中药渣生物质的糖化水解及转化效率研究文献综述

开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）

一、课题背景及文献综述

随着中医药行业的快速发展,产生的中药渣数量也急剧增多,中药渣是中药材采收、炮制和中成药生产过程中出现的废弃物,是一类未被充分利用的生物资源^[1]。药渣废弃物造成了严重的资源浪费和长期的环境污染,不仅给社会经济带来负担也危及了人们的健康,而水解技术应用于药渣的处理具有安全绿色环保的优势。对中药渣水解技术与综合利用进行讨论,以此扩宽中药药渣发酵的研究思路,为其他废渣废料的治理提供了指导和依据。

如何有效利用废弃中药渣资源对环境保护和资源利用有重要意义。因此对中药渣成分的分析和提取其中的纤维素、半纤维素等糖类对制备高附加值的化学品和功能糖等具有重要意义。

中药渣是由纤维素、半纤维素和木质素三种主要成分构成。木质纤维素很难被降解，由于其自身的紧密抗性结构和存在木质素这种组分^[1]。木质素是一种由苯丙烷结构单体构成的复杂高聚物，与纤维素和半纤维素相结合形成更复杂的结构，使得木质纤维素能抵抗微生物解聚和化学攻击^[2]。因此，需要用有效的预处理方法来破坏木质素和半纤维素对纤维素的包封结构，增加生物质的比表面积，提高其可降解性能。

木质纤维生物质原料的预处理方法有物理法、化学法、物理化学法、生物法等。其中，物理法主要是利用机械进行机械粉碎、微波处理和高能辐射等;化学法主要包括酸处理、碱处理和有机溶剂处理等;物理化学法有蒸汽爆破法、高温水热预处理法、氨纤维爆裂法等;生物法主要是酶解法^[3]。根据不同的要求选取不同的预处理方法，或者需要不同的预处理方法协同作用。

物理预处理方法主要是使用粉碎或其他破坏方法来降低生物质的颗粒尺寸和结晶度，从而增加比表面积并降低聚合度，能部分解聚木质素以及改变纤维素和半纤维素的结构。物理方法主要包括机械粉碎、高能辐射、高温裂解、微波和超声波等。这类方法预处理过程中不会产生有毒废弃物和抑制物，处理过程简单并对设备要求较低，但是需要较高的能源输入，只能部分破坏纤维素和半纤维素的结构，对木质素的破坏也不够完全，而且单独使用物理预处理方法不能达到理想效果，往往需要联合别的预处理方法来提高效率^[4]。

化学预处理方法主要是使用化学试剂来破坏木质素与纤维素和半纤维素之间的连接键，降解木质素，去除部分半纤维素，降低纤维素结晶度或溶解纤维素，使纤维素和半纤维素更容易被酶解^[4]。化学方法主要包括酸处理、碱处理、氧化性处理、有机溶剂处理和离子液体处理等。这类方法预处理效率较高，具有较高的木质素去除率和糖化效率。

酸处理过程破坏其聚合度，增加木质纤维素材料表面的孔洞，从而使酶解中可以与纤维素酶接触的可及性表面积增加，进而提高纤维素酶的活性，进一步的增加聚糖到单糖的转化^[5]。

此外碱处理失重率较高，但预处理液中还原糖含量较低。草本类纤维素类生物质的预处理适合采用碱处理，木本类纤维素类生物质的预处理适合采用酸处理。碱法预处理相较于酸法预处理，对温度的要求更低，通常在常温下即可完成^[6]。采用温和碱性H₂O₂能通过自由基氧化去除部分木质素，破坏木本的结构，使得大量木质素被去除。