木質(zhì)素磺酸鎂對不同纖維素原料酶解的影響機制

任繼巍，劉蕾，錢子俊，張一瞳，歐陽嘉,3

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木質(zhì)素磺酸鎂對不同纖維素原料酶解的影響機制

任繼巍1，劉蕾2，錢子俊1，張一瞳2，歐陽嘉2,3

（1南京林業(yè)大學林學院，江蘇南京 210037；2南京林業(yè)大學化學工程學院，江蘇南京210037；3林木遺傳與生物技術省部共建教育部重點實驗室，江蘇南京 210037）

為探討木質(zhì)素磺酸鎂作為輔助添加劑在纖維原料酶解過程的作用機制，以兩種木質(zhì)素磺酸鎂為研究對象，考察了不同來源木質(zhì)素磺酸鎂組構(gòu)差異及其在不同纖維原料酶解過程中的作用。研究發(fā)現(xiàn)，商品木質(zhì)素磺酸鎂較自制木質(zhì)素磺酸鎂具有更高的磺化度，但自制木質(zhì)素磺酸鎂具有更高總羥基相對含量。商品木質(zhì)素磺酸鎂和自制木質(zhì)素磺酸鎂對微晶纖維素酶解均有促進作用；對于木質(zhì)纖維原料酶解，兩種木質(zhì)素磺酸鎂對水熱法預處理物料均有抑制作用。對亞硫酸氫鎂預處理物料酶解，僅低濃度的自制木質(zhì)素磺酸鎂表現(xiàn)出促進作用。該研究為解釋木質(zhì)素磺酸鎂對纖維素原料酶解的影響機制提供了理論依據(jù)。

木質(zhì)素磺酸鎂；纖維素；酶解；表面活性劑；生物質(zhì)；生物乙醇

引 言

木質(zhì)纖維資源是地球上最豐富的可再生資源之一。利用木質(zhì)纖維資源煉制生物乙醇因具有清潔、可再生等優(yōu)點，被認為具有潛在應用前景[1-3]，但木質(zhì)纖維資源制備乙醇通常需要經(jīng)過預處理、酶解和發(fā)酵等步驟[4]。其中，酶解通常被認為是制約乙醇產(chǎn)率的關鍵步驟[5]。提高酶解效率的方式有很多，如開發(fā)高效預處理方式、提高酶用量等[6]，但是上述方式通常成本較高，而表面活性劑近年來被發(fā)現(xiàn)不僅可以促進酶解，而且價格低廉[7-8]。基于此，開展表面活性輔助促進酶解技術的研究有利于低成本下提高酶解效率，實現(xiàn)資源的最大化利用。

表面活性劑分為非離子型和離子型[8-9]。早期研究認為，非離子型表面活性劑，如吐溫、PEG系列，對酶解的促進作用更為明顯[10]，主要因為其減少了纖維素酶對木質(zhì)素的非產(chǎn)物性吸附[11-13]。但是近年來，有研究學者發(fā)現(xiàn)離子型表面活性劑對酶解也有明顯促進作用，如木質(zhì)素磺酸鹽[14]。研究發(fā)現(xiàn)，酶解過程添加木質(zhì)素磺酸鹽顯著地提高了葡萄糖轉(zhuǎn)化率[15]。進一步研究表明，木質(zhì)素磺酸鹽對酶解的作用受木質(zhì)素磺酸鹽性質(zhì)及底物性質(zhì)影響。Lou 等[16]研究發(fā)現(xiàn)低分子量、高磺化度的木質(zhì)素磺酸鹽對酶解的促進作用更顯著。Wang等[17]發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素磺酸鹽對純纖維素酶解存在抑制作用，但對木質(zhì)纖維原料酶解有促進作用?；诖?，木質(zhì)素磺酸鹽對酶解的作用越來越受到關注，但是其作用機制至今沒有明確的定論，作用效果也存在較大差異，以往報道多集中于單一來源木質(zhì)素對物料酶解效果的影響，并未從木質(zhì)素磺酸鹽本身結(jié)構(gòu)性質(zhì)特點和底物結(jié)構(gòu)特點兩個方面綜合比較和考慮木質(zhì)素磺酸鹽對纖維素酶解的影響機制。

