【摘 要】
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随着化石能源的减少,寻找替代能源已成为全球的热点。生物质资源由于其可再生和可降解性,具有巨大的发展潜力。但是,由于其高度聚合的木质纤维结构,生物质的自然降解速度十分缓慢。为了更加有效地利用这类自然资源,需要对其进行预处理以突破木质素屏障,使内部的可利用纤维素组分获得更加充分的利用。本研究提出Fenton预处理结合桦褐孔菌诱导发酵的处理方式,通过在发酵体系中添加金属离子诱导剂和芳香族诱导剂,以进一步
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随着化石能源的减少,寻找替代能源已成为全球的热点。生物质资源由于其可再生和可降解性,具有巨大的发展潜力。但是,由于其高度聚合的木质纤维结构,生物质的自然降解速度十分缓慢。为了更加有效地利用这类自然资源,需要对其进行预处理以突破木质素屏障,使内部的可利用纤维素组分获得更加充分的利用。本研究提出Fenton预处理结合桦褐孔菌诱导发酵的处理方式,通过在发酵体系中添加金属离子诱导剂和芳香族诱导剂,以进一步促进麦秆木质纤维结构的解聚。本文通过对麦秆木质纤维素降解率的分析、表观结构的扫描电镜分析、木质素降解产物的高效液相色谱（HPLC）分析和木质纤维素降解酶活性分析,探讨了Fenton预处理结合桦褐孔菌诱导发酵的处理方式对生物质材料产糖能力的影响。实验结果表明:（1）最佳诱导剂的确定。在常规桦褐孔菌固体发酵时加入诱导剂能够促进木质纤维素的降解,在Mn SO4、丁香酸、藜芦醇、白藜芦醇、没食子酸、Tween 80和Triton-100七种诱导剂中,筛选得到最佳诱导剂为Mn SO4和没食子酸。并且,与Fenton预处理相结合能进一步促进麦秆木质素的降解效果。研究还发现联合使用Mn SO4和没食子酸两种诱导剂的降解效果优于单独使用某一种诱导剂,其中最优的浓度组合为Mn SO45μmol/g麦秆和没食子酸3μmol/g麦秆。Fenton预处理结合Mn2+-没食子酸诱导发酵(FRP+Mn2++GA)促进桦褐孔菌对麦秆木质素的降解。FRP+Mn2++GA组的木质素降解率达到23.49%,远远高于发酵对照组（SSF control）和无诱导剂的Fenton预处理发酵组（FRP+SSF）。扫描电镜（SEM）和HPLC结果进一步体现了处理后麦秆木质纤维结构的破坏和木质素的降解。（2）Fenton预处理结合Mn2+-没食子酸诱导发酵大大促进了桦褐孔菌木质素降解酶的分泌。FRP+Mn2++GA组Mn P,Li P和Lac的产量分别提升至1019.37IU/g,967.94 IU/g和22.23 IU/g,是FRP+SSF组（656.41 IU/g,430.19 IU/g,14.35 IU/g）的1.55,2.25和1.55倍,是SSF control组（192.35 IU/g,322.64IU/g,13.43 IU/g）的5.30,3.00和1.66倍。Fenton预处理结合桦褐孔菌诱导发酵的三种木质素降解酶活性的提高解释了麦秆木质素降解的增强。（3）Fenton预处理结合桦褐孔菌诱导发酵大大提高麦秆产糖效果。FRP+Mn2++GA组的麦秆仅发酵10天,经商业纤维素酶水解糖化48 h的还原糖产量和全纤维素的糖转化率达到333.16 g/kg和68.21%,是同一时间FRP+SSF组（293.75 g/kg,58.01%）的1.13倍和1.18倍,SSF control组（213.55 gkg,50.66%）的1.56倍和1.35倍。高产糖量和转化效率与麦秆木质素的降解和纤维素的保留直接相关。（4）Fenton预处理结合桦褐孔菌诱导发酵促进玉米秸秆和油菜秸秆的降解和产糖。处理后的玉米秸秆（147.87 g/kg）和油菜秸秆（168.98 g/kg）的还原糖产量是SSF control组的3.40倍和3.14倍。（5）Fenton预处理结合桦褐孔菌诱导发酵后,麦秆的产糖能力是三种秸秆中最强的,因此更有利于后续的生物质转化。综上所述,本研究经过优化得到了Fenton预处理结合桦褐孔菌诱导发酵降解木质素的最佳处理条件,并通过对麦秆木质纤维素降解率、表观结构的SEM观察、木质素降解产物的HPLC实验和木质纤维素降解酶活性分析,探讨了该处理方式对生物质材料产糖能力的影响,为生物质材料的转化及利用提供了思路和研究基础。
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