解先利，劉云云，余強(qiáng)，張宇，張榮清，邱雨心

（1 陜西科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，陜西 西安 710021；2 中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所，廣東 廣州 510640）

化石燃料儲(chǔ)量有限以及燃燒過(guò)程引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題（如空氣污染、溫室效應(yīng)），使得以農(nóng)林廢棄物、市政固體廢棄物和工業(yè)廢料等廢棄物為原料的燃料乙醇成為頗具前景的綠色替代能源。使用可再生的燃料乙醇可減少溫室氣體排放，因?yàn)檗r(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程吸收的CO和其轉(zhuǎn)化為燃料后燃燒排放的CO量相當(dāng)，可達(dá)到碳中和，因此發(fā)展燃料乙醇對(duì)維持生態(tài)平衡具有重要意義。

近年來(lái)，中藥業(yè)在我國(guó)蓬勃發(fā)展，其生產(chǎn)加工過(guò)程產(chǎn)生的中藥渣呈逐步增加趨勢(shì)，每年排放量約有(6000～7000)萬(wàn)噸。傳統(tǒng)的中藥渣大多采用廢棄、填埋以及焚燒等方法處理，造成了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問(wèn)題。中藥渣作為生物質(zhì)的一種，其含有豐富的纖維素、半纖維素等多糖以及木質(zhì)素組分，采用生物、熱化學(xué)等技術(shù)可將其轉(zhuǎn)化為燃料和高附加值能源產(chǎn)品。

生物質(zhì)轉(zhuǎn)化燃料乙醇一般需要經(jīng)過(guò)預(yù)處理、酶水解和發(fā)酵過(guò)程。預(yù)處理主要目的是打破原料致密復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，對(duì)后續(xù)酶水解至關(guān)重要。預(yù)處理方法主要有物理法（機(jī)械法、微波處理法和超聲波處理法等）、化學(xué)法（酸法、堿法和高溫液態(tài)水等）以及有機(jī)溶劑法（離子液體）等。低共熔溶劑（DES）作為有機(jī)溶劑的一種，因具有易制備、成本低、易回收等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。DES 又稱類離子液體，通常是由氫鍵受體（HBA）和氫鍵供體（HBD）通過(guò)分子間氫鍵形成均一、穩(wěn)定的綠色溶劑，且混合物熔點(diǎn)低于任意組分熔點(diǎn)。HBA 通常為氯化膽堿等，HBD 一般為羧酸、酰胺和多元醇等。Li 等以氯化膽堿為氫鍵受體，乳酸為氫鍵供體，在不同摩爾比下分別合成DES 對(duì)稻草進(jìn)行預(yù)處理，發(fā)現(xiàn)在90℃、氯化膽堿∶乳酸摩爾比為1∶3 條件下，反應(yīng)3h，木質(zhì)素和半纖維被有效去除。Zhang等用氯化膽堿/一元羧酸、氯化膽堿/二元羧酸和氯化膽堿/多元醇預(yù)處理玉米芯，發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素脫除和酶水解效率的提高與酸量、酸強(qiáng)度和氫鍵供體的性質(zhì)有關(guān)，高效DES 對(duì)原料預(yù)處理效果至關(guān)重要。

本文以甘草中藥渣為原料，在前期實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，以氯化膽堿（ChCl）為氫鍵受體（HBA）、乙醇胺（M）為氫鍵供體（HBD），在摩爾比1∶5 條件下合成DES，考察了DES體系不同溫度、時(shí)間和固液比對(duì)預(yù)處理前后甘草渣化學(xué)組分和酶解效果的影響，并利用類分形動(dòng)力學(xué)、掃描電鏡（SEM）、X 射線洐射儀（XRD）和傅里葉變換紅外光譜（FTIR）對(duì)相關(guān)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了分析。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

甘草渣由中國(guó)四川神農(nóng)藥業(yè)有限公司提供，原料洗滌，烘干粉碎后，過(guò)篩至20～60目之間，儲(chǔ)存在密封袋于干燥皿中保存，備用。纖維素酶，由丹麥諾維信（NovezymesA/S）生物工程有限公司提供，其濾紙酶活為221FPU/mL；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所用的氯化膽堿、乙醇胺、檸檬酸、檸檬酸鈉等化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 中藥渣預(yù)處理

