武小芬 雷舒婷 儲(chǔ) 奕 蘇小軍 陳 亮 齊 慧 趙彩鳳 鄧 明 王克勤

1（湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 湖南省核農(nóng)學(xué)與航天育種研究所 長(zhǎng)沙 410125）

2（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院 長(zhǎng)沙 410125）

南荻（Triarrhena lutarioriparia，TL）為荻屬禾本科，是我國(guó)特有的多年生草本植物，現(xiàn)主要分布于湖北洪湖、湖南洞庭湖和江西鄱陽(yáng)湖等各大湖區(qū)以及長(zhǎng)江中下游地區(qū)［1‐2］。南荻易繁殖、適應(yīng)力強(qiáng)、生物量大，莖葉中含有豐富的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，且纖維素含量和質(zhì)量?jī)?yōu)于蘆葦和楊樹等傳統(tǒng)纖維植物，是具有巨大生物質(zhì)能源生產(chǎn)潛力的非糧原料［3‐5］。南荻莖葉中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量分別為42.1%、17.6%和19.3%［6］。其中，纖維素可以通過(guò)水解獲得葡萄糖，用來(lái)生產(chǎn)乙醇和丁醇等燃料［7］；木質(zhì)素可制備絮凝劑、碳纖維、減水劑以及染料添加劑等［8‐9］；半纖維素可用于制備糠醛、木糖醇和木糖等產(chǎn)品［10］。因此，將南荻木質(zhì)纖維素組分高效、綠色分離會(huì)極大地促進(jìn)木質(zhì)纖維素高值化利用和生物精煉的發(fā)展［11］。

甲酸作為一種生物質(zhì)衍生有機(jī)酸，具有價(jià)格低廉、含量豐富、沸點(diǎn)低（100.8 ℃）、易于回收利用等特點(diǎn)，能使生物質(zhì)中木質(zhì)纖維素組分在溫和條件下實(shí)現(xiàn)分離［12］。甲酸不僅能夠水解半纖維素，對(duì)木質(zhì)素也具有極好的溶解性，而纖維素在甲酸溶液中為不溶性殘?jiān)瑥亩行?shí)現(xiàn)木質(zhì)纖維素三組分的“一步”分離［13］。朱盛偉等［14］采用88%甲酸分離黃花梨木質(zhì)纖維素，在最佳條件下纖維素得率達(dá)到89.56%，木質(zhì)素純度超過(guò)為90%。何文強(qiáng)等［6］采用88%甲酸，在100 ℃條件下反應(yīng)3 h，南荻木質(zhì)纖維素三組分的提取率均大于80%，其中纖維素和木質(zhì)素純度分別可達(dá)83.6% 和86.8%。這些研究表明甲酸是生物質(zhì)木質(zhì)素、纖維素組分分離的良好溶劑，其分離獲得的目標(biāo)產(chǎn)物提取率和純度較高。

武小芬等［15‐17］采用輻照協(xié)同甲酸法分別從玉米芯、油茶殼和稻草中分離獲得纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，發(fā)現(xiàn)輻照處理可以提高木質(zhì)素和木糖的提取率以及纖維素和木質(zhì)素純度。輻照處理作為一種有效的生物質(zhì)預(yù)處理方法，它能夠破壞木質(zhì)纖維素相互交聯(lián)的緊密結(jié)構(gòu)，從而提高甲酸分離效率。與乙醇等有機(jī)溶劑相比，甲酸對(duì)木質(zhì)素的溶解能力更強(qiáng)，所以可以實(shí)現(xiàn)分離溶劑的多次循環(huán)利用，減少甲酸回收能耗，有效降低生產(chǎn)成本［18］。本文以南荻稈為原料，研究5 MeV 電子加速器輻照處理（吸收劑量400 kGy）對(duì)甲酸循環(huán)分離南荻木質(zhì)纖維素的影響，并對(duì)分離所得的纖維素酶解效率和結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行表征，為南荻稈全組分工業(yè)化利用提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 原料和試劑

