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能源危机、环境污染和温室效应使得人们迫切的寻找一种可以替代石化能源的可再生资源。生物质能源是由植物体通过光合作用得到的化学能，由于其储量巨大、来源方便、可再生，并且能直接转化为化学品和液体燃料，受到了各国广泛的关注和研究。木质纤维素是生物质最主要的存在形式，通过酶转化的手段将木质纤维素转变成可发酵糖，并进一步转化为液体燃料和化学品是生物炼制的重要途径之一。酶催化水解木质纤维素具有环境友好、专一性强、设备要求低和条件温和等优点，但是目前大规模工业化仍然存在底物的酶解效率不高、纤维素酶的成本高和酶解木质素的利用困难等问题。针对这些问题，本工作创造性地提出将酶解木质素改性为pH响应表面活性剂来促进木质纤维素的酶解，并回收纤维素酶。这样不仅缓解了酶解木质素利用困难的问题，而且促进了木质纤维素的酶解并节约了纤维素酶的用量。
首先研究阴离子表面活性剂木质素磺酸钠(SXSL)和阳离子表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵，CTAB)复配对木质纤维素酶解的影响，为pH响应木质素两性表面活性剂(pH-LAS)的合成与应用提供理论基础。研究发现，SXSL与CTAB复配后能够更加有效地提高木质纤维素的酶解效率。通过表面电荷测试和吸附实验发现，CTAB可以中和SXSL表面的部分负电荷，从而减少SXSL与底物木质素以及SXSL分子相互的静电排斥力，增加SXSL在底物木质素上的吸附，形成了有效空间位阻和水化膜，减少了纤维素酶在木质素上的无效吸附，促进了底物中纤维素的酶解。
接着在木质素磺酸盐上通过接枝3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CHPTAC)合成木质素磺酸钠季铵盐(SLQA)，并研究了不同季铵化程度的SLQA对木质纤维素酶解和纤维素酶吸附的影响。随着季铵化程度的增加，SLQA对木质纤维素的酶解促进作用逐渐增强，且其在木质素膜上的吸附逐渐增强。吸附SLQA后的木质素膜比吸附SXSL的更加亲水，这种现象随着季铵化程度的提高而更加明显，因此SLQA相比SXSL可以形成更有效的空间位阻和水化膜减少纤维素酶在木质素上的无效吸附，从而提高底物纤维素的转化率。通过调节pH可以回收SLQA，重新加入酶解体系中仍可促进木质纤维素的酶解，但是由于SLQA中磺酸根含量远大于季铵根含量，使得其酸析沉淀得率和pH响应性有待进一步提高。
然后在磺化度较低的磺化碱木质素(SAL)上接枝CHPTAC合成等电点较高的pH响应磺化碱木质素季铵盐SAL-Nx(x为CHPTAC占SAL的质量百分比)。其中SAL-N28的等电点为2.3，当溶液pH从5.0降到3.0，超过95%的SAL-N28从5mM醋酸钠缓冲液中沉淀出来，同时可以将溶液中纤维素酶沉淀出来。SAL-N28对不同纤维素酶组分的回收能力不同，SAL-N28可以回收CTec2中绝大多数的β-葡萄糖苷酶(β-GL)、内切葡聚糖酶(EG)III和木聚糖酶(Xyn)，同时外切葡聚糖酶(CBH)I和CBHII的回收率也超过了一半，静电作用是SAL-N28吸附纤维素酶的主要作用力。在微晶纤维素(Avicel)的酶解过程中，通过调节pH循环回收利用SAL-N28和纤维素酶，可以节约70%左右的纤维素酶。在玉米芯残渣(CCR)的酶解过程中，SAL-N28不仅可以将底物转化率从78%提高到93%，而且可以节约50%的纤维素酶。
在木质素上接枝较多的阴阳离子基团会削弱其与纤维素酶之间的疏水作用，因此在木质素上接枝少量的非离子亲水链段来增强其对纤维素酶的结合力，利用木质素自身的pH响应性来实现表面活性剂和纤维素酶的回收。通过环氧氯丙烷(ECH)将单甲氧基聚乙二醇(mPEG)接枝在酶解木质素上得到L-mPEGx(x为反应过程中mPEG与木质素的质量百分比)。随着mPEG接枝量的增加，L-mPEG对纤维素酶的活性影响越小，且其对木质纤维素酶解促进作用越明显。相比木质素两性离子表面活性剂SAL-N28，L-mPEG40具有更高的产率和更灵敏的pH响应性。且L-mPEG40亲水基团的接枝率远小于SAL-N28，其与纤维素酶的疏水作用更强，可以回收更多的纤维素酶。在CCR的酶解过程中，L-mPEG40可以将葡萄糖的收率提高17.2%，节约60%以上的纤维素酶，而且96%以上的L-mPEG40可以循环利用。
为了进一步提高木质素表面活性剂回收纤维素酶的能力，用ECH通过聚乙二醇(PEG)使木质素交联起来合成L-PEGx-y(x为PEG的分子量，y为反应中PEG与木质素的质量比)以增大表面活性剂的分子量。相比于L-mPEG，相同条件下合成的L-PEG拥有更大的分子量，由于较大的分子量有利于L-PEG在木质素膜上形成更大的空间位阻，更有效地促进木质纤维素的酶解。且较大的分子量有利于增强L-PEG在沉淀时与纤维素酶之间的相互作用力，增强纤维素酶的回收。添加3g/L的L-PEG1000-40可以使木质素含量较高的稀酸处理桉木的酶解效率从38.2%提高到84.5%，并且节约40%的纤维素酶用量。
