蛋清蛋白絮凝处理脱除玉米秸秆水解液中的木质素衍生物.pdf

Vol.39，No.1，2024中国造纸学报Transactions of China Pulp and Paper蛋清蛋白絮凝处理脱除玉米秸秆水解液中的木质素衍生物赵敏 陈妍 王高升 于孟辉*（天津科技大学天津市制浆造纸重点实验室，天津，300457）摘 要：为了提升玉米秸秆水解液（corn stalks hydrolysate，CSH）的可生化降解性，研究了蛋清蛋白（egg white protein，EWP）絮凝处理对CSH中木质素衍生物去除的影响，并与氯化铁、阳离子聚丙烯酰胺等常规絮凝剂的效果进行对比。结果表明，在初始CODCr浓度为40 g/L的CSH中使用EWP进行热絮凝处理（100 下加热5 min），CSH中大分子木质素（以浊度计算）去除率达（76.873.00）%，显著优于氯化铁、阳离子聚丙烯酰胺的处理结果（P 0.05）。同时，EWP热絮凝处理未造成糖、呋喃及弱酸等化合物明显损失。这是由于EWP通过疏水反应与木质素衍生物结合，进一步通过巯基-二硫键交联形成大分子化合物，促进了木质素衍生物从CSH中去除。关键词：玉米秸秆；水解液；蛋清蛋白；絮凝中图分类号：TS724 文献标识码：A DOI：10.11981/j.issn.10006842.2024.01.146玉米秸秆中富含木质纤维，通过生物质精炼工艺可将其转化成生物燃料及其他生物基化学品，从而对化石燃料和化工产品进行有效替代1。木质纤维中的纤维素、半纤维素及木质素能够交织形成网状结构，使其具有较高的天然顽抗性，阻止了酶及微生物与木质纤维直接反应1-2。通过预处理可破坏木质纤维的天然顽抗性结构，增加水解酶对原料中纤维素和半纤维素的可及性，进而有效提升原料的酶解转化率3-4。目前用于生物质精炼的主要预处理方法中，水热法具有处理成本低、环境友好、对设备腐蚀程度低等突出优势，成为生物质精炼领域的研究热点5-6。水热法以水在高温下电离产生的H+作为催化剂，促进木质纤维素中聚戊糖组分的溶出7-8。玉米秸秆经过水热法预处理后，所得水解液（CSH）中主要组分为单糖及低聚糖，同时包含了木质素衍生物、酚类化合物及弱酸等副产物。已有大量研究证实，上述预处理副产物对于酶解及微生物发酵均存在抑制作用9-11。其中，木质素衍生物对微生物生长及代谢存在强烈的抑制性10-11。同时，部分溶解性大分子木质素衍生物由于亲水性基团含量较少，经过冷却后，其溶解度变低，会从水解液中析出，并以较大颗粒状悬浮于水解液中12，成为水解液浊度的主要来源12-13；另一部分小分子木质素衍生物则由于亲水性基团含量较多，以胶体形式稳定存在于水解液中14-15。当前，去除水解液中木质素衍生物的方法主要包括物理法 16-17、化学法 18-19 及生物法 20-21 等。在上述各种方法中，絮凝法具有操作简便、试剂成本较低等优势，广泛用于工业废水的处理22-23。絮凝处理工业废水可有效降低废水浊度并澄清水质，当前处理工业废水所用絮凝剂主要包括无机絮凝剂（氯化铁、聚合氯化铝）及有机合成絮凝剂（阳离子聚丙烯酰胺）等 24。然而，化学絮凝剂的过量使用会造成致癌物在环境中持续累积，给人类健康带来很大隐患25-27。因此，开发天然可降解的生物絮凝剂成为当前研究热点28-30。Iber等28提取罗氏虾中的壳聚糖用于澄清水产养殖废水。结果表明，在壳聚糖用量12.5 mg/L、溶液pH值=6.88的条件下，对初始浊度为82 NTU的水产养殖废水絮凝处理30 min时，废水浊度下降92.45%28。然而，当前生物絮凝剂普遍存在合成工艺复杂，成本较高等弊端，制备简便、原料易获取的生物絮凝剂成为研究热点。