干燥的南荻片收集于湖南省洞庭湖區(qū)。質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%的硫酸和88%的甲酸均為分析純，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)上海化學(xué)試劑有限公司；葡萄糖、木糖、阿拉伯糖純度大于99%，購(gòu)于上海阿拉丁化學(xué)試劑有限公司；纖維素酶（Cellulast1.5L），購(gòu)于丹麥Novozymes公司；實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

1.2 儀器和設(shè)備

FE177 高速粉碎機(jī)，天津泰斯特儀器有限公司；SHZ‐Ⅲ循環(huán)水式真空泵和SIL90GU‐YF 單層玻璃反應(yīng)釜，上海一凱儀器設(shè)備有限公司；THZ‐92A 氣浴恒溫振蕩器和YXQ‐LS‐50SⅡ立式壓力蒸汽滅菌鍋，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；BlueStar A紫外分光光度計(jì)，北京萊伯泰科儀器股份有限公司；Xiande‐5000A 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海賢德實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；UltiMate 3000 高效液相色譜和Nicolet iS5 傅里葉變換紅外光譜儀，美國(guó)賽默飛世爾科技有限公司；Eco‐S15純水系統(tǒng)，上海和泰儀器有限公司；JSM‐6380LV 掃描電子顯微鏡，日本電子株式會(huì)社；D8‐Advance X 射線衍射光譜儀，德國(guó)布魯克公司；5 MeV中能電子加速器，河北速能輻射加工有限公司。

1.3 方法

1.3.1 電子束輻照處理

將干燥的南荻片裝入托盤中，采用5 MeV 電子加速器于室溫下進(jìn)行輻照處理，吸收劑量為400 kGy， 未經(jīng)輻照處理的南荻作為對(duì)照（0 kGy）。對(duì)照和輻照后的樣品均進(jìn)行粉碎，過(guò)0.425 mm（40 目）篩，裝于自封袋中儲(chǔ)存于陰涼干燥處，備用。

1.3.2 南荻木質(zhì)纖維素分離工藝

準(zhǔn)確稱取500 g 粉碎后南荻樣品，加入5 L 甲酸溶液，在溫度100 ℃、轉(zhuǎn)數(shù)280 r/min 條件下反應(yīng)3 h，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻并過(guò)濾。濾渣（主要由纖維素組成，下文稱為南荻纖維素，TL‐Cellulose）用去離子水洗至中性，60 ℃烘干保存；濾液取50 mL 用于分析，剩余濾液采用甲酸補(bǔ)齊至5 L，加入500 g 樣品繼續(xù)反應(yīng)，循環(huán)5 次后減壓濃縮回收甲酸；濃縮后的液體加入蒸餾水析出木質(zhì)素，抽濾后濾液（主要為木糖溶液，下文稱為南荻木糖，TL Xylose）保存于4 ℃冰箱中；濾渣（主要為木質(zhì)素，下文稱為南荻木質(zhì)素，TL‐Lignin）60 ℃烘干保存，甲酸分離工藝如圖1 所示［15，18］。根據(jù)公式(1)、(2)和(3)分別計(jì)算纖維素、木質(zhì)素和木糖回收率(%)。纖維素和木質(zhì)素的純度即為兩步酸水解測(cè)定的樣品中纖維素和木質(zhì)素的含量。

圖1 南荻木質(zhì)纖維素甲酸循環(huán)分離工藝Fig.1 Cycling separation process of Triarrhena lutariorparis lignocellulose by formic acid