pH响应木质素表面活性剂在木质素纤维素酶解中的应用不仅提高了纤维素的转化率，降低了纤维素酶的用量，而且实现了木质纤维素全组分的综合利用，对优化木质素纤维素酶解糖化工艺具有重要意义。
首先研究阴离子表面活性剂木质素磺酸钠(SXSL)和阳离子表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵，CTAB)复配对木质纤维素酶解的影响，为pH响应木质素两性表面活性剂(pH-LAS)的合成与应用提供理论基础。研究发现，SXSL与CTAB复配后能够更加有效地提高木质纤维素的酶解效率。通过表面电荷测试和吸附实验发现，CTAB可以中和SXSL表面的部分负电荷，从而减少SXSL与底物木质素以及SXSL分子相互的静电排斥力，增加SXSL在底物木质素上的吸附，形成了有效空间位阻和水化膜，减少了纤维素酶在木质素上的无效吸附，促进了底物中纤维素的酶解。
接着在木质素磺酸盐上通过接枝3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CHPTAC)合成木质素磺酸钠季铵盐(SLQA)，并研究了不同季铵化程度的SLQA对木质纤维素酶解和纤维素酶吸附的影响。随着季铵化程度的增加，SLQA对木质纤维素的酶解促进作用逐渐增强，且其在木质素膜上的吸附逐渐增强。吸附SLQA后的木质素膜比吸附SXSL的更加亲水，这种现象随着季铵化程度的提高而更加明显，因此SLQA相比SXSL可以形成更有效的空间位阻和水化膜减少纤维素酶在木质素上的无效吸附，从而提高底物纤维素的转化率。通过调节pH可以回收SLQA，重新加入酶解体系中仍可促进木质纤维素的酶解，但是由于SLQA中磺酸根含量远大于季铵根含量，使得其酸析沉淀得率和pH响应性有待进一步提高。
然后在磺化度较低的磺化碱木质素(SAL)上接枝CHPTAC合成等电点较高的pH响应磺化碱木质素季铵盐SAL-Nx(x为CHPTAC占SAL的质量百分比)。其中SAL-N28的等电点为2.3，当溶液pH从5.0降到3.0，超过95%的SAL-N28从5mM醋酸钠缓冲液中沉淀出来，同时可以将溶液中纤维素酶沉淀出来。SAL-N28对不同纤维素酶组分的回收能力不同，SAL-N28可以回收CTec2中绝大多数的β-葡萄糖苷酶(β-GL)、内切葡聚糖酶(EG)III和木聚糖酶(Xyn)，同时外切葡聚糖酶(CBH)I和CBHII的回收率也超过了一半，静电作用是SAL-N28吸附纤维素酶的主要作用力。在微晶纤维素(Avicel)的酶解过程中，通过调节pH循环回收利用SAL-N28和纤维素酶，可以节约70%左右的纤维素酶。在玉米芯残渣(CCR)的酶解过程中，SAL-N28不仅可以将底物转化率从78%提高到93%，而且可以节约50%的纤维素酶。
在木质素上接枝较多的阴阳离子基团会削弱其与纤维素酶之间的疏水作用，因此在木质素上接枝少量的非离子亲水链段来增强其对纤维素酶的结合力，利用木质素自身的pH响应性来实现表面活性剂和纤维素酶的回收。通过环氧氯丙烷(ECH)将单甲氧基聚乙二醇(mPEG)接枝在酶解木质素上得到L-mPEGx(x为反应过程中mPEG与木质素的质量百分比)。随着mPEG接枝量的增加，L-mPEG对纤维素酶的活性影响越小，且其对木质纤维素酶解促进作用越明显。相比木质素两性离子表面活性剂SAL-N28，L-mPEG40具有更高的产率和更灵敏的pH响应性。且L-mPEG40亲水基团的接枝率远小于SAL-N28，其与纤维素酶的疏水作用更强，可以回收更多的纤维素酶。在CCR的酶解过程中，L-mPEG40可以将葡萄糖的收率提高17.2%，节约60%以上的纤维素酶，而且96%以上的L-mPEG40可以循环利用。
为了进一步提高木质素表面活性剂回收纤维素酶的能力，用ECH通过聚乙二醇(PEG)使木质素交联起来合成L-PEGx-y(x为PEG的分子量，y为反应中PEG与木质素的质量比)以增大表面活性剂的分子量。相比于L-mPEG，相同条件下合成的L-PEG拥有更大的分子量，由于较大的分子量有利于L-PEG在木质素膜上形成更大的空间位阻，更有效地促进木质纤维素的酶解。且较大的分子量有利于增强L-PEG在沉淀时与纤维素酶之间的相互作用力，增强纤维素酶的回收。添加3g/L的L-PEG1000-40可以使木质素含量较高的稀酸处理桉木的酶解效率从38.2%提高到84.5%，并且节约40%的纤维素酶用量。
pH响应木质素表面活性剂在木质素纤维素酶解中的应用不仅提高了纤维素的转化率，降低了纤维素酶的用量，而且实现了木质纤维素全组分的综合利用，对优化木质素纤维素酶解糖化工艺具有重要意义。