轉移力將增強，木質素或/和半纖維素的溶解加快，在一定溫度范圍內，溫度提高可獲得較好的預處理效果及提高糖收率，但過高的溫度會造成較大的糖損失。

4.5 生物載量的影響

Mamilla等[52]研究了DES即ChCl/草酸和ChCl/氫氧化鉀分別在1.0%～10.0%生物載量下預處理山毛櫸木，結果表明隨生物載量的增加，ChCl/草酸的木質素提取率下降了16%，類似地，ChCl/氫氧化鉀的提取率下降了8%。低生物載量預處理效果相對較好，分析其原因主要是溶劑可充分接觸木質纖維素組分，溶劑與物質間碰撞概率高，但從經濟角度考慮，增加了生產成本。隨生物載量的增加，生物質與溶劑接觸相對減少，體系的濃度、黏度增加，木質素的提取率有所下降。

4.6 微波、超聲波等輔助手段

超聲波在DES 預處理中有空化作用，即溶劑分子間的距離超出溶劑平衡的臨界分子距離，溶劑介質發(fā)生斷裂，形成微泡。微泡的膨脹和閉合引起強烈的撞擊作用，起到了良好的混合作用，同時溫度升高，促進DES 與木質纖維素之間充分接觸。Malaeke 等[63]首次將一系列由ChCl 和苯酚、α-萘酚、間苯二酚、馬來酸構成的DES 超聲波輔助預處理應用于木質纖維素生物質中，結果表明ChCl/間苯二酚對木質素溶解率高達48.15%，同時發(fā)現(xiàn)超聲能有效去除和破壞木質纖維素結構表面的蠟層和硅體，促進木質素的溶出。

4.7 兩階段預處理工藝

選用單一的DES 預處理生物質盡管在一定程度上提高了糖的產率和酶解率，可是具有高效預處理的DES 種類畢竟有限。Hou 等[27]選用ChCl/尿素（CU）、蘋果酸/脯氨酸（MP）和ChCl/草酸（CO）等DES，研究了單一DES和兩種DES協(xié)同預處理對水稻秸稈及其后續(xù)酶解的影響，結果表明當水稻秸稈用兩種DES 分兩階段進行預處理，與僅用CU 或MP比較，預處理效果明顯提高，經MP-CU預處理后木質素含量下降至10.8%，纖維素提高至54.6%。經CO-CU 預處理后，大大提高了多糖的消解率和葡萄糖產率（89.8%），去除了大量的半纖維素且纖維素損失較少，糖產率高于單獨用CO 處理后效果（72.9%）。兩種DES 分階段進行預處理相比傳統(tǒng)預處理具有更好的效果，葡萄糖產率明顯提高。選用兩種DES 分階段處理彌補了有缺陷DES 的應用限制，提高了DES 的綜合利用率。缺點是預處理后的物質可能含有殘留的DES，或許對纖維素酶和微生物產生抑制作用，但充分洗滌會有大量廢水產生，進而引起環(huán)境問題[64]。因此，兩種DES分階段預處理的協(xié)同作用機制及工業(yè)化應用有待于進一步的研究。

5 DES與酶和微生物的相容性

生物燃料生產最常用的兩種工藝是預處理后水解和發(fā)酵（SHF），或同時糖化（水解）和發(fā)酵（SSF）。如果溶劑有一定的毒性，則會對酶和微生物產生抑制作用，需用大量水或其他方法將溶劑去除，以獲得高產量的發(fā)酵糖。有研究表明構成DES的成分如ChCl 和尿素，均可引起蛋白質失活[65]，但值得注意的是當形成DES 時，蛋白質失活率降低數(shù)倍。在脂肪酶催化的酯交換反應中也觀察到該現(xiàn)象，在某些DES 類似的ChCl/甘油或尿素的轉化率與在甲苯中相當，表明在DES 中某些脂肪酶具有良好的穩(wěn)定性[65]。

最近評估了DES 對纖維素酶活性的影響，Gunny等[66]以基于ChCl的DES，以甘油或乙二醇或丙二酸為HBD比例為1∶2，預處理48h，培育曲霉屬的纖維素酶，結果顯示對照組的濾紙活性在48h后降低了10%，而在含有丙二酸的DES 的24h 內，活性降低了60%；相反，在甘油或乙二醇中，只有少量的纖維素酶活性降低；用纖維素酶水解Avicel時，10%的ChCl/甘油或乙二醇僅使葡萄糖濃度降低約1mmol/L，表明ChCl/丙二酸對纖維素酶具有一定的抑制作用。