蛋白质具有价格低廉且易获取等特质，在絮凝处理领域受到持续关注30-33。Kaarmukhilnilavan等30尝试以蛋清蛋生物质组分分离及材料高值化利用收稿日期：20230307；修回日期：20230407基金项目：天津市自然科学基金（16JCZDJC39700）。作者简介：赵敏，在读硕士研究生；主要研究方向：生物炼制技术。*通信联系人：于孟辉，博士，讲师；主要研究方向：制浆造纸技术、生物炼制技术；E-mail：。146第 39 卷 第 1期蛋清蛋白絮凝处理脱除玉米秸秆水解液中的木质素衍生物白（egg white protein，EWP）为絮凝剂，处理浓度为5 g/L的高岭土模拟废水，在EWP添加量16 mg/L、氯化铝添加量100 mg/L及溶液pH值=6.0的条件下，絮凝效率达91%。Seki等 32 利用甲基化改性EWP絮凝处理硅藻土模拟废水，在EWP添加量40 mg/L、硅藻土浓度4 g/L、反应体系温度30、pH值=6.8的条件下，硅藻土脱除率可达0.45 g/g。当前，对于EWP参与絮凝反应的机理尚未明确，多数研究集中于评估EWP在模拟水解液中对模拟化合物的絮凝效果，而实际工业生产过程中的水解液絮凝处理工艺研究尚缺乏足够的报道。因此，本研究以EWP为絮凝剂，利用EWP在常温及加热条件下对CSH进行絮凝处理，考察了CSH中木质素衍生物的去除效率，并将上述结果与氯化铁和阳离子聚丙烯酰胺等传统絮凝剂效果进行对比。在此基础上，对EWP常温及加热絮凝脱除木质素衍生物的机理进行初探。1 实验原料及方法 1.1实验原料玉米秸秆采收于内蒙古赤峰市，使用前裁切为长度5 cm短杆，置于室外常温下保存。EWP为市售鸡蛋清经冷冻干燥后，过筛后得到粒径180250 m的粉末，置于4 冰箱中储存。葡萄糖、木糖、糠醛、羟甲基糠醛、甲酸、乙酸等标准品及色谱用硫酸选用色谱级试剂，购于阿拉丁生物科技有限公司。硫酸（质量分数98%）、盐酸（质量分数37%）、氢氧化钠、氯化铁（FeCl3）、阳离子聚丙烯酰胺（CPAM，分子质量800万）、尿素、甘氨酸、DTNB（Ellmans试剂）、三羟甲基氨基甲烷（用于配制Tris-Gly-8M Urea缓冲液）等试剂均为分析纯，购于国药集团化学试剂有限公司。孟加拉玫瑰红（生物染色剂）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）阳离子标准溶液，购于上海麦克林生化科技股份有限公司。1.2实验方法1.2.1水热预处理将100 g玉米秸秆（绝干质量）与800 mL自来水混合均匀后，置于间歇式电加热旋转蒸煮器（KRK 2615）中，密封后置于170 条件下，保温反应40 min后，将预处理浆料进行压滤并收集水解液，所得液体为CSH。依据文献14，34，预处理水解液的浊度主要来源于大分子木质素衍生物34，而小分子木质素胶体稳定存在于水解液中14。因此，本研究以浊度去除率表征絮凝处理对水解液中大分子木质素衍生物的去除效果，同时以总酚化合物（TPC）去除率表征絮凝处理对水解液中小分子木质素衍生物的去除效果。初始CSH主要性质见表1。1.2.2絮凝反应絮凝反应在 25 下进行。取 100 mL CSH 置于250 mL烧杯中，加入絮凝剂，于200 r/min条件快速搅拌3 min后，降低转速至50 r/min，并缓慢搅拌20 min，随后静置3 h。使用EWP进行热絮凝反应时，按照上述条件依次进行快速、慢速搅拌，随后置于100 沸水中加热5 min，最后在25 下冷却静置3 h。静置结束，取样品液面下方 2 cm 处的上清液，分析絮凝处理后CSH中单糖、寡聚糖、呋喃化合物、弱酸及酚类化合物等组分的含量，同时分析絮凝处理后CSH的pH值、浊度、CODCr浓度、TPC浓度等指标，浊度、TPC去除率均按式（1）计算。