1.2.1 DES制備

氯化膽堿與乙醇胺以1∶5（摩爾比）混合，在80℃下150mL 耐壓瓶中攪拌直到形成均一透明的液體，冷卻至室溫后，轉(zhuǎn)移至血清瓶?jī)?nèi)置于干燥器內(nèi)室溫保存。

1.2.2 ChCl-M預(yù)處理中藥渣

將上述制備好的DES 和甘草渣底物按照一定比例加入到100mL 的高溫反應(yīng)釜內(nèi)，加熱攪拌（500r/min）使之充分混合并反應(yīng)一定時(shí)間后，固液分離，用100mL G3 砂芯漏斗過(guò)濾出固相底物，收集濾液和底物用于分析。DES預(yù)處理主要考察了反應(yīng)溫度（80℃、100℃、120℃）、固液比（1∶10、1∶15、1∶20）和反應(yīng)時(shí)間（1h、2h、3h、4h）對(duì)底物組分變化和酶解效果的影響，以期獲得較優(yōu)的DES預(yù)處理體系。

1.3 酶解糖化

將1g（絕干物料）未處理或預(yù)處理后的甘草渣裝于50mL 具塞三角瓶中，加入一定量pH 為4.8的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液和0.3%抗生素以抑制雜菌生長(zhǎng)，反應(yīng)底物濃度為50g/L，總體積20mL，纖維素酶添加量為20FPU/g 絕干底物，在50℃、150r/min 搖床酶解96h。反應(yīng)過(guò)程中定時(shí)取樣，樣品在12000r/min 離心10min 后取上清液，用高效液相色譜儀（HPLC）測(cè)定水解液中葡萄糖、木糖等單糖含量。酶解效率計(jì)算如式(1)所示。

式中，為酶解效率，%；、分別為水解液中葡萄糖和木糖濃度，g/L；、分別為原料中葡聚糖和木聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；為絕干物料底物濃度，g/L；1.11和1.14分別為葡萄糖轉(zhuǎn)換為葡聚糖的脫水系數(shù)和木糖轉(zhuǎn)換為木聚糖的脫水系數(shù)。

1.4 分析方法

1.4.1 原料組分分析

甘草渣預(yù)處理前后原料化學(xué)組分變化根據(jù)美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）標(biāo)準(zhǔn)分析方法進(jìn)行測(cè)定。首先稱取150mg±5mg待測(cè)樣品于2mL離心管內(nèi)，加入1.5mL 72%硫酸搖勻并置于30℃、150r/min 搖床下水解1h，待反應(yīng)結(jié)束后用42mL去離子水將水解產(chǎn)物完全洗滌至75mL 耐壓瓶中（此時(shí)硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%）。然后將洗滌完的水解產(chǎn)物蓋緊瓶塞，放入高壓滅菌鍋于121℃反應(yīng)1h充分水解，待反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫。在烘干至恒重的砂芯漏斗中進(jìn)行固液分離。固相部分于105℃烘箱烘干至恒重，計(jì)算酸不溶木質(zhì)素含量。濾液用碳酸鈣中和、離心并用2.5mL 注射器取1mL 上清液經(jīng)過(guò)0.22μm 濾膜轉(zhuǎn)移至液相瓶中，置于高效液相色譜（HPLC）中檢測(cè)葡萄糖、木糖濃度，再計(jì)算出原料中多糖的含量。固體回收率、纖維素保留率、半纖維素和木質(zhì)素去除率按照式(2)～式(5)進(jìn)行計(jì)算。

1.4.2 糖濃度分析

酶水解液中單糖濃度采用HPLC waters2695進(jìn)行檢測(cè)，色譜柱為Shodex sugar SH-1011 糖柱，溫度為50℃，流動(dòng)相為0.5mmol/L HSO，流速為0.5mL/min，檢測(cè)器為RI（refractive index），檢測(cè)器溫度為50℃。

1.4.3 表征與結(jié)構(gòu)分析

（1）掃描電鏡（SEM）分析 稱適量干燥后的樣品在真空條件下噴金，通過(guò)SEM（Hitachi，S-4800）在2.0kV加速電壓下獲取樣品形貌變化的電鏡圖。

（2）結(jié)晶指數(shù)XRD 分析 采用荷蘭帕納科公司X’Pert Pro MPD（PW3040/60）型X 射線衍射儀進(jìn)行分析測(cè)定，測(cè)定條件為：反射法、Cu 靶、電壓40kV、電流40mA、掃描范圍為5°～80°。結(jié)晶指數(shù)（crystallinity index，CrI）計(jì)算為式(6)。

