乳白耙菌非经典胞外改性体系促进生物质热解模型机理研究

Biomass as an important renewable resource, can be used for bio-refining and thermogravimetic decomposition for liquid fuels and high value-added chemical products, which has become an important alternative for fossil energy and a significant way to achieve high values obtained from lignocellulosic materials. Studies have shown that, the structural barriers formed by lignin in biomass seriously affect the quality and yield of bio-fuels, which act as the important factors for lignocellulose efficient conversion and utilization..By using white-rot fungus Irpex lacteus CD2 to alter the supramolecular structure of biomass, we can establish the new bio-modification technologies for biomass conversion with low power consumption, low pollution and low emission, which can be used as the bio-based materials platform for transforming biomass to liquid fuels. Recently, studies on the use of bio-deconstruction for biomass pyrolysis are rarely reported,and the mechanisms for non-classical extracellular bio-deconstruction system of white-rot fungus I. lacteus CD2 are still unclarified. .By innovatively constructing the model of extracellular bio-deconstruction system for improving biomass pyrolysis, we can clarify the extracellular enzymatic composition and mechanism for non-classical bio-deconstruction system of white-rot fungus I. lacteus CD2, which can serve as an important supplement for the classic mechanism research of white-rot fungus extracellular lignin modification, and enhance the theoretical basis of the extracellular bio-modification applied for improving the fuel yield and quality of lignocellulose pyrolysis.

生物质作为重要可再生资源，利用生物炼制及热裂解技术从木质纤维素原料中获取液体燃料及高附加值化工产品已成为替代石化能源和实现生物质能高值化的重要途径。研究表明，生物质中木质素包裹形成的结构屏障是制约木质纤维素高效转化利用重要因素，严重影响了生物质液体燃料的品质和得率。.利用乳白耙菌生物处理改变木质纤维素超分子结构和组成，可建立低能耗、低污染和低排放的生物基材料平台化合物转化底物的生物改性新技术，解决生物质液体燃料转化底物获取瓶颈问题。目前利用生物体外改性促进生物质热解反应的研究鲜有报道，且乳白耙菌独特非经典胞外改性体系机理尚未明晰。.本项目通过创新性构建乳白耙菌胞外改性体系促进生物质热解模型，明晰乳白耙菌非经典特异胞外改性体系酶学组成及机理，为经典白腐菌胞外木质素改性基础研究提供了重要补充；为胞外生物改性应用于木质纤维素热解燃料产率及品质提升奠定理论基础。

随着石化能源日益枯竭和能源需求逐渐增加，生物质能源成为重要发展方向，其中预处理关键技术—白腐菌生物改性技术因其绿色、环保、低耗等技术特征备受关注。因此对于目前少见报道的白腐菌改性天然木质素机理，及白腐菌改性对生物质热化学性质影响进行深入研究很有必要。.研究结果表明乳白耙菌能够断裂木质素苯环间连键及与LCC酯键，使生物质大分子结构破坏，释放出用于生物质能源炼制的底物纤维素和半纤维素。将I. lacteus CD2改性天然木质素进行分离，对其组分、元素变化及结构（FTIR、1H- NMR、13C- NMR）改变进行分析与研究，结果表明I. lacteus CD2通过氧化反应对天然木质素进行显著改性，如将木质素中的苯环和共轭酯键结构转化，形成大量的共轭和非共轭羰基，所产生羟基加氧作用和脱甲氧基作用破坏木质素中的β-5’和5-5’碳键连接、β-O-4醚键及木质素的结构单元松柏基中的C=C双键和愈创木基和紫丁香基结构单元等导致木质素分子结构破坏。.乳白耙菌I. lacteus CD2改性木质素对热化学性质（TG/DTG/DTA）及Py-GC/MS产物影响研究结果表明：乳白耙菌改性作用可促进木质素热解反应进行，对木质素热解产物种类和含量有显著影响。I. lacteus CD2改性可促进木质素热解放热效应，提高热解反应速率1.1-1.4倍，反应初始和反应后期的反应活化能分别降低45.9%和40.6%，有利于热解反应起始和快速反应的进行。I. lacteus CD2改性后木质素热解苯酚类和苯环类物质含量分别显著增加2.92倍和1.27倍，产生醇类物质含量高达3.73%，在中低温热解过程中产生了木质素高温热解产物4-乙烯基-2-甲氧基苯酚且含量高达6.23%；通过破坏LCC键和脱甲氧基作用，减少糠醛、苯并呋喃和二甲氧基 苯类物质含量。由此初步揭示了白腐菌改性生物质及木质素的分子机理及对热解反应及产物的正面影响。.采用SDS-PAGE、LC/MS及GC/MS分析，对乳白耙菌I. lacteus CD2改性木质素胞外酶学及木质素改性机理研究结果表明，乳白耙菌的胞外酶改性体系是一种独特的非传统木质素改性酶主导的改性体系。天然木质纤维素对I. lacteus CD2胞外酶分泌影响显著，在含天然木质纤维素培养基上I. lacteus CD2可产生大量转葡基酶、纤维素酶、用于改性植物细胞壁的胼胝