去除率(%)=()Ci-CfCi 100%（1）式中，Ci和Cf分别为上述指标在絮凝处理前后的相应结果。每组实验平行进行3次，结果取平均值。1.2.3木质素沉淀析出用质量分数72%的硫酸将絮凝处理后CSH的pH值调至1.0，随后在4 条件下静置24 h。将溶液在6000 r/min 条件下离心 10 min，收集木质素沉淀物，冻干后备用。1.3分析方法1.3.1浊度采用浊度分析仪（TL2300，HITACHI）对CSH样品进行浊度检测。分析前通过去离子水对仪器进行校准。表1初始CSH主要性质Table 1Properties of original CSH参数pH值浊度/NTU化学需氧量（CODCr）浓度/(gL-1)葡萄糖/(gL-1)葡聚糖/(gL-1)戊糖/(gL-1)聚戊糖/(gL-1)TPC浓度/(gL-1)糠醛/(gL-1)5-羟甲基糠醛/(gL-1)甲酸/(gL-1)乙酸/(gL-1)数值4.400.20580.0010.1245.660.291.110.031.900.023.280.0914.240.071.510.100.030.010.200.010.340.022.270.11147第 39 卷 第 1期蛋清蛋白絮凝处理脱除玉米秸秆水解液中的木质素衍生物1.3.2TPC含量TPC含量分析参考Chundawat等35报道的方法进行。分析前将CSH样品通过0.45 m水相滤膜，并通过没食子酸标准曲线确定滤液中的TPC含量。1.3.3糖、弱酸及呋喃化合物含量利用配备Bio-Rad Aminex HPX-87H色谱柱的高效液相色谱仪（1200，Agilent Technologies）分析 CSH样品中葡萄糖、木糖及阿拉伯糖等糖类化合物，糠醛、羟甲基糠醛等呋喃化合物，以及甲酸、乙酸等弱酸类化合物含量。进样前用0.22 m微孔滤膜进行过滤，色谱运行条件为：流动相选择5 mmol/L硫酸溶液，流速为0.6 mL/min，柱温55，进样量10 L，运行时间60 min。以葡萄糖含量来表征 CSH样品中的己糖含量，以木糖和阿拉伯糖含量之和来表征CSH样品中戊糖的含量。利用文献36报道方法分析液相中总己糖及总戊糖含量，按式（2）和式（3）计算葡聚糖和聚戊糖的含量。每组实验平行进行3次，结果取平均值。m葡聚糖=0.9(C总己糖-C葡萄糖)V（2）m聚戊糖=0.88 C总戊糖-(C木糖+C阿拉伯糖)V（3）式中，m葡聚糖、m聚戊糖分别表示 CSH 样品中葡聚糖、聚戊糖的质量，g；C葡萄糖、C木糖、C阿拉伯糖分别表示CSH中葡萄糖、木糖及阿拉伯糖的浓度，g/L；V表示CSH样品体积，L；0.9及0.88分别表示葡聚糖、聚戊糖的转化系数。1.3.4Zeta电位使用激光粒度仪（Nano ZS/ZS90，马尔文）对稀释10倍的CSH样品进行Zeta电位分析，溶剂和纳米粒子的折射率分别为1.33和1.59。所有测量均在25 环境中进行并重复3次，结果取平均值。1.3.5表面电荷参考文献37-38报道方法对样品表面电荷含量进行定量分析，具体方法如下：称取0.03 g样品置于100 mL烧杯中，加入50 mL去离子水，用质量分数1%的稀盐酸将pH值调至5后，超声溶解30 min，随后从烧杯中量取10 mL溶液，并置于颗粒电荷测定仪检测池内。用浓度为1 mol/L的CTAB阳离子标准溶液对样品溶液中的反离子进行滴定，待仪器示数为0时结束滴定，记录消耗CTAB阳离子标准溶液的体积。设置不加样品的对照组，每组实验平行进行3次，结果取平均值。按照式（4）对样品表面电荷含量Q（mmol/g）进行计算。