本文首先對兩種不同來源的木質(zhì)素磺酸鎂進行性能表征，在此基礎上考察了兩種木質(zhì)素磺酸鎂對純纖維素和不同木質(zhì)纖維原料酶解的影響效果，探討了木質(zhì)素磺酸鎂對酶解的作用機制，以期為提高木質(zhì)纖維原料高效酶解糖化提供新的思路。

1 材料和方法

1.1 原料

亞硫酸氫鎂預處理麥稈制備：采用實驗室油浴蒸煮器（YGR2-10×1.25, 南京杰正科技發(fā)展有限公司）作為預處理反應器。稱取麥稈50 g（絕干）置于1 L油浴罐中，按照固液比（質(zhì)量體積比）1:6，亞硫酸氫鎂用量35.1 g·L-1，亞硫酸鎂:亞硫酸（質(zhì)量體積比）1:4。預處理溫度170℃，保溫40 min。保溫結(jié)束將蒸煮罐立即取出，放入冷水中冷卻至室溫，打開。固液分離，固體部分用蒸餾水洗至中性得亞硫酸氫鎂預處理麥稈，于4℃冰箱平衡水分。

水熱法預處理麥稈制備：采用實驗室油浴蒸煮器作為預處理反應器。稱取麥稈50 g（絕干）置于1 L油浴罐中，按照固液比（質(zhì)量體積比）1:10加入蒸餾水。預處理溫度170℃，保溫60 min。保溫結(jié)束將蒸煮罐立即取出，放入冷水中冷卻至室溫，打開。固液分離，固體部分用蒸餾水洗至中性得水熱法預處理麥稈，于4℃冰箱平衡水分。

微晶纖維素（Avicel PH 101），粒徑小于50 μm，購自上海Sigma-Aldrich。

1.2 試劑

商品纖維素酶（Cellic? CTec2，CTec 2），由諾維信（北京）提供；商品木質(zhì)素磺酸鎂（commercial magnesium lignosulfonate，CML），購自江蘇新沂飛皇化工有限公司，木質(zhì)素磺酸鎂含量為57%，還原物含量10%，有機酸含量20%，水分含量13%；自制木質(zhì)素磺酸鎂（ML），亞硫酸氫鎂預處理麥稈廢液直接噴霧干燥制得，其中木質(zhì)素磺酸鎂含量為51%，還原物含量為23%，有機酸含量15%，水分含量11%。亞硫酸氫鎂預處理條件見1.1；亞硫酸，ACS reagent≥6%，購自上海Sigma-Aldrich；亞硫酸鈉，六水合氯化鎂，一水合檸檬酸，均為分析純，購自國藥集團化學試劑有限公司；氫氧化鈉，分析純，購自南京化學試劑有限公司。

1.3 酶解實驗

以麥稈或者微晶纖維素為底物，底物濃度30 g·L-1（以纖維素含量計），CTec2酶用量15 FPU·(g 纖維素)-1的條件下，添加不同濃度的木質(zhì)素磺酸鎂，0.05 mol·L-1檸檬酸緩沖液使酶解體系pH為4.8， 150 r·min-1，50℃下酶解48 h。酶解結(jié)束沸水浴滅活5 min，離心，稀釋適當倍數(shù)，生物傳感器分析儀（山東省科學院生物研究所）分析酶解液中葡萄糖含量。葡萄糖得率計算公式如下