式中，為002 衍射面的結(jié)晶強(qiáng)度（2=22.5°）；為基線的衍射強(qiáng)度（2=18.4°）。

（3）傅里葉變換紅外光譜FTIR 分析 將樣品于60℃烘箱烘干至恒重，取1mg樣品與150mg左右溴化鉀混合，充分研磨后，用壓片機(jī)壓制，制好后的樣品放入檢測(cè)器檢測(cè)。檢測(cè)器采用德國(guó)布魯克（Bruker）公司Nicolet IS 50型FTIR分析儀，測(cè)量波長(zhǎng)范圍為4000～600cm，掃描次數(shù)為32次。

1.5 類分形動(dòng)力學(xué)模型

不溶性纖維底物的酶解過(guò)程是復(fù)雜的固-液兩相催化過(guò)程，往往還發(fā)生在分形表面上，隨著反應(yīng)進(jìn)行，底物變得越難酶解，使得反應(yīng)速率常數(shù)隨著反應(yīng)的進(jìn)行不斷減小，故研究者通過(guò)假定速率常數(shù)與時(shí)間的關(guān)系提出了類分形動(dòng)力學(xué)，且該模型具有方程簡(jiǎn)單、參數(shù)少及易確定等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)此，本文根據(jù)類分形理論，假定速率常數(shù)與時(shí)間呈冪函數(shù)關(guān)系，建立了葡聚糖和木聚糖水解的類分形動(dòng)力學(xué)模型，分別如式(7)和式(8)所示。

式中，和分別為酶解過(guò)程的葡萄糖和木糖的得率；和分別和為底物葡聚糖和木聚糖水解反應(yīng)速率常數(shù)；和分別為底物葡聚糖和木聚糖的分形維數(shù)；0.9 為葡萄糖換算為葡聚糖的轉(zhuǎn)換系數(shù)；0.88為木糖換算為木聚糖的轉(zhuǎn)換系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 DES體系預(yù)處理?xiàng)l件的優(yōu)化

2.1.1 預(yù)處理溫度對(duì)殘?jiān)瘜W(xué)組分影響

反應(yīng)溫度是影響DES 體系預(yù)處理效果的關(guān)鍵因素，本研究在固液比為1∶20、反應(yīng)時(shí)間為3h條件下，考察DES體系不同反應(yīng)溫度（80℃、100℃、120℃）對(duì)甘草渣化學(xué)成分的影響。預(yù)處理前后甘草渣各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化見表1。

表1 ChCl-M體系不同預(yù)處理溫度對(duì)底物組分的影響

由表1可以看出，相比于未處理的甘草渣，DES體系預(yù)處理溫度為120℃時(shí)，甘草渣中大部分的木質(zhì)素和小部分的半纖維素被去除（去除率分別為77.86%和33.85%）；葡聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)從44.02%增加到61.98%，木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)從19.92%下降到7.25%，木聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本保持不變?？赡茉蚴请S著反應(yīng)溫度的升高，DES預(yù)處理液中的氫鍵作用增強(qiáng)，其選擇性與半纖維素和木質(zhì)素組分反應(yīng)并打破其結(jié)合鍵，使木質(zhì)素和半纖維素的去除率增加，ChCl-M體系預(yù)處理對(duì)原料脫木質(zhì)素效果更好；另外，溫度的升高，使得部分纖維素溶解在DES中，由表1也可看出，木質(zhì)素去除率隨溫度升高而增加，而葡聚糖的回收率隨溫度升高而降低，120℃時(shí)纖維素保留率已經(jīng)降低到85.63%，為了最大限度去除木質(zhì)素并回收纖維素，以利于底物后續(xù)的酶催化降解過(guò)程，超過(guò)120℃的實(shí)驗(yàn)結(jié)果本文就不作比較，因此在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)選擇120℃作為后續(xù)反應(yīng)條件。

2.1.2 預(yù)處理固液比對(duì)殘?jiān)瘜W(xué)組分影響

在以上實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，研究預(yù)處理固液比對(duì)原料組分的影響。實(shí)驗(yàn)過(guò)程預(yù)處理溫度選擇120℃，反應(yīng)時(shí)間為3h，考察DES和底物不同固液比（1∶10、1∶15、1∶20）對(duì)甘草渣化學(xué)組分的影響，預(yù)處理后甘草渣各組分變化見表2。