1.3.3 南荻甲酸纖維素酶解特性

稱取不同處理的樣品0.250 0 g于50 mL具塞三角瓶中，加入10 mL pH=4.8 乙酸‐乙酸鈉緩沖溶液，加酶量為15 FPU/g，搖勻，50 ℃、130 r/min條件下開始酶解反應(yīng)。分別在0 h、24 h、48 h、72 h、96 h 和120 h 取酶解上清液0.1 mL，稀釋至合適倍數(shù)后，過(guò)0.45 μm濾膜，采用高效液相色譜（HPLC）測(cè)定葡萄糖含量，根據(jù)公式（4）計(jì)算纖維素酶解轉(zhuǎn)化率［19］。

纖維素酶解轉(zhuǎn)化率(%)=[酶解液中葡萄糖質(zhì)量×0.9/(樣品絕干質(zhì)量×樣品中纖維素含量)]×100 （4）

1.4 理化性質(zhì)分析

1.4.1 南荻木質(zhì)纖維素組分分析

參照美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)（NREL）‐兩步酸水解方法：取0.300 0 g 干燥后的樣品加入3 mL 72%硫酸，30 ℃條件下水浴1 h，然后加入84 mL 蒸餾水，于高壓滅菌鍋中121 ℃反應(yīng)1 h，結(jié)束后冷卻過(guò)濾，濾渣放入鋁盒，105 ℃烘干至恒重，計(jì)算酸不溶性木質(zhì)素含量；320 nm 波長(zhǎng)下測(cè)得濾液的吸光值，計(jì)算酸溶性木質(zhì)素，通過(guò)HPLC測(cè)定其葡萄糖、木糖濃度，并計(jì)算纖維素和木聚糖含量。

HPLC 分析條件：色譜柱為Bio Rad Aminex HPX‐87H （7.8 mm×300 mm）， 流 動(dòng) 相 為0.005 mol/L H2SO4，流速0.6 mL/min，柱溫55 ℃，進(jìn)樣量10 μL，示差折光檢測(cè)器，溫度45 ℃［15］。

1.4.2 掃描電鏡分析

將60 ℃烘箱內(nèi)干燥24 h 的樣品置于載物臺(tái)上，噴鍍一層金屬膜，采用掃描電鏡進(jìn)行電子信號(hào)分析，在2 000倍下觀察處理前后樣品的表觀形貌，并記錄圖像。

1.4.3 傅里葉變換紅外光譜(FTIR)分析

取10 mg 樣品和1 g 溴化鉀置于瑪瑙研缽中，充分研磨后，取適量放入壓片磨具中，18 MPa 壓力下保持30 s，制得透明薄片，置于傅里葉紅外光譜儀中，記錄400～4 000 cm－1波數(shù)范圍內(nèi)紅外光譜［20］。

1.4.4 X射線衍射分析

取少量60 ℃干燥至恒重的樣品，用X 射線衍射儀進(jìn)行測(cè)定，測(cè)量條件：Cu 靶，管壓為40 kV，電流為40 mA，掃描范圍為5°～50°，掃描速度6(°)/min。根據(jù)公式（5）計(jì)算纖維素結(jié)晶度（Crystallinity index,CrI,以變量C表示，%）［21］。

式中：I002為2θ=22°附近的衍射峰信號(hào)強(qiáng)度；Iam為2θ=18°附近的衍射峰谷信號(hào)強(qiáng)度。

1.5 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)均重復(fù)2 次，采用Excel 2016 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、SPSS 23.0進(jìn)行單因素分析（Turkey），采用Origin 2019制圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 輻照處理對(duì)南荻木質(zhì)纖維素組分的影響

輻照處理對(duì)南荻組分的影響如表1所示。與未處理原料相比，經(jīng)400 kGy輻照處理后的南荻水溶性組分顯著升高，纖維素和木聚糖含量顯著降低，木質(zhì)素含量降低但無(wú)顯著差異。Wu 等［19］研究輻照處理農(nóng)作物秸稈也獲得相似的結(jié)果，說(shuō)明輻照可以破壞纖維素和木聚糖中的糖苷鍵，使其降解為可溶性低聚糖，從而使其含量降低［22‐23］；由于木質(zhì)素苯環(huán)骨架結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，需要較高的吸收劑量（大于800 kGy）才會(huì)發(fā)生降解，但是輻照會(huì)使木質(zhì)素苯環(huán)側(cè)鏈斷裂形成小分子有機(jī)酸、醇和酮等物質(zhì)，從而造成木質(zhì)素含量降低［20］。