式中，1.1為纖維素到葡萄糖的轉(zhuǎn)換系數(shù)。

1.4 木質(zhì)素磺酸鹽對纖維素的吸附實驗

以麥稈或者微晶纖維素為底物，底物濃度30 g·L-1（以纖維素含量計），無CTec2添加，添加不同濃度的木質(zhì)素磺酸鎂（0、2、8 g·L-1），0.05 mol·L-1檸檬酸緩沖液使酶解體系pH為4.8，150 r·min-1，50℃下振蕩1 h。振蕩結(jié)束立即取出，10000 r·min-1離心5 min。取上清，稀釋適當倍數(shù)，于紫外分光光度計280 nm下測定吸光度，換算后即為游離木質(zhì)素磺酸鎂含量。

1.5 元素分析

樣品中的NCHS元素含量在Elementarvario EL cube元素分析儀（德國Elemantar公司）上測定。樣品元素測定前烘干水分，粉碎至840 μm以下。準確稱取樣品5 mg于錫舟，包樣，將包好的樣品精確稱量至0.1 mg，記錄質(zhì)量數(shù)據(jù)后放入進樣盤中進行測定。

1.6 磺酸基團含量分析

木質(zhì)素磺酸鎂經(jīng)過陰陽離子交換樹脂純化，采用電導滴定法測定磺酸基團含量[18]。

1.7 木質(zhì)素磺酸鎂含量測定

木質(zhì)素磺酸鎂含量測定參考Wang等[17]的 方法。

1.8 FT-IR分析

使用傅里葉變換紅外光譜儀（VERTEX 80，德國Bruker）分析木質(zhì)素磺酸鎂的化學結(jié)構(gòu)特征。取小于74 μm的木質(zhì)素磺酸鎂粉末，并在105℃下烘至絕干。采用KBr壓片法，木質(zhì)素磺酸鎂和KBr的比例為1:50。掃描范圍4000～400 cm-1，分辨率為2.0 cm-1。得到的FT-IR譜圖使用Origin 8.5科學作圖軟件處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同來源木質(zhì)素磺酸鎂的性能表征

不同來源木質(zhì)素磺酸鎂在溶解性、基團、分子量、磺化度等性質(zhì)上往往具有一定差異[19]，木質(zhì)素磺酸鎂在酶解過程中的表現(xiàn)可能會受這些性能的影響?；诖?，首先利用FT-IR及元素分析儀對來源于蘆葦亞硫酸鹽制漿工藝副產(chǎn)品的木質(zhì)素磺酸鎂（CML）和來源于亞硫酸氫鎂預處理麥稈廢液噴霧干燥制得的木質(zhì)素磺酸鎂（ML）進行性能表征。

2.1.1 FT-IR分析 FT-IR分析不同來源的木質(zhì)素磺酸鎂分子基團，不同來源木質(zhì)素磺酸鎂的FT-IR譜圖見圖1。CML的1045 cm-1處吸收峰明顯、穩(wěn)定，因此以此峰為參照峰。CML和ML具有基本一致吸收峰。1517、1428 cm-1處是木質(zhì)素苯環(huán)的收縮振動吸收峰，說明CML和ML具有木質(zhì)素典型特征[20]；1328 cm-1代表紫丁香基團的CO伸縮振 動[21]；1045 cm-1為磺酸基和烷基醚鍵振動的混合特征吸收峰[22]，CML較ML吸收強度增加；另外，ML在1715 cm-1處的非共軛羧基吸收峰明顯，CML在此處基本無吸收[23]；CML在836 cm-1處有更為明顯的紫丁香基團CH彎曲[24]，而ML在此處則沒有吸收峰，這些結(jié)果反映出不同來源木質(zhì)素磺酸鎂在化學結(jié)構(gòu)上存在一些差異。

表1 不同來源木質(zhì)素磺酸鎂元素及磺酸基團含量分析

圖1 不同來源木質(zhì)素磺酸鎂FT-IR譜圖

圖2 添加不同來源木質(zhì)素磺酸鎂對微晶纖維素酶解的影響

2.1.2 元素及磺化度分析 木質(zhì)素磺酸鎂是由愈創(chuàng)木基、紫丁香基與對羥基苯丙烷3種結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成具有疏水骨架的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)[25]。分子中大量存在的磺酸基團和羥基等親水基團使其具有良好的分散、吸附和表面活性[26]，分別對兩種木質(zhì)素磺酸鎂進行了元素分析、磺酸基和羥基含量測定，結(jié)果見表1。