Wahlstrom 等[48]研究了高濃度DES 對酶活和水解率的影響，在檸檬酸緩沖液中以85%濃度、pH 5.0 和50℃條件下，用ChCl/硼酸（5/2）、ChCl/甘油（1/1）和甜菜堿/甘油（1/1）三種DES純化并檢測了來自里氏木霉的纖維素二糖水解酶Cel7A、纖維素內切酶Cel5A 和Cel7B，以及木聚糖酶Xyn11。同時該研究用1-乙基-3-甲基咪唑乙酸酯（[EMIM]Ac）約4h內，酶的活性幾乎降至為零，而ChCl/甘油（1/1）對酶的抑制作用較小，酶的活性變化較小，該結果在意料之中，因甘油被認為是酶的穩(wěn)定劑[67]。

關于DES 與微生物相容性的研究較少，Hayyan等[68]采用濾紙擴散試驗對常見細菌枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌及銅綠假單胞菌分別作用24h，對基于ChCl的甘油、乙二醇、三甘醇、尿素構成的DES，均無抑制作用。而另一研究報道[69]基于磷銨的DES（甲基三苯基溴化磷銨）與甘油、乙二醇和三乙二醇在相同條件下對上述4種細菌有抑制作用。

上述研究表明，一些DES 與酶、細菌和微生物具有一定的生物相容性，然而也有報道稱高濃度的DES 對它們有害。為了更好地運用該類溶劑，本研究領域需要進一步深入的研究。

6 DES的回收循環(huán)利用

DES 大規(guī)模應用的關鍵是其回收和熱穩(wěn)定性[23]，也是其降低成本、大批量工業(yè)化應用的優(yōu)勢之一[12]。通常認為DES比IL更易回收，因DES的制備合成/回收不涉及化學反應，只涉及破壞或構成HBD和HBA組分的氫鍵網絡結構[70]。

關于回收利用方面Kim等[36]研究了DES的回收及循環(huán)應用于柳枝稷的預處理中，通過分離出木質素后回收使用DES，結果表明第1 次回收率為95%，3 個循環(huán)后功效并未明顯下降[36]。在其他領域也有關于DES 的回收情況，例如Jeong 等[71]使用DES即由甘油、脯氨酸和蔗糖以9∶4∶1的摩爾比提取白參中的人參皂苷，基于固相萃取法從DES提取物中回收人參皂苷，采用冷凍干燥以回收和利用DES 3次，回收后性能較穩(wěn)定且觀察到提取率稍有下降（首次為91.9%，第2、3 次為85.4%和82.6%）。Lobo 等[72]合成鄰苯二甲酸酐和伯胺的N-芳基鄰苯二甲酰亞胺衍生物通過使用ChCl/尿素和ChCl/丙二酸提取芳香胺，在ChCl/丙二酸作用下，甲醇作為催化劑，分離出固體物后通過回收甲醇及溶劑，結果表明經5次循環(huán)使用，回收的DES催化活性并未明顯降低。同樣，由四丁基氯化銨/聚乙二醇構成的DES 再次用有機溶劑（乙醚）洗滌4次后其活性和穩(wěn)定性并未明顯降低[73]。

7 結語

DES是一類全新的生物質預處理溶劑，如果在以下方面取得突破，基于該平臺的生物質轉化將有望實現(xiàn)。

（1）DES的黏度相對較高，不利于傳質，給應用帶來困難，該領域未來的研究方向是合理設計出低黏度、高熱穩(wěn)定性的DES，可根據(jù)空穴理論設計出低黏度的DES、使用混合DES體系、添加其他溶劑等。

（2）目前DES 中HBD 和HBA 在生物質轉化中的作用機制及協(xié)同作用需要進一步的研究，為理性設計出更優(yōu)異的DES 體系提供理論與技術支持，進而完善廉價、高效、綠色的碳水化合物轉化過程。

（3）要實現(xiàn)DES 在生物質轉化中的工業(yè)化應用，可從兩方面著手，首先從可再生、綠色生物基原料出發(fā)設計更廉價、熱穩(wěn)定性更高的DES；其次，發(fā)展高效的DES 回收循環(huán)技術，從而降低生產成本。

（4）將DES 介質與先進的生物轉化及分離技術相結合，碳水化合物高效轉化，為木質纖維素生物質的大規(guī)模應用奠定理論基礎及技術支持。