Q=(V样品-V对照)Mm（4）式中，V样品表示样品消耗的滴定液体积，mL；V对照表示对照组消耗的滴定液体积，mL；M表示滴定液物质的量浓度，mmol/L；m表示样品质量，本研究中为0.03 g。1.3.6疏水性依据文献39-40报道方法，对样品表面疏水性进行定量分析，具体方法如下。用浓度0.05 mol/L、pH值=5.0的乙酸钠缓冲液溶解样品，配制成210 g/L样品溶液。随后向溶液中添加40 mg/L玫瑰红染液，作为实验组。设置不添加玫瑰红染液的样品作为对照组，在相同条件下进行反应。将所有样品溶液密封后置于50、150 r/min条件反应2 h，反应结束后在5000 r/min条件下离心 5 min，所得上清液用紫外分光光度计（8454，Agilent Technologies）在 543 nm 处测定吸光度。将实验组吸光度减去对照组结果，得到游离染液对应吸光度，通过玫瑰红标准曲线计算浓度。样品吸附量为玫瑰红染料初始添加量与反应终止时游离染料含量之差。以样品溶液浓度为横坐标，对应游离染料含量与吸附量的比值为纵坐标，拟合线性直线，斜率用于表征样品的疏水性。1.3.7自由巯基含量依据 Beveridge 等31报道的方法测定巯基含量（SHF）。取60 mg EWP冻干样品溶于10 mL的Tris-Gly-8M Urea缓冲液中，6000 r/min下离心10 min。取2 mL液面下方2 cm处的上清液，加入80 L的Ellmans试剂混匀，25 下反应5 min，在412 nm波长下测量吸光度A，根据式（5）计算其游离巯基含量。SHF(mol/g 蛋白质)=73.53 AC（5）其中，Ellmans 试剂的物质的量消光系数为73.53；C为样品浓度，mg/mL。1.3.8数据统计对数据进行单因素方差分析，显著性水平P0.05则认为数据有意义。2 结果与讨论 2.1絮凝工艺的影响2.1.1pH值pH值在絮凝处理过程中起关键作用41。为了探究pH值对絮凝处理脱除木质素衍生物的影响，首先在CSH的CODCr浓度=10 g/L、絮凝剂用量为1 g/L条件下，在pH值=5，11 范围内考察了pH值对EWP絮凝148第 39 卷 第 1期蛋清蛋白絮凝处理脱除玉米秸秆水解液中的木质素衍生物脱除木质素衍生物的影响，并与FeCl3及CPAM的絮凝效果进行对比，结果见图1。如图1（a）所示，随着pH值的提升，各体系絮凝处理后CSH的Zeta电位均逐渐下降，表明其表面带负电荷颗粒的数量逐渐增加31。这是因为提高 pH 值后，更多羟基及羧基发生解离，使水解液中的木质素衍生物表面携带了更多负电荷 42。如图1（a）和图1（b）所示，浊度去除率随pH值上升先下降再上升；这是由于在酸性溶液中，FeCl3和CAPM表面携带正电荷，主要通过电中和机制絮凝沉淀表面携带负电荷的胶体颗粒；当溶液转变为中碱性后，FeCl3水解产物表面将携带负电荷，与表面携带负电荷的木质素衍生物存在静电斥力；同时CPAM有效正电荷含量也显著降低，主要通过相对较弱的架桥机制来吸附胶体颗粒31；因此，pH值会对浊度去除率产生较大影响。当pH值达到9.0后，所有反应体系中的浊度去除率均有所提升；这是由于强烈的静电斥力导致部分吸附于大分子木质素表面的小分子木质素衍生物解离，并溶解至液相中，造成解离后大分子木质素因电荷失稳而聚沉，使得此时浊度去除率在各絮凝体系中均上升 12。以上实验结果与Wang等12报道木材水解液pH值影响木质素胶体絮凝反应的结论一致。大量文献报道 41，43 证实，EWP等电点pI=4.5。因此，在pH值=5.0的条件下，EWP由于去质子化而携带负电荷41。继续增大pH值则会导致EWP与木质素衍生物均发生去质子化而负电性增加，从而增大了EWP与木质素衍生物之间的静电斥力。