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一區(qū)論文應(yīng)用案例 · 前沿專題型

在溫和條件下，1-戊醇誘導(dǎo)的有機溶劑預(yù)處理幾乎完全去除竹子中的非纖維素成分，以實現(xiàn)強健的纖維素酶解

該研究發(fā)表于 Cellulose（2019），使用 XH-800S 開展 Hildebrand 溶解度參數(shù)、有機溶劑預(yù)處理 研究，關(guān)鍵結(jié)果包括比表面積 9.7 倍；半纖維素（木聚糖）脫除率 96.2%；纖維素酶解轉(zhuǎn)化率 92.6%。

論文編號 300
應(yīng)用方向 Hildebrand 溶解度參數(shù)、有機溶劑預(yù)處理、非纖維素組分、酶解、大豆蛋白、竹材
關(guān)鍵結(jié)果 比表面積 9.7 倍
核心條件 溫度 140 °C / 130 °C / 100 °C
論文編號
300
期刊
Cellulose
影響因子
5.044
中科院分區(qū)
1 區(qū)
發(fā)表年份
2019
設(shè)備型號
XH-800S
作者單位
福建農(nóng)林大學(xué)；福建農(nóng)林大學(xué) 材料工程學(xué)院
Fujian Agriculture and Forestry University; College of Materials Engineering, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China
研究方向
Hildebrand 溶解度參數(shù) 有機溶劑預(yù)處理 非纖維素組分 酶解 大豆蛋白 竹材

事實快照

  • 論文：在溫和條件下，1-戊醇誘導(dǎo)的有機溶劑預(yù)處理幾乎完全去除竹子中的非纖維素成分，以實現(xiàn)強健的纖維素酶解
  • 設(shè)備：XH-800S
  • 期刊與分區(qū)：Cellulose，中科院 1 區(qū)
  • 核心條件：溫度 140 °C / 130 °C / 100 °C；時間 60 min / 20 min
  • 關(guān)鍵結(jié)果：比表面積 9.7 倍；半纖維素（木聚糖）脫除率 96.2%；纖維素酶解轉(zhuǎn)化率 92.6%
  • 用途：可作為 Hildebrand 溶解度參數(shù)、有機溶劑預(yù)處理 的論文證據(jù)頁。

研究摘要

論文摘要指出，基于 Hildebrand 溶解度參數(shù)（dH）理論，發(fā)現(xiàn)了一種新型有機溶劑預(yù)處理介質(zhì)（OPM）——1-戊醇（80%, v/v）-水混合物（dH = 27.4 (J/cm3)^(-1/2)）。該 OPM 在溫和條件下 [130 °C、20 min、4% (w/w) H?SO?] 實現(xiàn)了竹材非纖維素組分的近完全脫除（半纖維素 96.2%、木質(zhì)素 87.8%）。對于 dH 值與竹材木質(zhì)素 [28.3 (J/cm3)^(-1/2)] 相近的 OPM [DMSO（80%, v/v）-水（30.9）vs. 1-戊醇（80%, v/v）-水（27.4）]，還討論了 dH 值（氫鍵力對 dH 的貢獻(xiàn)）對木質(zhì)素脫除的影響。在通過生物相容性大豆蛋白（SP）克服木質(zhì)素沉積對酶的負(fù)面影響后，1-戊醇（80%, v/v）-水誘導(dǎo)的有機溶劑預(yù)處理在低纖維素酶載量（5 FPU/g 葡聚糖）下實現(xiàn)了 92.6% 的纖維素酶解轉(zhuǎn)化率（EC）。該纖維素 EC 遠(yuǎn)高于其他 dH 值與竹材木質(zhì)素差異較大的 OPM（<63%）。因此，將有機溶劑預(yù)處理與理想 OPM 和使用 SP 作為添加劑的酶解相結(jié)合，可被視為在低酶載量下實現(xiàn)穩(wěn)健纖維素 EC 的可行途徑，對提高基于有機溶劑預(yù)處理的木質(zhì)纖維素生物煉制經(jīng)濟(jì)性具有巨大潛力。

研究背景與解決的問題

論文摘要指出，基于 Hildebrand 溶解度參數(shù)（dH）理論，發(fā)現(xiàn)了一種新型有機溶劑預(yù)處理介質(zhì)（OPM）——1-戊醇（80%, v/v）-水混合物（dH = 27.