表2 ChCl-M體系下不同固液比對(duì)底物組分的影響

由表2可以看出，隨著DES和底物固液比的降低，物料回收率隨之降低，固液比為1∶20時(shí)，預(yù)處理效果較好，半纖維和木質(zhì)素去除率可分別可達(dá)到33.85%和77.86%，而纖維素回收率也在85.63%，相對(duì)較高。相反，在固液比為1∶10時(shí)，半纖維素和木質(zhì)素的去除率相對(duì)較低，分別為31.40%和75.86%。

可能原因是在DES 和底物固液比1∶10 條件下，DES體系整體黏度較大，底物濃度較高，傳質(zhì)傳熱可能受限，影響了原料表面和DES 溶劑組分的充分接觸，造成其對(duì)半纖維素和木質(zhì)素的降解能力下降，纖維素組分也保留率較高?？傮w上ChCl-M體系預(yù)處理對(duì)原料脫木質(zhì)素效果更好，推測(cè)是預(yù)處理液中某些組分更易與通過(guò)碳碳鍵和醚鍵連接而成的苯丙烷單體分子結(jié)合反應(yīng)，使其化學(xué)鍵斷裂進(jìn)而去除。另外，隨著固液比的降低，纖維素組分在DES中溶解的越多，由表2也可看出，葡聚糖的回收率隨固液比的降低而降低。為了最大限度去除木質(zhì)素，保留纖維素組分，選擇1∶20進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

2.1.3 預(yù)處理時(shí)間對(duì)殘?jiān)瘜W(xué)組分影響

反應(yīng)時(shí)間是影響DES 體系催化反應(yīng)的另一重要因素。本文在以上實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，在預(yù)處理溫度120℃、固液比1∶20 的條件下，考察不同預(yù)處理時(shí)間（1h、2h、3h、4h）對(duì)甘草渣化學(xué)組分的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 ChCl-M體系下不同預(yù)處理時(shí)間對(duì)底物化學(xué)組分的影響

由表3可以看出，當(dāng)預(yù)處理時(shí)間為4h時(shí)木質(zhì)素去除率最高，達(dá)到78.42%；預(yù)處理時(shí)間為1h 時(shí)，葡聚糖回收率最高，為93.47%。在預(yù)處理時(shí)間為2h 后，物料回收率和半纖維素去除率的差別并不大。可能原因是隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，部分底物降解之后，預(yù)處理溶劑DES 和未反應(yīng)底物之間得到充分接觸，反應(yīng)更完全，因此，底物中的半纖維素和木質(zhì)素在預(yù)處理4h后其去除率相對(duì)較高。由表2也可看出，葡聚糖的回收率隨反應(yīng)時(shí)間的增加而降低，綜合考慮最大限度去除木質(zhì)素和回收葡聚糖（葡聚糖回收率大于83%），選擇預(yù)處理時(shí)間4h 為本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)較優(yōu)預(yù)處理時(shí)間。

2.2 不同預(yù)處理殘?jiān)鼘?duì)酶解效果影響分析

為進(jìn)一步評(píng)價(jià)預(yù)處理效果，對(duì)ChCl-M 體系不同預(yù)處理?xiàng)l件所得底物及未處理原料進(jìn)行酶水解實(shí)驗(yàn)，考察DES 體系預(yù)處理對(duì)甘草渣酶水解效果的影響，結(jié)果見圖1。

由圖1(a)可看出，隨著預(yù)處理溫度的升高，底物水解液中葡萄糖、木糖濃度和纖維素酶解率均呈現(xiàn)明顯的增加趨勢(shì)。可能原因是隨著溫度升高，木質(zhì)素去除率升高，導(dǎo)致酶解效率增加。在120℃條件下，葡萄糖、木糖濃度和纖維素酶解率均有最大值，分別為23.65g/L、6.40g/L 和72.42%。由圖1(b)可以看出，DES 和底物的固液比對(duì)底物酶水解影響不太大。結(jié)合表2 分析推測(cè)，可能是底物組分的含量變化不大所導(dǎo)致。由圖1(c)可以發(fā)現(xiàn)，隨著預(yù)處理時(shí)間的延長(zhǎng)，水解液中葡萄糖、木糖濃度和纖維素酶解率均略有增加趨勢(shì)。由表3分析可知，預(yù)處理時(shí)間增加，木質(zhì)素去除率隨之升高，因此酶解效率也隨著增加。在預(yù)處理時(shí)間為4h 時(shí)，葡萄糖、木糖濃度和纖維素酶解效率達(dá)到最大，分別為25.17g/L、6.71g/L和78.57%；較未處理中藥渣酶解得率（30.40%）提高了1.58 倍。經(jīng)過(guò)底物酶水解過(guò)程分析，可推測(cè)預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)底物酶水解效果的影響為預(yù)處理溫度＞預(yù)處理時(shí)間＞固液比。