另一方面，对于FeCl3和CPAM絮凝体系，增大pH值会降低絮凝剂的有效正电荷量，导致通过电中和机制脱除木质素衍生物的能力下降。综上所述，pH值增大，小分子木质素衍生物的去除率（以TPC去除率表示）在所有絮凝反应体系中均下降；pH值由5.0提高至7.0后，大分子木质素衍生物去除率（以浊度去除率表示）同样开始降低（图1（b）和图1（c）。如图1（b）所示，在pH值=5.0条件下，使用EWP作为絮凝剂，通过絮凝或热絮凝方式脱除木质素衍生物时，大分子木质素衍生物去除效果（浊度去除率）分别达到最大值（60.301.98）%及（68.131.67）%，显著优于使用FeCl3及CPAM作为絮凝剂时（分别为（64.720.49）%和（52.342.05）%）的处理效果（P0.05）。另一方面，在pH值=5.0条件下，使用EWP作为絮凝剂，通过絮凝或热絮凝方式脱除小分子木质素衍生物，TPC去除率分别为（10.151.27）%及（12.131.04）%，低于使用 FeCl3及 CPAM（分别为（18.240.98）%和（16.661.48）%）为絮凝剂时的处理效果（P0.05）。此外，通过图1（c）可以发现，在相同pH值下，使用EWP进行热絮凝处理，对大分子及小分子木质素衍生物的脱除效果均优于常温絮凝，pH值对EWP絮凝及热絮凝的影响程度相对较小。通过以上结果推测，EWP进行絮凝及热絮凝的反应机制可能与FeCl3和CPAM等传统絮凝剂存在差异。在所研究pH值范围内，EWP在pH值=5.0条件下进行絮凝及热絮凝反应时，对木质素衍生物去除的综合效果较好。基于以上原因，确定pH值=5.0作为后续研究的基础。2.1.2絮凝剂用量絮凝剂与絮凝底物之间的相互作用存在高度的浓度依赖性 31。本研究在CSH初始CODCr浓度=10 g/L、pH值=5.0条件下，在EWP用量在0.5，3g/L范围内考察絮凝或热絮凝处理去除CSH中木质素衍生物的效果，并与FeCl3及CPAM等絮凝剂的效果进行对比，结果见图2。如图2（a）所示，增大EWP用量，絮凝及热絮凝处理过程中，絮凝处理后CSH的Zeta电位改变较小；而在使用FeCl3及CPAM的絮凝体系内，增大絮凝剂用量将显著改变絮凝处理后CSH的Zeta电位。如图2（b）所示，增大絮凝剂用量后，大分子木质素衍生物去除图1pH值对絮凝处理后CSH的影响Fig.1Effect of pH value on flocculation treated CSH149第 39 卷 第 1期蛋清蛋白絮凝处理脱除玉米秸秆水解液中的木质素衍生物率在所有絮凝体系内均有所提升。当絮凝剂用量达3 g/L时，使用EWP进行絮凝及热絮凝处理时，浊度去除率分别达到（62.501.13）%及（74.283.08）%，与 使 用 FeCl3及 CPAM（分 别 为（71.702.82）%和（66.912.34）%）的结果相当。另一方面，增大絮凝剂用量，同样可以提升CSH中小分子木质素衍生物的去除率。如图2（c）所示，当絮凝剂用量提高至3 g/L时，在使用EWP进行絮凝及热絮凝处理的体系中，TPC去除率分别为（16.011.29）%及（18.211.37）%，与使用 FeCl3及CPAM（分别为（25.842.30）%和（21.851.74）%）的结果接近。图2（b）和图2（c）的结果表明，在各用量下，使用EWP进行热絮凝处理时，对木质素衍生物的去除率均高于常温絮凝，与图1中不同pH值条件下进行絮凝反应时的结果一致。增大FeCl3和CPAM用量可以提高CSH中正电荷含量（图2（a），中和了更多木质素衍生物表面的负电荷，并促使其失稳后发生聚沉12，31；然而增大EWP用量，絮凝和热絮凝处理后CSH的Zeta电位均未出现明显变化，但大分子及小分子木质素衍生物的去除率会随EWP用量增大而提升（图2（b）和图2（c）。