由表1可以看出，兩種來源的木質(zhì)素磺酸鎂其N、C、H含量接近說明主體元素組成一致；S元素基本都來自于木質(zhì)素磺酸鎂中的磺酸基團[26]，CML和 ML的S含量分別為9.62%和8.09%，可推測CML具有更多的磺酸基團。進一步測定磺酸基含量證實商品木質(zhì)素磺酸鎂較自制木質(zhì)素磺酸鎂具有更高的磺化度，CML和ML磺酸基含量分別為0.75和0.51 mmol·g-1。采用FC法測定羥基含量[27]，表1顯示，CML具有更高的羥基含量。

2.2 木質(zhì)素磺酸鎂對微晶纖維素酶解的影響

為了研究不同來源木質(zhì)素磺酸鎂對纖維原料酶解的影響，首先探討了不同來源木質(zhì)素磺酸鎂對微晶纖維素酶解的輔助作用。圖2為添加不同濃度的CML或ML酶解48 h的實驗結(jié)果。

由圖2(a)可以看出，添加CML可以明顯提高微晶纖維素的酶解效率。添加1 g·L-1CML48h酶解得率達到71.55%，較未添加提高了10.42%；繼續(xù)提高CML添加量至4 g·L-1時，葡萄糖得率達到最大值74.25%，較未添加CML的實驗組提高了14.58%；但是過高濃度CML的存在不利于酶解，CML濃度為8 g·L-1時，酶解得率為72%，較最大得率略有下降，這與Wang等[28]結(jié)果一致。圖2(b)為添加ML后酶解48 h的實驗結(jié)果。ML對微晶 纖維素酶解的作用規(guī)律與添加CML基本相似。ML添加量提高到4 g·L-1時酶解得率達到最大為71.55%，較對照組提高了12.77%，ML添加量為8 g·L-1時，葡萄糖得率明顯下降，僅為54.45%。在微晶纖維素水解體系，CML對酶解促進作用較ML更顯著，而ML在較高濃度下表現(xiàn)出比CML更強的抑制作用。

2.3 木質(zhì)素磺酸鎂對水熱法預處理麥稈酶解的影響

為進一步探討木質(zhì)素磺酸鎂對木質(zhì)纖維物料酶解的作用，設計以水熱法預處理的麥稈為底物，添加不同量CML或ML（0、1、2、4、8 g·L-1），分析其對酶解的作用。

分析水熱法預處理麥稈可知（表2），水熱法預處理麥稈是一種高木質(zhì)素含量的底物。半纖維素在高溫高壓熱水下溶出后，預處理麥稈纖維素含量為50.81%，半纖維素含量僅為12.83%，而木質(zhì)素含量高達26.34%。木質(zhì)素磺酸鎂對水熱法預處理麥稈酶解的影響如圖3所示，與微晶纖維素相比，水熱法預處理麥稈酶解效率較低，48 h酶解得率為43.78%。兩種木質(zhì)素磺酸鎂添加后對酶解均出現(xiàn)一定的抑制效果，其中磺酸基含量較低的ML表現(xiàn)更為明顯。當ML添加量增加至8 g·L-1時，酶解得率降至37.95%，較空白對照組下降了13.32%。

表2 麥稈組分分析

2.4 木質(zhì)素磺酸鎂對亞硫酸氫鎂預處理麥稈酶解的影響

亞硫酸氫鎂預處理技術是近年由本實驗室發(fā)展的木質(zhì)纖維原料預處理方法，采用本方法過程由于預處理去除了大量的半纖維素和木質(zhì)素，預處理原料具有良好的酶解效率[29]。分析亞硫酸氫鎂預處理麥稈組分（表2）可知預處理麥稈纖維素含量可達68.43%，而半纖維素和木質(zhì)素含量較少，僅為9.99%和11.17%。選擇木質(zhì)素含量較少的亞硫酸氫鎂預處理麥稈為原料，酶解過程中添加不同量CML或者ML（0、1、2、4、8 g·L-1），分析其對酶解的作用，結(jié)果如圖4。