圖1 酶解96h后DES體系預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)甘草渣酶解效果的影響

2.3 類分形動(dòng)力學(xué)分析

為進(jìn)一步分析驗(yàn)證不同預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)酶水解效果的影響，將酶水解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入分形動(dòng)力學(xué)式(7)和式(8)進(jìn)行擬合。結(jié)果見圖2。由圖2 可以看出，試驗(yàn)點(diǎn)和擬合曲線非常接近，表4～表6中的相關(guān)系數(shù)均在0.94 以上，也證明了擬合程度非常好。這表明類分形理論能夠充分地研究纖維素酶水解動(dòng)力學(xué)。

圖2 類分形動(dòng)力學(xué)擬合值和實(shí)驗(yàn)值比較

由表4看出，不同預(yù)處理溫度葡聚糖水解的值差別不大，值差別不大；木聚糖水解的值均差別較大。底物顆粒不規(guī)則性可用分形維數(shù)衡量。原料經(jīng)過(guò)不同溫度預(yù)處理后，在表觀上顆粒尺寸大小和尺寸分布相似，這可由表中葡聚糖值接近得到證實(shí)。表4中結(jié)果可看出，不同預(yù)處理溫度所得底物與纖維素酶的有效吸附性差別較大，這與底物酶水解結(jié)果一致；不同預(yù)處理時(shí)間對(duì)半纖維素的降解影響比較大，這與表4 中的木聚糖值差別比較大結(jié)果一致。

表4 不同預(yù)處理溫度類分形動(dòng)力學(xué)擬合得到的速率常數(shù)和分形維數(shù)

由表5可以看出，不同固液比的葡聚糖水解和木聚糖水解的值差別不大。結(jié)合表2 分析，同樣原料經(jīng)不同固液比預(yù)處理后，木質(zhì)素去除率和半纖維去除率差別不大，這與表5中葡聚糖水解和木聚糖水解的值差別不大結(jié)論相一致；由底物酶水解結(jié)果也驗(yàn)證了不同原料脫木質(zhì)素效果，底物與纖維素酶之間的有效吸附性差別不大這一結(jié)論。

表5 不同預(yù)處理固液比類分形動(dòng)力學(xué)擬合得到的速率常數(shù)和分形維數(shù)

由表6看出，不同預(yù)處理時(shí)間對(duì)葡聚糖水解的值影響不大，值略有差別；木聚糖水解的值差別較大。由表2 發(fā)現(xiàn)，原料在預(yù)處理2h 后，半纖維素和木質(zhì)素含量差別不是很大，這與表6葡聚糖值差別不大結(jié)果一致。在預(yù)處理時(shí)間4h時(shí)，半纖維含量較低以及殘?jiān)c酶的吸附性較強(qiáng)，因此預(yù)處理時(shí)間為4h 時(shí)，酶水解效果較好，這與表中預(yù)處理時(shí)間為4h 時(shí)，葡聚糖和木聚糖較大，值較小結(jié)果一致。

表6 不同預(yù)處理時(shí)間類分形動(dòng)力學(xué)擬合得到的速率常數(shù)和分形維數(shù)

2.4 殘?jiān)砻娼Y(jié)構(gòu)分析

對(duì)較優(yōu)條件下甘草渣ChCl-M 預(yù)處理前后底物表面形貌變化進(jìn)行了分析，結(jié)果見圖3。由圖3 可以清楚地看到，未處理原料結(jié)構(gòu)緊密，表面平整光滑，結(jié)構(gòu)緊實(shí)。與原料相比，ChCl-M 體系預(yù)處理后物料表面出現(xiàn)明顯的裂痕、溝壑和大量的孔洞，纖維表面無(wú)序化，這樣更加有利于酶分子與底物接觸，經(jīng)過(guò)ChCl-M 體系預(yù)處理，原料化學(xué)組分改變導(dǎo)致表面形貌變化很明顯。