表1 輻照處理對(duì)南荻木質(zhì)纖維素組分的影響Table 1 Effect of irradiation on the lignocellulose components of Triarrhena lutarioriparia (%)

2.2 輻照對(duì)甲酸循環(huán)分離南荻中纖維素的影響

輻照處理對(duì)甲酸分離南荻纖維素回收率和純度的影響如圖2所示。由圖2（a）可知，隨著循環(huán)次數(shù)的增多，對(duì)照和輻照的南荻原料分離獲得的纖維素回收率均逐漸升高，且經(jīng)過(guò)輻照處理的南荻纖維素回收率顯著低于對(duì)照。從圖2（b）可知，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，南荻纖維素純度呈下降趨勢(shì)，當(dāng)循環(huán)次數(shù)大于3次，纖維素純度不存在顯著差異。經(jīng)輻照處理后的南荻纖維素純度均高于對(duì)照，其中輻照和對(duì)照的南荻經(jīng)甲酸循環(huán)分離5次纖維素平均純度分別為81.13%和73.65%。說(shuō)明輻照處理可以破壞木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)，在甲酸分離過(guò)程中有利于木質(zhì)素和木聚糖的溶出，從而提高纖維素的純度［24‐25］；然而輻照處理后的南荻纖維素降解為可溶性的低聚糖和單糖，導(dǎo)致輻照處理的南荻纖維素回收率低于對(duì)照。

圖2 輻照處理對(duì)甲酸循環(huán)分離南荻中纖維素的影響：(a)纖維素回收率；(b)纖維素純度；a,b,c，表示同一劑量不同循環(huán)次數(shù)存在顯著差異（p＜0.05）；*，表示相同循環(huán)次數(shù)不同吸收劑量之間存在顯著差異（p＜0.05）Fig.2 Effects of irradiation pretreatment on the cycling separation of cellulose from Triarrhena lutarioriparis by formic acid:(a)recovery of cellulose;(b)purity of cellulose;a,b,c,indicated that there was significant difference in different cycles of the sample with same dose(p＜0.05);*,indicated that there was significant difference between different doses with the same cycle times(p＜0.05)

2.3 輻照對(duì)南荻中木質(zhì)素分離效果的影響

甲酸循環(huán)分離經(jīng)不同處理南荻樣品中木質(zhì)素的效果如圖3所示。由圖3（a）可知，隨著循環(huán)次數(shù)增加，木質(zhì)素回收率呈下降趨勢(shì)。這是由于循環(huán)次數(shù)越多，溶于甲酸溶劑的木質(zhì)素濃度越高，從而與纖維素分離不徹底，導(dǎo)致回收率下降；這與圖2（b）中隨著循環(huán)次數(shù)增加，纖維素純度降低、提取率升高相吻合。

圖3 輻照處理對(duì)甲酸循環(huán)分離南荻木質(zhì)素的影響：(a)木質(zhì)素回收率；(b)木質(zhì)素純度；a,b,c，表示同一劑量不同循環(huán)次數(shù)存在顯著差異（p＜0.05）；*，表示相同循環(huán)次數(shù)不同吸收劑量之間存在顯著差異（p＜0.05）Fig.3 Effects of irradiation pretreatment on the cycling separation of lignin from Triarrhena lutarioriparis by formic acid:(a)recovery of lignin;(b)purity of lignin;a,b,c,indicated that there was significant difference in different cycles of the sample with same irradiation dose(p＜0.05);*,indicated that there was significant difference between different doses with the same cycle times(p＜0.05)