上述结果与图1结果共同表明，EWP通过絮凝及热絮凝反应去除木质素衍生物的絮凝反应机理与FeCl3及CPAM存在差异。此外，增大絮凝及热絮凝过程中的EWP用量，对大分子木质素的去除率提升更加明显。当EWP用量达1.5 g/L后，浊度去除率不再进一步明显提升。因此，后续研究将絮凝剂用量确定为1.5 g/L。2.1.3初始CODCr浓度初始CODCr浓度是影响絮凝反应的重要因素，在固定絮凝剂用量及pH值条件下，改变初始CODCr浓度将综合影响絮凝剂与絮凝底物的相对含量及盐离子浓度，进而影响絮凝反应过程43。在CODCr浓度为10，40g/L范围内，考察了EWP进行絮凝或热絮凝反应对木质素衍生物脱除的影响，并与使用FeCl3、CPAM絮凝剂时的结果进行对比，结果见图3。如图3（a）所示，增大初始CODCr浓度后，所有絮凝体系处理后CSH的Zeta电位均下降，这是因为增大初始CODCr浓度后，絮凝体系中表面携带负电荷的木质素衍生物浓度升高。如图3（b）所示，大分子木质素衍生物的去除率在各絮凝体系中均随CODCr浓度的提高而下降。当CODCr浓度由10 g/L提高至40 g/L后，在使用FeCl3、CPAM及EWP常温絮凝体系中，浊度去除率分别由（49.573.26）%、（62.973.31）%和（52.343.09）%下 降 至（38.353.55）%、（49.732.71）%和（50.433.09）%。与此同时，小分子木质素的去除率图2絮凝剂用量对絮凝的影响Fig.2Effect of coagulant dosage on flocculation performance图3初始CODCr浓度对絮凝的影响Fig.3Effect of original CODCr concentration on flocculation performance150第 39 卷 第 1期蛋清蛋白絮凝处理脱除玉米秸秆水解液中的木质素衍生物呈现相似变化趋势（图3（c），TPC 去除率分别由（12.382.17）%、（20.642.75）%和（16.851.59）%下降至（7.501.28）%、（10.562.46）%和（11.282.23）%。上述结果表明，增大初始CODCr浓度，一方面会使絮凝剂与CSH中的木质素衍生物相互作用达到饱和43，另一方面会使CSH中表面带负电荷的木质素衍生物浓度增大，降低了FeCl3及CPAM等絮凝剂的有效正电荷含量，从而导致CSH中木质素衍生物的去除率出现下降44。当使用EWP进行热絮凝反应时，增大初始CODCr浓度对木质素衍生物的去除率均未产生明显影响。如图2（b）及图2（c）所示，当初始CODCr浓度为40 g/L后，浊度去除率为（76.873.00）%，TPC去除率为（10.010.46）%，与初始CODCr浓度为10 g/L相比，变化不大。上述结果进一步证实，EWP热絮凝处理去除木质素衍生物的反应机制与FeCl3及CPAM等存在差异。与此同时，通过比较 EWP 热絮凝处理与使用 FeCl3及CPAM等传统絮凝剂处理实际CSH（初始CODCr浓度约为46 g/L）的表现可以发现，使用EWP进行热絮凝处理，在实际CSH中对大分子木质素衍生物的去除效果明显优于FeCl3及CPAM等传统絮凝剂。进一步对比分析了絮凝处理后糖类、呋喃及弱酸化合物等在各絮凝体系中的变化，结果如表1所示。表1结果表明，絮凝处理后的CSH中糖类、呋喃及弱酸类化合物在各絮凝体系中均未出现明显流失，上述化合物均可作为生物质精炼的底物或平台化合物进行高附加值利用。