圖3 添加不同來源木質(zhì)素磺酸鎂對水熱法預處理麥稈酶解的影響

圖4 添加不同來源木質(zhì)素磺酸鎂對亞硫酸氫鎂預處理麥稈酶解的影響

CML和ML對亞硫酸氫鎂預處理麥稈酶解的影響呈現(xiàn)出截然不同的作用規(guī)律。亞硫酸氫鎂預處理麥稈是一種容易酶解的纖維素底物，48 h酶解得率為89.03%，添加CML會一定程度抑制亞硫酸氫鎂預處理麥稈的酶解。添加1 g·L-1時酶解得率降至84.28%，添加量為8 g·L-1時酶解得率僅為82.09%，添加ML呈現(xiàn)出與微晶纖維素酶解類似的規(guī)律。較低濃度ML對酶解有明顯的促進作用，添加量為2 g·L-1時，酶解得率為94.74%，較未添加提高了5.55%，但是添加量為8 g·L-1時，葡萄糖得率僅 為82.70%。

表3 CML和ML對各種底物的吸附

Note: Data are concentration of mangnesium lignosulfonate in supernatant.

2.5 機制解析

上述研究結(jié)果顯示不同木質(zhì)素磺酸鎂對不同纖維原料酶解發(fā)揮的作用是不同的。對于純纖維素底物，木質(zhì)素磺酸鹽對酶解的作用是通過有效形成纖維素酶-木質(zhì)素鹽聚集體實現(xiàn)的[11]，本實驗中兩種木質(zhì)素磺酸鹽對酶解的影響均隨濃度出現(xiàn)先上升后下降的趨勢，分析認為木質(zhì)素磺酸鹽較好的兩親性有利于增強酶與纖維素底物的吸附從而促進酶解，而在較高濃度下會由于過多羥基存在容易在聚集體間產(chǎn)生架橋作用從而不利于酶和純纖維素的吸附[30-31]，間接抑制水解。

對于含有木質(zhì)素的天然纖維原料底物，為揭示木質(zhì)素磺酸鹽對酶解的作用機制，在底物溶液中添加不同量的木質(zhì)素磺酸鹽考察木質(zhì)素磺酸鹽對底物的作用，結(jié)果見表3。當加入相同量木質(zhì)素磺酸鹽時，上清液中ML的量均低于CML表明磺化度較低的ML更有利于與物料的吸附，揭示過高的磺化度并不利于物料的吸附[11]。對兩種含木質(zhì)素物料，木質(zhì)素含量高的熱水法預處理麥稈對木質(zhì)素磺酸鹽的吸附作用更強，說明木質(zhì)素磺酸鹽與底物中木質(zhì)素發(fā)生了疏水性吸附[12]。但對比酶解數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，木質(zhì)素磺酸鹽與含木質(zhì)素底物的吸附似乎并不利于酶解，木質(zhì)素磺酸鹽對于吸附力較強的熱水法預處理麥稈均有抑制作用，而對于亞硫酸氫鎂預處理麥稈吸附作用是相同的，磺化度較低的ML有較強的促進作用。基于以上結(jié)論，認為在含木質(zhì)素底物酶解過程，木質(zhì)素磺酸鎂有兩個去向：一部分木質(zhì)素磺酸鎂與底物發(fā)生疏水性吸附從而使物料帶有一定的負電荷和親水性，另一部分木質(zhì)素磺酸鎂和酶形成纖維素酶-木質(zhì)素磺酸鎂（Cel-ML）復合體，也帶負電。當磺化度較低時物料親水性占主導從而促進纖維素酶的吸附加強酶解，但磺化度較高時物料與酶復合體易形成靜電排斥不利于酶與底物的吸附，從而抑制了酶解。