輻照處理能夠提高木質(zhì)素回收率，輻照處理的南荻木質(zhì)素回收率在23.82%～32.96%，5 次循環(huán)平均回收率為28.68%，顯著高于對(duì)照樣品（16.66%～21.16%）。由圖3（b）所示，隨著循環(huán)次數(shù)增加，甲酸分離獲得的南荻木質(zhì)素純度總體呈升高趨勢(shì)，在循環(huán)5次時(shí)，對(duì)照和輻照處理的南荻木質(zhì)素純度分別為93.32%和94.20%；當(dāng)循環(huán)次數(shù)≤2 次時(shí)，輻照處理的南荻木質(zhì)素純度低于對(duì)照，但不存在顯著差異。隨著循環(huán)次數(shù)的增多，輻照處理的材料木質(zhì)素純度高于對(duì)照。

2.4 輻照對(duì)南荻中半纖維素分離效果的影響

甲酸分離木質(zhì)纖維素時(shí)，木聚糖在高溫下會(huì)水解為木糖，因此以木糖回收率和濃度來(lái)表征木聚糖的分離效果。圖4為輻照處理對(duì)甲酸循環(huán)分離南荻木聚糖的影響。由圖4可知，隨著循環(huán)次數(shù)增加，甲酸溶劑中木糖的濃度顯著升高，當(dāng)循環(huán)次數(shù)大于2次時(shí)，輻照處理的南荻木糖濃度和回收率均顯著高于對(duì)照，當(dāng)循環(huán)次數(shù)達(dá)到5次時(shí)，對(duì)照和輻照處理的樣品中木糖濃度分別為31.35 mg/mL和37.35 mg/mL。南荻中的木聚糖經(jīng)輻照處理后降解為可溶性低聚糖，更加容易被甲酸水解，因此，輻照處理的南荻循環(huán)分離5 次木糖平均回收率（10.16%）高于對(duì)照（8.62%）。然而，采用甲酸循環(huán)分離工藝，溶出的木糖一直存在于溶劑中，經(jīng)多次循環(huán)反應(yīng)發(fā)生降解轉(zhuǎn)化，使得木糖回收率隨著循環(huán)次數(shù)的增加逐漸降低［18］。

圖4 輻照處理對(duì)甲酸循環(huán)分離南荻木聚糖的影響：(a)木糖回收率；(b)木糖濃度；a，b，c，d，e表示同一劑量不同循環(huán)次數(shù)存在顯著差異（p＜0.05）；*，表示相同循環(huán)次數(shù)不同吸收劑量之間存在顯著差異（p＜0.05）Fig.4 Effects of irradiation pretreatment on the cycling separation of xylan from Triarrhena lutarioriparis by formic acid:(a)recovery of xylose;(b)concentration of xylose;a,b,c,d,e,indicated that there was significant difference in different cycles of the sample with same irradiation dose(p＜0.05);*,indicated that there was significant difference between different absorbed doses with the same cycle times(p＜0.05)

2.5 不同處理南荻分離獲得的纖維素、木質(zhì)素和木糖質(zhì)量

對(duì)照和輻照處理南荻，經(jīng)5次甲酸循環(huán)分離獲得的纖維素、木質(zhì)素和木糖質(zhì)量如表2所示。由表2 可知，2 500 g 未輻照南荻，最終分離獲得纖維素、木質(zhì)素和木糖的質(zhì)量分別為1 082.11 g、423.56 g和156.75 g，相對(duì)于原料中理論含量而言，其中90.76%的纖維素、60.36%木質(zhì)素和35.13%木糖被甲酸提取。對(duì)于400 kGy處理的南荻原料，經(jīng)甲酸循環(huán)分離獲得86.48%的纖維素、92.03%的木質(zhì)素和39.26%的木糖，說(shuō)明輻照處理后木質(zhì)素和木糖更易于溶出，從而使提取質(zhì)量增加，然而輻照處理后纖維素發(fā)生降解導(dǎo)致其提取質(zhì)量降低。此外，提取獲得的木糖質(zhì)量均較低，是由于循環(huán)分離過(guò)程中木糖在高溫甲酸溶劑中發(fā)生進(jìn)一步降解或轉(zhuǎn)化。