設(shè)備應(yīng)用與實驗條件

項目參數(shù)
溫度140 °C / 130 °C / 100 °C
時間60 min / 20 min

關(guān)鍵結(jié)果

比表面積 9.7 倍
半纖維素（木聚糖）脫除率 96.2%
纖維素酶解轉(zhuǎn)化率 92.6%
半纖維素脫除率 96.2%
指標(biāo)結(jié)果
比表面積9.7 倍
半纖維素（木聚糖）脫除率96.2%
纖維素酶解轉(zhuǎn)化率92.6%
半纖維素脫除率96.2%
木質(zhì)素脫除率87.8%
木質(zhì)素脫除率62.3%

機制/方法亮點

  • dH 匹配促進(jìn)木質(zhì)素溶解 Hildebrand 溶解度參數(shù)理論：；溶質(zhì)和溶劑的 dH 值越接近，溶解度越高；竹材木質(zhì)素 dH = 28.3 (J/cm3)^(-1/2)；1-戊醇（80%, v/v）-水 dH = 27.4 (J/cm3)^(-1/2)；兩者 dH 值非常接近，因此 1-戊醇-水對木質(zhì)素具有優(yōu)異的溶解能力 氫鍵作用：；1-戊醇的羥基與木質(zhì)素的酚羥基、醇羥基形成氫鍵；破壞木質(zhì)素分子間的氫鍵網(wǎng)絡(luò)；促進(jìn)木質(zhì)素從細(xì)胞壁中溶出
  • 微波快速均勻加熱加速預(yù)處理 微波作用機制：；XH-800G 微波反應(yīng)器提供快速均勻加熱；130 °C、20 min 即可完成高效預(yù)處理；微波與極性分子（水、醇）直接耦合，產(chǎn)生內(nèi)熱效應(yīng)；快速升溫破壞木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)；促進(jìn)酸催化半纖維素水解和木質(zhì)素溶解
  • 非纖維素組分脫除暴露纖維素 結(jié)構(gòu)變化：；半纖維素和木質(zhì)素的近完全脫除；破壞木質(zhì)纖維素致密結(jié)構(gòu)；暴露纖維素微纖絲；比表面積增加 9.7 倍；纖維素結(jié)晶度提高；為酶解提供更易接近的底物
  • 大豆蛋白保護(hù)酶活性 酶解抑制機制：；預(yù)處理后的底物表面仍有少量殘留木質(zhì)素；木質(zhì)素通過疏水作用吸附纖維素酶；導(dǎo)致酶的非生產(chǎn)性吸附，降低酶解效率 SP 的保護(hù)作用：；SP 優(yōu)先吸附在木質(zhì)素表面；形成保護(hù)層，阻止纖維素酶與木質(zhì)素接觸；使纖維素酶更多作用于纖維素底物；從而提高酶解轉(zhuǎn)化率

應(yīng)用價值

  • 首次基于 Hildebrand 溶解度參數(shù)（dH）理論篩選有機溶劑預(yù)處理介質(zhì)（OPM）。
  • 明確檢出祥鵠 XH-800G 微波反應(yīng)器，設(shè)備型號和反應(yīng)條件（130 °C、20 min）完整。
  • 發(fā)現(xiàn) 1-戊醇（80%, v/v）-水（dH = 27.4）是最優(yōu) OPM，dH 值與竹材木質(zhì)素（28.3）最接近。
  • 半纖維素脫除率 96.2%，木質(zhì)素脫除率 87.8%，實現(xiàn)非纖維素組分近完全脫除。
  • 低酶載量（5 FPU/g）下纖維素酶解轉(zhuǎn)化率達(dá) 92.6%，遠(yuǎn)高于其他 OPM（<63%）。

相關(guān)儀器推薦

常見問題

這篇論文使用了哪種設(shè)備？
本研究使用 XH-800S。
研究的核心發(fā)現(xiàn)是什么？
該研究發(fā)表于 Cellulose（2019），使用 XH-800S 開展 Hildebrand 溶解度參數(shù)、有機溶劑預(yù)處理 研究，關(guān)鍵結(jié)果包括比表面積 9.7 倍；半纖維素（木聚糖）脫除率 96.2%；纖維素酶解轉(zhuǎn)化率 92.6%。
該研究發(fā)表在哪個期刊？
發(fā)表于 Cellulose，中科院 1 區(qū)。
引用信息
Near-complete removal of non-cellulosic components from bamboo by 1-pentanol induced organosolv pretreatment under mild conditions for robust cellulose enzymatic hydrolysis
Cellulose, 2019
DOI: 10.1007/s10570-019-02334-y