3 結(jié) 論

（1）通過FTIR和元素分析發(fā)現(xiàn)，CML和ML在組構(gòu)上存在一定差異。CML中具有更高的S含量和磺化度，但ML具有更高的總羥基相對含量。

（2）低濃度CML和ML對微晶纖維素酶解均有促進作用，且CML的促進作用更強。

（3）當木質(zhì)素磺酸鎂添加到木質(zhì)纖維原料中，對水熱法預處理麥稈酶解均表現(xiàn)出抑制作用； CML對亞硫酸氫鎂預處理麥稈酶解有抑制作用，但較低濃度ML對亞硫酸氫鎂預處理麥稈酶解有明顯促進作用。

（4）木質(zhì)素磺酸鎂對酶解的影響與其磺化度、羥基含量及物料本身木質(zhì)素含量有關。對于純纖維素底物，木質(zhì)素磺酸鹽較好的兩親性增強了酶與纖維素底物的吸附從而促進酶解，但過高濃度，羥基積累，形成架橋作用不利于酶解。對于木質(zhì)纖維原料，木質(zhì)素磺酸鎂有兩個去向：一部分木質(zhì)素磺酸鎂與底物發(fā)生疏水性吸附，另一部分木質(zhì)素磺酸鎂和酶形成纖維素酶-木質(zhì)素磺酸鎂（Cel-ML）復合體。當磺化度較低時物料親水性占主導從而促進纖維素酶的吸附加強酶解，但磺化度較高時物料與酶復合體易形成靜電排斥不利于酶與底物的吸附，從而抑制了酶解。

References

[1] KHOO H H. Review of bio-conversion pathways of lignocellulose-to-ethanol: sustainability assessment based on land footprint projections [J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2015, 46: 100-119.

[2] MANZETTI S, ANDERSEN O. A review of emission products from bioethanol and its blends with gasoline. Background for new guidelines for emission control [J]. Fuel, 2015, 14: 293-301.

[3] CHEN H, ZHAO J, HU T,. A comparison of several organosolv pretreatments for improving the enzymatic hydrolysis of wheat straw: substrate digestibility, fermentability and structural features [J]. Applied Energy, 2015, 150: 224-232.

[4] WAHLSTR M R M, SUURN KKI A. Enzymatic hydrolysis of lignocellulosic polysaccharides in the presence of ionic liquids [J]. Green Chemistry, 2015, 17 (2): 694-714.

[5] KHARE S K, PANDEY A, LARROCHE C. Current perspectives in enzymatic saccharification of lignocellulosic biomass [J]. Biochemical Engineering Journal, 2015, 102: 38-44.

[6] ALVIRA P, TOMAS-PEJO E, BALLESTEROS M,. Pretreatment technologies for an efficient bioethanol production process based on enzymatic hydrolysis: a review [J]. Bioresource Technology, 2010, 101 (13): 4851-4861.

[7] ZHANG H, YE G, WEI Y,Enhanced enzymatic hydrolysis of sugarcane bagasse with ferric chloride pretreatment and surfactant [J]. Bioresource Technology, 2017, 229: 96.

[8] MENEGOL D, SCHOLL A L, FONTANA R C,. Increased release of fermentable sugars from elephant grass by enzymatic hydrolysis in the presence of surfactants [J]. Energy Conversion and Management, 2014, 88: 1252-1256.

[9] LIN X, CAI C, LOU H,. Effect of cationic surfactant cetyltrimethylammonium bromide on the enzymatic hydrolysis of cellulose [J]. Cellulose,2017, 24 (1): 61-68.

[10] TU M, SADDLER J N. Potential enzyme cost reduction with the addition of surfactant during the hydrolysis of pretreated softwood [J]. Applied Biochemistry and Biotechnology, 2010, 161 (1-8): 274-287.