表2 甲酸循環(huán)分離工藝分離獲得的南荻木質(zhì)纖維素的質(zhì)量Table 2 Amount of Triarrhena lutarioriparia lignocellulosic obtained by formic acid cycling separation processing

2.6 南荻甲酸纖維素結(jié)構(gòu)和酶解特性表征

對(duì)輻照前后南荻、甲酸分離的南荻纖維素表觀形貌、酶解特性、化學(xué)鍵和官能團(tuán)、晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。掃描電鏡分析如圖5 所示。由圖5 可知，未處理南荻表面較光滑，經(jīng)輻照后表面出現(xiàn)小孔和縫隙，是由于輻照處理一定程度上破壞了木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)［17］。經(jīng)甲酸分離的南荻纖維素表面出現(xiàn)了較大裂縫和不規(guī)則顆粒，說(shuō)明甲酸分離脫除了木質(zhì)素和木聚糖，使其結(jié)構(gòu)變得松散，且輻照處理的南荻纖維素較對(duì)照碎片更多、結(jié)構(gòu)破壞更大，說(shuō)明甲酸結(jié)合輻照處理對(duì)南荻纖維素結(jié)構(gòu)影響最大。

圖5 甲酸分離南荻纖維素的掃描電鏡圖Fig.5 Scanning electron microscope images of Triarrhena lutarioriparia cellulose separated by formic acid

圖6 為輻照前后南荻與南荻甲酸纖維素的FTIR 圖。由圖6 分析可知，經(jīng)甲酸分離獲得的南荻纖維素和原料之間FTIR 譜存在3 處較大差異。首先，在1 722 cm-1波數(shù)處（羰基C=O 伸縮振動(dòng)）峰強(qiáng)度存在差異，輻照處理南荻該峰增強(qiáng)，這是由于南荻中纖維素和半纖維素在輻照處理后，糖苷鍵發(fā)生氧化斷裂形成新的C=O［21］；同時(shí)，經(jīng)甲酸分離后的南荻纖維素，此處吸收峰強(qiáng)度明顯高于南荻原料，是因?yàn)榧姿岱蛛x過(guò)程中南荻纖維素發(fā)生了甲?；揎棧?5］。其次，與南荻原料相比，甲酸分離的南荻纖維素在1 604 cm-1、1 513 cm-1、1 461 cm-1處苯環(huán)骨架振動(dòng)峰強(qiáng)度減弱，而位于1 430 cm-1、1 372 cm-1、1 320 cm-1處纖維素的特征峰強(qiáng)度增大，說(shuō)明甲酸分離過(guò)程中去除了木質(zhì)素，使纖維素純度提高［15，20］。

圖6 甲酸分離南荻纖維素的FTIR光譜Fig.6 FTIR spectra of Triarrhena lutarioriparia cellulose separated by formic acid

圖7為輻照前后南荻、南荻纖維素XRD光譜。4個(gè)樣品衍射峰位置基本一致，在2θ為16°和22°附近出現(xiàn)兩個(gè)較大衍射峰，且22°處的主衍射峰未出現(xiàn)雙峰，說(shuō)明南荻纖維素為I型［19］。根據(jù)公式（5）計(jì)算出對(duì)照南荻、對(duì)照南荻甲酸纖維素、輻照南荻和輻照南荻甲酸纖維素的結(jié)晶度分別為54.41%、60.40%、51.39%和62.07%。與對(duì)照南荻相比，經(jīng)輻照處理后結(jié)晶度降低，是因?yàn)檩椪諘?huì)破壞纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)［26］。甲酸分離的南荻纖維素結(jié)晶度顯著提高，這與朱盛偉等［14］的研究結(jié)果一致，他們也發(fā)現(xiàn)經(jīng)甲酸分離后的緬甸黃花梨纖維素結(jié)晶度高于原料。此外，輻照處理的南荻纖維素結(jié)晶度高于對(duì)照。