综上所述，EWP通过热絮凝处理可有效去除实际CSH中的大分子木质素衍生物，同时未造成糖类、呋喃及弱酸类化合物的明显流失。上述研究为基于生物质精炼技术下的水解液资源化利用提供了新的选择。2.2EWP热絮凝去除木质素衍生物的潜在机理2.1结果表明，EWP通过热絮凝处理可有效去除实际CSH中的大分子木质素衍生物。当前已发表的研究成果主要从电荷作用和疏水性结合力2个方向对蛋白化合物与木质素衍生物的相互作用机制进行解析 45-46。为了探究EWP通过热絮凝处理脱除木质素衍生物的反应机理，在pH值=5.0条件下对不同样品的表面电荷密度及疏水性进行对比分析，结果见图4。如图 4 所示，在 pH 值=5.0 的体系中，FeCl3及CPAM携带正电荷，在CSH中主要通过电中和机制絮凝脱除表面携带负电荷的木质素衍生物31。另一方面，木质素衍生物、EWP及加热后EWP样品在pH值=5.0的体系中，表面均携带负电荷，因此在pH值=5.0的CSH中，EWP及加热后EWP与木质素衍生物存在静电斥力。另一方面，市售CPAM在pH值=5.0体系中具有一定的表面疏水性（0.550.07）L/g），这可能是由于其在制备过程中形成了大分子链疏水缔合基团47，可通过疏水结合方式与木质素衍生物中的疏表1絮凝处理后CSH中糖、呋喃及弱酸化合物的变化Table 1Changes of sugars,furan compounds and acetic acid after flocculation%絮凝剂EWPEWP（加热）FeCl3CPAM葡萄糖3.530.242.590.675.400.424.620.11葡聚糖1.240.453.270.325.260.207.050.93戊糖3.100.222.470.156.751.225.730.10聚戊糖2.070.331.080.174.140.385.800.14糠醛5.970.264.710.194.090.176.040.415-羟甲基糠醛6.441.047.010.757.800.115.640.52甲酸5.331.125.450.985.791.154.330.07乙酸6.260.214.941.015.150.266.520.07图4样品电荷密度、表面疏水性及自由巯基含量分析Fig.4Charge density,surface hydrophobicity and free sulfhydryl groups concentration of samples151第 39 卷 第 1期蛋清蛋白絮凝处理脱除玉米秸秆水解液中的木质素衍生物水性基团结合，强化了CSH中木质素衍生物的去除。在pH值=5.0条件下，EWP及加热EWP样品表面疏水性分别为（0.810.06）L/g和（1.490.12）L/g，显著高于木质素衍生物（0.250.09）L/g）及CPAM（0.550.07）L/g）的表面疏水性（P0.05）。依据文献48，具有更高表面疏水性的样品容易通过疏水作用力进行相互结合。通过图4可以推测，EWP在絮凝处理过程中，主要通过疏水作用与木质素衍生物进行结合，上述分析与文献报道结论一致45，48。另一方面，自由巯基含量是反映蛋白样品交联化程度的主要参数49-50。EWP中主要成分卵清白蛋白含有4个自由巯基41，其含量降低表明样品中蛋白通过巯基-二硫键转换（SH/SS）反应交联形成了大分子蛋白化合物51。如图4（b）所示，模拟絮凝条件对EWP样品加热后，EWP样品中自由巯基（SH）含量显著降低（P0.05），说明EWP在热絮凝脱除木质素衍生物过程中，可通过巯基-二硫键作用进行交联反应51。