[11] SIPOS B, SZIL GYI M, SEBESTY N Z,. Mechanism of the positive effect of poly(ethylene glycol) addition in enzymatic hydrolysis of steam pretreated lignocelluloses [J]. Comptes Rendus Biologies, 2011, 334 (11): 812-823.

[12] ALKASRAWI M, ERIKSSON T, B RJESSON J,. The effect of Tween-20 on simultaneous saccharification and fermentation of softwood to ethanol [J]. Enzyme and Microbial Technology, 2003, 33 (1): 71-78.

[13] 姚蘭, 趙建, 謝益民, 等. 木質(zhì)素結(jié)構(gòu)以及表面活性劑對木質(zhì)素吸附纖維素酶的影響 [J]. 化工學報, 2012, 63 (8): 2612-2616.YAO L, ZHAO J, XIE Y M,. Effect of lignin structure and surfactant on cellulase adsorption by lignin [J].CIESC Journal, 2012, 63 (8): 2612-2616.

[14] LIN X L, QIU X Q, LOU H M,. Enhancement of lignosulfonate-based polyoxyethylene ether on enzymatic hydrolysis of lignocelluloses [J]. Industrial Crops and Products, 2016, 80: 86-92.

[15] WANG Z, ZHU J Y, FU Y,. Lignosulfonate-mediated cellulase adsorption: enhanced enzymatic saccharification of lignocellulose through weakening nonproductive binding to lignin [J]. Biotechnology for Biofuels, 2013, 6 (1): 156.

[16] LOU H, ZHOU H, LI X,. Understanding the effects of lignosulfonate on enzymatic saccharification of pure cellulose [J]. Cellulose, 2014, 21 (3): 1351-1359.

[17] WANG Z, LAN T, ZHU J. Lignosulfonate and elevated pH can enhance enzymatic saccharification of lignocelluloses [J]. Biotechnology for Biofuels, 2013, 6 (1): 1-11.

[18] 龐煜霞, 楊東杰, 邱學青, 等. 木質(zhì)素磺酸鹽磺化度測定方法的改進 [J]. 中華紙業(yè), 2006, 27 (11): 38-40.Pang Y X, Yang D J, Qiu X Q,. An improvement on the measuring method of the sulphonation degree of lignosulfonate [J]. China Pulp and Paper Industry, 2006, 27 (11): 38-40.

[19] 周明松, 邱學青, 楊東杰, 等. 不同來源木質(zhì)素磺酸鈉的結(jié)構(gòu)特征及用作水煤漿分散劑 [J]. 化工學報, 2006, 57 (10): 2445-2449.ZHOU M S, QIU X Q, YANG D J,. Molecular structure of sodium lignosulphonate from different materials and their properties as dispersant of coal water slurry [J]. Journal of Chemical Industry and Engineering (China), 2006,57 (10): 2445-2449.

[20] DONOHOE B S, DECKER S R, TUCKER M P,. Visualizing lignin coalescence and migration through maize cell walls following thermochemical pretreatment [J]. Biotechnology and Bioengineering, 2008, 101 (5): 913–925.

[21] WANG S R, LIN H Z, RU B,Comparison of the pyrolysis behavior of pyrolytic lignin and milled wood lignin by using TG-FTIR analysis [J]. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2014, 108 (7): 78-85.

[22] SARKANEN K V, LUDWIG C H. Lignins: Occurrence, Formation, Structure and Reactions [M]. Wiley-Interscience, 1971.

[23] 鄭大鋒, 邱學青, 樓宏銘, 等. 不同相對分子質(zhì)量木質(zhì)素磺酸鈣在盾構(gòu)砂漿中的應用 [J]. 化工學報, 2007, 58 (9): 2382-2387. ZHENG D F, QIU X Q, LOU H M,. Utilization of calcium lignosulfonate with different molecular masses in mortar for shield tunneling method [J]. Journal of Chemical Industry and Engineering (China), 2007, 58 (9): 2382-2387.