圖7 甲酸分離南荻纖維素的XRD光譜Fig.7 XRD spectra of Triarrhena lutarioriparia cellulose separated by formic acid

輻照前后的南荻、南荻纖維素酶解效率如圖8所示。對(duì)于輻照前后的南荻原料，酶解24 h 纖維素轉(zhuǎn)化率大幅增加，隨后增幅變緩，對(duì)照和輻照處理的南荻酶解120 h 轉(zhuǎn)化率分別為4.62%和14.63%，輻照處理使南荻纖維素酶解轉(zhuǎn)化率提高10%，但總體水平較低。甲酸分離的南荻纖維素酶解轉(zhuǎn)化率較原料明顯提高，且纖維素酶解速率較快，對(duì)照和輻照處理南荻纖維素酶解120 h轉(zhuǎn)化率分別為57.47%和54.30%，且輻照處理的南荻纖維素酶解轉(zhuǎn)化率低于對(duì)照，這可能是因?yàn)檩椪漳陷吨蟹蛛x的纖維素結(jié)晶度相對(duì)較高所致。

圖8 甲酸分離南荻纖維素的酶解轉(zhuǎn)化率Fig.8 Conversion rate of enzymatic hydrolysis of Triarrhena lutarioriparia cellulose separated by formic acid

3 結(jié)論

輻照處理的南荻木質(zhì)纖維素發(fā)生降解，結(jié)構(gòu)受到破壞，更加有利于甲酸對(duì)纖維素、木質(zhì)素和木糖的分離。輻照處理后南荻經(jīng)甲酸分離，5次循環(huán)纖維素平均純度為81.13%、木質(zhì)素和木糖平均回收率分別為28.68%和10.16%，均高于對(duì)照。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，纖維素回收率、木糖濃度和木質(zhì)素純度逐漸升高，最終木糖濃度超過(guò)30 mg/mL，木質(zhì)素純度超過(guò)90%。甲酸循環(huán)分離工藝能夠有效減少甲酸用量，降低甲酸回收能耗，使其更適于工業(yè)大規(guī)模的生產(chǎn)。經(jīng)甲酸分離的南荻纖維素表觀結(jié)構(gòu)粗糙，有較大的裂縫與孔洞，甲酰化修飾程度高，結(jié)晶度超過(guò)60%，酶解轉(zhuǎn)化率達(dá)到54.30%～57.47%。采用甲酸分離的南荻纖維素制備燃料乙醇，還需去甲?；幚韥?lái)提高轉(zhuǎn)化率，這些均是下一步有待研究的內(nèi)容。

作者貢獻(xiàn)說(shuō)明 武小芬完成論文的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，纖維素酶解轉(zhuǎn)效率試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析，論文的撰寫和修改；雷舒婷和儲(chǔ)奕完成了甲酸循環(huán)分離南荻木質(zhì)纖維素的實(shí)驗(yàn)研究；蘇小軍提供了本文的研究思路和實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)文章進(jìn)行了修改；陳亮完成了甲酸分離玻璃反應(yīng)釜的操作實(shí)驗(yàn)；齊慧完成了木質(zhì)素的濃縮和回收試驗(yàn)；趙彩鳳完成了纖維素的結(jié)構(gòu)分析；鄧明完成了論文中木質(zhì)纖維素含量的測(cè)定；王克勤提供本文的研究思路和實(shí)驗(yàn)方案，提供論文研究的經(jīng)費(fèi)。所有作者均已閱讀并認(rèn)可該論文最終版的所有內(nèi)容。