溫和有機預處理生物質研究獲新進展

預處理是實現以木質纖維素類生物質為原料、制備燃料和化學品生物煉制過程的基礎，決定了煉制的方向和效率。近日，中國科學院廣州能源研究所生物質能生化轉化研究室研究員莊新姝團隊在溫和有機預處理生物質研究方面取得進展。相關研究成果發表于《綠色化學》（Green Chemistry）。

有機溶劑預處理由于高效的組分拆解性能、拆解纖維素組分高保留酶解以及回收木質素組分高純度易于轉化的優勢，成為預處理研究的熱點之一。現有酸性有機預處理體系大多依靠較高的反應溫度和（或）酸濃度，才能在一步反應中實現木質素和半纖維素組分的完全脫除。同時，預處理體系對松木等軟木原料的適應性有限。

莊新姝團隊采用調變有機體系溶劑效應以促進體系木質素溶解的策略，構建了乙二醇苯醚-丙酮-水（APW）組成的多元溶劑相變體系，采用簡單易行的綜合強度因子（CSF，combined severity factor）調控預處理過程，實現了溫和條件（~120℃）下，一步對多種木質纖維生物質的有效拆解（甘蔗渣、玉米秸稈、竹屑、松木屑中木質素脫除率均超過90%）；并對木質素低含量樣品（木質素<4%）的酶水解效率差異進行了相關性分析研究。

該研究中，研究人員在考察APW預處理體系中木質素脫除率與時間、溫度、酸濃度以及固液比的關系中，比較了BBD響應面法優化和CSF調控的差異。他們提出CSF=~1.86可用作有效木質素去除率的指標，在多個等CSF的溫和條件下實現了甘蔗渣的有效拆解（木質素去除和半纖維素去除>98%）。研究人員對該體系的原料適宜性進行了考察，發現對甘蔗渣、松木、玉米秸稈和竹屑的木質素去除率均在90%以上。

對木質素低含量樣品酶水解效率差異的相關性分析研究表明，纖維素的比表面積、LOI、底物比表面積是影響酶解的主要因素。

該研究為木質纖維素類生物質預處理溶劑體系的構建和優化提供了策略，為溫和條件組分分離過程的調控提供了簡易可行的指導。研究成果有望應用于生物質煉制的組分分離預處理領域，為降低預處理能耗、提高三素利用效率、促進低碳綠色木質纖維素的高值化利用做出貢獻。

上述研究得到國家重點研發計劃國際科技創新合作項目、國家自然科學基金和廣東省基礎與應用基礎研究基金等項目的資助。

相關論文信息：https://doi.org/10.1039/D2GC04404H