近日，中國科學院青島生物能源與過程研究所牟新東研究員帶領的中國科學院生物基材料重點實驗室綠色化工技術研究中心，利用廉價、可再生的木質纖維原料（玉米秸稈、玉米芯、紙漿等）開展了預處理分離及各組分高效利用方面的研究并取得了系列進展，相關成果發表在Bioresour. Technol., J. Agric. Food Chem., Bioproc. Biosyst. Eng., 和Carbohyd. Polym.等雜志上。
該中心王海松研究員負責的生物質預處理小組在對前期木質纖維原料堿法預處理的研究基礎上（Bioresour. Technol., 2012, 125: 193; Biotechnol. Biofuels, 2013, 6: 97），進一步評價了玉米秸稈預處理酶水解糖的ABE（丙酮-丁醇-乙醇）可發酵性。結果表明，經動態擠壓預處理后酶水解糖的ABE發酵性能與對比糖（相同比例和濃度的葡萄糖和木糖溶液）相當，沒有產生發酵的抑制物，ABE的總產率可達0.112克/克原始秸稈（Bioproc. Biosyst. Eng., 2014, 37: 913）；經對PFI打漿對堿法預處理后玉米秸稈酶水解效率及總糖得率影響進一步研究，發現經PFI打漿后底物的打漿度和其酶水解效率及總糖得率有很好的線性關系，從而建立了一種通過測量打漿后物料的打漿度來快速預測預處理秸稈酶水解轉化率和總糖得率的方法（Bioresour. Technol., 2014, Doi:10.1016/j.biortech.2014.06.068）。此外，該小組的研究人員還利用多變量分析方法對堿法預處理系統中重要過程變量間的相互關系進行了量化分析，發現多變量分析方法將會是未來生物質轉化工業化生產過程中實現工藝優化和過程控制的有利工具（BioResources, 2014, 9(2): 2757）。
圖1. 動態擠壓預處理玉米秸稈酶水解糖與對比糖ABE發酵性能比較
圖2 打漿度和酶水解效率的關系及通過打漿度預測玉米秸稈的酶水解轉化率
該小組研究人員還開發了一種脫乙?；Y合機械磨漿然后兩步酶水解提高玉米芯總糖得率的新工藝，實驗發現該方法可以高效地分別獲得低聚木糖和葡萄糖。第一步酶水解混合糖中，低聚木糖的含量達到56.4%，超過功能性低聚木糖的含量標準，可以廣泛應用于醫藥保健、乳品飲料及食品等領域；第二步酶水解的葡萄糖含量為83.8%，合計總糖得率達到了86.4%，為玉米芯的預處理分離和全組分利用提供了參考（J. Agric. Food Chem., 2014, 62, 4661）；此外，利用預水解抽提的半纖維素和PVA共混，通過流延法成型制備了可降解的水溶性半纖維素薄膜，在優化的工藝條件下制備的膜材料拉伸強度達到7.63Mpa，裂斷伸長率403%，并且薄膜表面平滑、結構致密，可以代替不可降解的塑料作為包裝材料使用（Pap. Sci. Technol., 2014, 33: 30）。上述研究為木質纖維原料中木聚糖或半纖維素組分的高值化利用提供了新思路。
圖3. 脫乙?；Y合PFI磨漿然后酶水解的工藝路線及其對酶水解總糖得率的影響
圖 4. 預水解抽提半纖維素制備的膜材料及其強度性能
另一方面，研究人員比較了蒸汽預處理和熱水預處理對預水解硫酸鹽法制備高純度溶解漿的影響，發現在相同戊聚糖移除率的情況下，蒸汽預處理可降低縮合及反沉積木素對后續硫酸鹽蒸煮和漂白的不利影響，制備溶解漿的 纖維素含量可達97.6%，產品得率也比傳統熱水預處理再硫酸鹽法蒸煮高出3%（Cellulose, 2014, 3: 1445）；此外，研究人員還利用商品漂白硫酸鹽針葉木漿為原料，通過化學法和生物酶耦合處理，把漂白木漿的 纖維素含量提高到90%以上，反應性能超過68%，達到粘膠纖維用漿粕的性能指標（Biochem. Eng. J., 2014, 82: 183）。同時，利用固體酸水解該商品漂白木漿制備出具有優良熱穩定性的棒狀納米微晶纖維素（寬15-40 nm，長600-800 nm），由于固體酸容易回收再利用，從而建立了一種綠色可持續的制備納米纖維素的新方法，為納米纖維素的商業化推廣奠定了基礎（Carbohyd. Polym., 2014, 110: 415）。
上述研究得到了國家863計劃、國家自然科學基金及國際合作等項目支持，對生物質纖維的高值化利用和降低化學纖維行業對石化資源的依賴具有十分重要的意義。
圖5. 蒸汽和熱水預處理對半纖維素溶出及纖維素得率的影響
圖6. 生物酶和化學法耦合處理對纖維素反應性能和 纖維素含量的影響
圖7. 磷鎢酸制備納米纖維素的工藝流程及納米纖維素產品的微觀形貌
（生物基材料重點實驗室供稿）
原文鏈接：
（1）Bioprocess and Biosystems Engineering, 2014, 37:913-921
http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00449-013-1063-7
（2）Bioresource Technology, 2014, Doi:10.1016/j.biortech.2014.06.068
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852414009225
（3）Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2014, 62(20), 4661-4667
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jf500189a
（4）Cellulose,2014，3（21）：1445-1457
http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10570-014-0234-2
（5）BioResources, 2014, 9(2), 2757-2771.
（6）Biochemical Engineering Journal, 82 (2014) 183–187
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369703X13003343
（7）Carbohydrate Polymers, 2014,110, 415-422
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S014486171400397X