圖3 預(yù)處理前后底物的表面形貌變化（SEM）（1000倍和11000倍）

2.5 殘?jiān)腦RD和FTIR分析

ChCl-M 體系較優(yōu)條件預(yù)處理前后底物X 射線衍射圖譜和紅外光譜圖見圖4(a)和(b)。由圖4(a)可以看出，未處理和預(yù)處理后的底物XRD分析顯示，底物中纖維素的結(jié)構(gòu)為典型的Ⅰ型纖維素，說(shuō)明經(jīng)過(guò)ChCl-M 體系處理后并未改變纖維素的晶型，這與FTIR 圖譜結(jié)果相吻合。甘草渣原料中纖維素的CrI 為30.76%，當(dāng)用ChCl-M 預(yù)處理后，底物中纖維素的CrI增加至40.89%。其中有兩個(gè)相互競(jìng)爭(zhēng)的因素決定了原料和底物的結(jié)晶度：①微晶纖維素部分的溶脹和溶解；②無(wú)定形木質(zhì)素和木聚糖的去除。CrI 值的增加表明無(wú)定形組分的去除，超過(guò)了纖維素的溶脹。這些結(jié)果表明，ChCl-M 體系預(yù)處理是有利于木質(zhì)素和木聚糖的去除，從而導(dǎo)致更高的CrI。ChCl-M預(yù)處理后，底物結(jié)晶指數(shù)明顯升高，推測(cè)原因?yàn)轭A(yù)處理后底物中纖維素含量明顯比原料中高。

根據(jù)文獻(xiàn)[17]，纖維素的CrI 還可以通過(guò)FTIR圖譜中1430cm的譜帶與898cm處譜帶的吸收強(qiáng)度表示。圖4(b)為ChCl-M 預(yù)處理前后底物的FTIR圖，由圖中可以發(fā)現(xiàn)，1430cm（纖維素Ⅰ）處的譜帶吸收強(qiáng)度增加，而在898cm（纖維素Ⅱ）處的譜帶吸收強(qiáng)度減弱，表明預(yù)處理后底物中纖維素的CrI增加ChCl-M預(yù)處理后樣品在3415cm（纖維素O—H 拉伸振動(dòng)）和2923cm（C—H 拉伸振動(dòng)），說(shuō)明預(yù)處理打破了纖維素分子內(nèi)和分子間的氫鍵以及甲基/亞甲基結(jié)構(gòu)；1049cm和1155cm處的紅外吸收強(qiáng)度減弱，其分別代表半纖維素中乙?；腃═O的拉伸和C—O鍵，表明預(yù)處理過(guò)程中半纖維素部分被降解；同時(shí)，代表木質(zhì)素特征吸收峰的譜帶1319cm（紫丁香基縮合木質(zhì)素）、1552cm（苯環(huán)）和1608cm（木質(zhì)素C═O 的拉伸振動(dòng)）處的紅外吸收強(qiáng)度也減弱，表明預(yù)處理過(guò)程中木質(zhì)素被脫除。這些結(jié)構(gòu)變化和上述XRD 分析結(jié)果一致，也進(jìn)一步說(shuō)明了DES 預(yù)處理對(duì)甘草渣組成的影響有利于酶解效果的提高。

圖4 預(yù)處理前后底物的X射線衍射圖和FTIR吸收光譜圖

3 結(jié)論

DES具有優(yōu)良的分離木質(zhì)素的能力，相比于傳統(tǒng)脫木質(zhì)素工藝，DES 綠色環(huán)保成本低且易回收。本文在前期優(yōu)化的DES 體系基礎(chǔ)上，考察了DES預(yù)處理溫度、反應(yīng)時(shí)間和固液比對(duì)甘草渣組分和酶解效果的影響。在實(shí)驗(yàn)條件范圍內(nèi)，得到120℃、1∶20、反應(yīng)4h 的較優(yōu)預(yù)處理?xiàng)l件，并通過(guò)酶水解效果分析和類分形動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究，探討了DES 預(yù)處理效果；最后，對(duì)較優(yōu)條件下底物進(jìn)行了表征分析，為DES 的廣泛應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。未來(lái)在提高DES 脫木質(zhì)素的效率、降低生產(chǎn)成本方面，可采用聯(lián)合預(yù)處理技術(shù)，以及開發(fā)新型高效的二元和三元DES。