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生物资源与生物炼制研究团队在Chemical Engineering Journal期刊上发表研究成果

来源:   文图:宋国杰 审核:聂尧发布时间 :2024-01-25  点击量:

近期,我校1396me皇家世界官网孙付保教授团队在研究先进预处理方法促进纤维质底物酶解制糖方面取得重要进展,研究成果“Double in-situ lignin modification in surfactant-assisted glycerol organosolv pretreatment of sugarcane bagasse towards efficient enzymatic hydrolysis”正式发表于Chemical Engineering Journal, 2024, 481:148713 (一区, Top, IF 15.1)



木质纤维素类生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素等三大素组成,储量丰富和可再生性的特点使其成为绿色生物制造的理想原料。将生物质“三大素”组分生物转化为生物能源、生物化学品或生物基材料,不仅有助于石化替代,也有利于降低温室气体排放,已成为我国可持续发展及赋能“碳达峰、碳中和”的重要途径。

生物质的酶基生物炼制工艺主要包含四个环节:预处理、酶解、发酵和蒸馏。其中,预处理是打破生物质复杂且致密结构以及增强后续酶解的最关键步骤,制造效率高度依赖于有效的预处理技术。现行代表性预处理方法主要包括有机溶剂、水热、蒸汽爆破、稀酸/碱、离子液体等,但这些方法往往会导致木质素结构发生转变以及引起木质素再聚合副反应,加剧了后续酶解时木质素对纤维素酶的无效吸附,从而严重削弱底物酶水解效率。可见,构建一种简单高效的预处理方法是推进生物质绿色生物制造的关键。

针对以上问题,孙付保教授团队研究发现在有机溶剂预处理过程中添加表面活性剂能原位修饰木质素,从而减缓木质素再缩合副反应,进一步提高预处理后底物的可酶解性。实验进一步通过现代分析技术手段解析了表面活性剂辅助预处理促进底物可酶解性的机理:表面活性剂通过醚化反应修饰了固体底物中残留木质素结构,使其含有更多β-O-4连接键和较少酚羟基(PhOH);这种修饰也使表面活性剂的亲水基团接枝到木质素结构上从而减少了残余木质素的疏水性,使底物后续酶解时残留木质素与纤维素酶之间的非生产性吸附减弱,最终提高了底物高效酶解产糖水平。此外,研究者们还通MDDFT等模拟分析初步阐明表面活性剂与木质素之间的相互作用以及抑制木质素再缩合的机制。

图形摘要

江南大学2021级博士生宋国杰为该论文第一作者,孙驰贺助理研究员和孙付保教授为该论文的共同通讯作者。上述研究工作得到国家重点研发计划政府间国际合作项目(2022YFC2104601)和国家自然科学基金(22278189;52106245;22350410382)等资助。

近年来,我校1396me皇家世界官网孙付保教授团队在木质纤维原料的绿色生物加工制造方面取得明显进展,相关成果陆续发表在Chemical Engineering Journal (2023, 465: 142881)Biotechnology Advances (2023, 62: 108059)Green chemistry (2023, 25: 7141-7156)Bioresource Technology (2023, 368: 128356)Energy Conversion and Management (2022, 251: 114956)Journal of Cleaner production (2022, 366: 132817)等本领域权威期刊。



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