[24] CHANG G Y, KIM H, LU F,. Understanding the physicochemical characteristics and the improved enzymatic saccharification of corn stover pretreated with aqueous and gaseous ammonia [J]. BioEnergy Research, 2016, 9 (1): 1-10.

[25] PEREIRA S R, PORTUGAL-NUNES D J, EVTUGUIN D V,. Advances in ethanol production from hardwood spent sulphite liquors [J]. Process Biochemistry, 2013, 48 (2): 272-282.

[26] ZHOU H, LOU H, YANG D,Lignosulfonate to enhance enzymatic saccharification of lignocelluloses: role of molecular weight and substrate lignin [J]. Industrial and Engineering Chemistry Research, 2013, 52 (25): 8464-8470.

[27] ZHOU H F, YANG D J, WU X L,Structure and adsorption characterization of sodium lignosulfonate by laccase modification [J]. Chemical Journal of Chinese Universities, 2013, 34 (1): 218-224.

[28] WANG W, ZHU Y, DU J,. Influence of lignin addition on the enzymatic digestibility of pretreated lignocellulosic biomasses [J]. Bioresource Technology, 2015, 181: 7-12.

[29] YU H, REN J, LIU L,A new magnesium bisulfite pretreatment (MBSP) development for bio-ethanol production from corn stover [J]. Bioresource Technology, 2016, 199:188-193.

[30] AISYAH I S, MURSHED M F, NORLI I. Influence of different treatment condition on biopolymer yield production for coagulation- flocculation process [J]. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 2016, 133 (1): 012027.

[31] WANG Q, LIU S, YANG G,. Cationic polyacrylamide enhancing cellulase treatment efficiency of hardwood kraft-based dissolving pulp [J]. Bioresource Technology, 2015, 183: 42-46.

Influence mechanism of magnesium lignosulfonates on enzymatic hydrolysis of different cellulose materials

REN Jiwei1, LIU Lei2, QIAN Zijun1, ZHANG Yitong2, OUYANG Jia2,3

(1College of Forestry, Nanjing Forestry University,Nanjing 210037, Jiangsu,China;2College of Chemical Engineering, Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,Jiangsu,China;3Key Laboratory of Forest Genetics and Biotechnology of Ministry of Education, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037,Jiangsu,China)

In order to investigate the influence mechanism of magnesium lignosulfonates as assisted additives on enzymatic of cellulose hydrolysis, two kinds of magnesium lignosulfonates from different materials were selected to study the fabric differences and influences on enzymatic hydrolysis of different lignocellulose materials. It could be found that commercial magnesium lignosulfonate had higher sulfonation degree than homemade magnesium lignosulfonate, but ML had higher total hydroxy related content. Both commercial magnesium lignosulfonate and homemade magnesium lignosulfonate could enhance the enzymatic hydrolysis of Avicel. For enzymatic hydrolysis of lignocellulose material, two kinds of lignosulfonates showed inhibit influences on wheat straw pretreated by liquid hot water pretreatment. Only low concentration homemade magnesium lignosulfonate indicated the positive influence on wheat straw pretreated by magnesium bisulfite pretreatment. This study provided the theoretical references for explanation on influence mechanism of magnesium lignosulfonates on enzymatic hydrolysis.

magnesium lignosulfonate; cellulose; enzymatic hydrolysis; surfactants; biomass; biofuel

10.11949/j.issn.0438-1157.20170170

TQ 353.6

A

0438—1157（2017）08—3275—07

歐陽嘉。第一作者：任繼?。?991—），男，碩士研究生。

國家自然科學基金項目（51561145015）；江蘇省高校自然科學研究重大項目（16KJA220004）；江蘇省高校優(yōu)勢學科建設工程資助項目（PAPD）。

2017-02-22收到初稿，2017-04-23收到修改稿。

2017-02-22.

Prof. OUYANG Jia, hgouyj@njfu.edu.cn

supported by the National Natural Science Foundation of China (51561145015), the Major Natural Science Research Program of Jiangsu Higher Education Institutions (16KJA220004) and the Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions (PAPD).