基于氯化胆碱的新型深度共熔溶剂选择性萃取木质素机制的研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21706052
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0811.生物质转化与轻工制造
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

This project is aimed to choose the choline chloride-based deep eutectic solvents (DES) as the pretreatment solvents based on the structure-function relationship, which having green,renewability, cellulase-biocompatibility and high solubility toward lignin. By comparing the effects of different hydrogen-bond donors of DES on the pretreatment of wheat straw,cellulose enzymatic hydrolysis and deep eutectic solvents lignins (DESL) and residue lignins (RL) isolated from the native and pretreated rice straw respectively, we can elucidate the effect of DES characters on the extractability and recovery of lignin, chemical structure and physico-chemical properties of wheat straw residues, efficiency of cellulose enzymatic hydrolysis and the fractionations. Furthermore, by exploring the changes of the content and distribution of the lignin components together with the chemical structures and linkages representative of the lignin-hemicellulose compounds in the cell wall of wheat straw and the structure and properties of DESLs and RLs, the underlying molecular mechanism of choline chloride-DES mediated selective lignin extraction and the interaction mechanism of DESs on cellulose and hemicellulose during the pretreatment will be illustrated on the micro perspective and molecular level. The study will establish a simple,green, economic and efficient process for pretreatment and fractionation of lignocellulose biomass. It will lay a theoretical foundation for the value-added utilization of all fractions of biomass and promote the transformation of the fossil economy to the carbohydrate economy.
本项目拟根据构效关系选用基于氯化胆碱的、绿色、可再生、与纤维素酶相容且对木质素具有较强溶解性能的深度共熔溶剂(DES)作为预处理溶剂。对比研究不同DES介导的小麦秸秆预处理、纤维素酶解过程特性、分离出的深度共溶剂木质素及从预处理后残渣中分离出的残余木质素,阐明DES的结构及其理化性质对小麦秸秆木质素的萃取率和物理化学特性、纤维素酶解效率及组分分离的影响规律,进一步探讨小麦秸秆预处理前后细胞壁中木质素组分的含量变化及分布规律、化学结构和典型化学连接键的变化,并结合深度共熔溶剂木质素及残余木质素的结构和性质,从微观角度和分子水平上揭示这类DES选择性萃取木质素的分子机制、预处理过程中DES与纤维素和半纤维素之间的相互作用机制。在此基础上,建立简单、绿色、经济、高效的木质纤维素预处理及组分分离的新工艺,为实现生物质全组分的高值化利用奠定理论基础,并为促进化石经济向碳水化合物经济转型提供新的思路。

结项摘要

以资源丰富、价格低廉、可再生的木质纤维素生物质为原料生产燃料、化学产品的研究已成为研究的热点。本项目据构效关系选用基于氯化胆碱的、绿色、可再生且对木质素有较强溶解性的深度共熔溶剂(DES)作为预处理溶剂。对比研究不同DES介导的小麦秸秆预处理、酶解特性、分离出的深度共溶剂木质素(DES-L),阐明DES的结构及理化性质对纤维素酶解效率及组分分离的影响规律,探讨小麦秸秆预处理前后木质素组分的含量变化及分布规律、化学结构的变化,从微观角度和分子水平揭示这类DES选择性萃取木质素的分子机制。此外还拓展该类DES在豆渣中的应用。. 对比研究以乙醇胺的化合物为氢键供体的 DES的理化特 对小麦秸秆预处理的影响。结果表明:30℃下,DES 的粘度0.04~1.37 Pa·s,导电率 0.29~3.57 ms/cm,5 mM DES 的 pH 7.41-11.02;90℃对木质素和木聚糖的溶解度为 425 mg/g和 523 mg/g,对纤维素几乎不溶;预处理后小麦秸秆中的多糖酶解率得到了显著提高,预处理效果依赖于pH,其中[氯化胆碱]:[乙二胺]为最适溶剂,木质素去除率达 83.14%,还原糖收率为93.88%。该类 DES 可选择性地除去木质素和木聚糖,而未改变纤维素的结构,发现对禾本科植物和桉木有良好的预处理效果,但对松木效果不佳。.红外光谱、凝胶渗透色谱(GPC)和元素分析表明预处理后Kraft木质素的骨架结构几乎未变化,分子量和多分散性系数有降低,热重分析和差示扫描表明其分解温度及玻璃态转化温度均有提高,不饱和度值由未处理时的233升高到326~340,有解聚和缩合反应发生。基于乙醇胺的DES与碱预处理萃取木质素的机制上具有相似之处,也存在一定的差异。1H NMR分析表明碱处理过程中有缩合结构(β-βˊ),而DES处理时则未检测到该结构,可能是因碱预处理强度高于后者。GPC分析表明DES-L的分子量介于碱木质素与磨木木质素之间。. 本研究初步阐明了基于DES的生物质预处理及酶解的相关机制,还建立简单、绿色、经济、高效的生物质预处理及组分分离的新工艺,为实现生物质全组分的高值化利用奠定理论基础,并为促进化石经济向碳水化合物经济转型提供新的思路。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
深度共熔溶剂预处理木质纤维素生物质 研究进展
  • DOI:
    10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0880
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    化工进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    董艳梅;安艳霞;马阳阳;张剑;李梦琴
  • 通讯作者:
    李梦琴
深度共熔溶剂预处理对木质纤维素生物质 作用机制的研究进展
  • DOI:
    10.3969/j.issn.2095-560x.2020.06.011
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    新能源进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    洪元芳;董艳梅;安艳霞;张 剑;李梦琴
  • 通讯作者:
    李梦琴

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其他文献

熏烤肉制品加工过程中多环芳烃来源及抑制研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    肉类研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄昊龙;马阳阳;林菊;朱瑶迪;赵莉君;安艳霞;祝超智;李苗云;赵改名
  • 通讯作者:
    赵改名

其他文献

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低共熔溶剂木质素/CMC复合膜材料的构筑及其性能调控机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
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  • 项目类别:
    面上项目

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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