基于以上结果，对EWP热絮凝处理脱除木质素衍生物的潜在机理进行分析：热絮凝处理过程中，EWP通过疏水作用与木质素衍生物相互结合，然后在加热过程中通过巯基-二硫键作用进一步形成大分子絮体，进而发生重力沉降，实现对 CSH 中大分子木质素衍生物的脱除 52。另一方面，由于小分子木质素衍生物携带更多亲水性基团14，其与蛋白分子结合后形成的络合物在CSH中具有更强的稳定性，不易发生沉降。上述分析解释了EWP进行热絮凝反应时，对CSH浊度去除效果显著，而对TPC去除效果有限的现象。3 结 论 本研究重点探究了蛋清蛋白（EWP）通过絮凝反应脱除玉米秸秆水解液（CSH）中木质素衍生物，并将絮凝效果与使用氯化铁、阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）等传统絮凝剂结果进行对比。对EWP通过热絮凝处理脱除木质素衍生物的机理进行了分析。3.1使用 EWP 热絮凝处理可有效脱除CSH 中的大分子木质素衍生物，尤其在实际CSH（CODCr浓度约46 g/L）体系中对大分子木质素衍生物的去除效率明显优于氯化铁、CPAM等传统絮凝剂。通过EWP热絮凝处理后，未造成CSH中糖类、呋喃类及弱酸类化合物明显流失。3.2EWP热絮凝处理脱除木质素衍生物的机理如下：EWP 首先通过疏水作用与木质素衍生物相互结合，在加热过程中通过巯基-二硫键作用交联形成大分子化合物，通过重力沉降促进了大分子木质素衍生物的脱除。3.3本研究为基于生物质精炼技术下的CSH资源化利用提供了新的选择。后续将深入探究EWP絮凝反应的机制及强化途径，同时考虑将EWP热絮凝处理与膜分离等方法组合使用，从而进一步提升CSH中木质素衍生物的去除效率。参考文献1RAMACHANDRAN V.ISMAIL F S，NOOR M J M M，et al.Extraction and Intensive Conversion of Lignocellulose from Oil Palm Solid Waste into Lignin Monomer by the Combination of Hydrothermal Pretreatment and Biological Treatment J.Bioresource Technology Reports，DOI：10.1016/j.biteb.2020.100456.2李家全，李鹏辉，徐烨轩，等.木质素影响木质纤维原料酶解的作用机理及其研究进展 J.中国造纸，2023，42（3）：114-120，144.LI J Q，LI P H，XU Y X，et al.Mechanism and Research Progress of Lignin Affecting the Enzymatic Hydrolysis of Lignocellulosic Raw Materials J.China Pulp&Paper，2023，42（3）：114-120，144.3HERBURGER K，FRANKOV L，PIMANOV M，et al.Hetero-trans-Glucanase Produces Cellulose-Xyloglucan Covalent Bonds in the Cell Walls of Structural Plant Tissues and Its Stimulated by Expansin J.Molecular Plant，2020，13（7）：1047-1062.4HUANG C X，LIU J，GENG W H，et al.A Review of Lignocellulosic 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