木質(zhì)纖維素生物質(zhì)是自然界中最豐富的碳基資源，其主要組分纖維素、半纖維素和木質(zhì)素都可以轉化為高附加值化學(xué)品，然而三組分互相纏繞導致木質(zhì)纖維素結構復雜緊湊，限制了木質(zhì)纖維素的高效利用。在木質(zhì)纖維素拆解過(guò)程中，通常只考慮預處理方式的影響而忽略試劑本身性質(zhì)對木質(zhì)纖維素拆解的影響。實(shí)際研究發(fā)現，不同的預處理試劑會(huì )使木質(zhì)纖維素的組分發(fā)生不均勻降解，從而產(chǎn)生不同的殘渣，最終導致殘渣酶解效率差別巨大。

基于此，廣州能源所科研人員系統研究了NaOH和KOH兩種堿對楊木結構破壞的影響，深入探討了預處理底物結構與酶解的相關(guān)性。研究結果表明，NaOH和KOH在相同的預處理強度（包括時(shí)間、溫度和pH值等條件）下對楊木產(chǎn)生不同程度的破壞，從而導致不同的酶解率。相比之下，NaOH比KOH更能有效地破壞楊木結構，這可能是由于Na⁺的離子半徑較小（Na⁺離子半徑為0.95?，K⁺離子半徑為1.33?），從而可以更好地滲透到楊木中以提高預處理程度。結構分析表明，相比于KOH預處理，NaOH預處理殘渣具有更少的氧化表面、更高可及性的纖維表面和更多的無(wú)定型區，均可更有效促進(jìn)其酶解（圖1）。

同時(shí)，通過(guò)研究NaClO₂、NaOH和H₂SO₄等三種不同酸堿性預處理和酶解殘渣頑抗性，發(fā)現預處理渣中較高的β-β′含量和S/G比均不利于酶解。在木質(zhì)素-碳水化合物復合體中，芐基醚和苯基糖苷鍵與木糖和甘露糖連接，形成了木糖-木質(zhì)素-葡甘聚糖網(wǎng)絡(luò )。該網(wǎng)絡(luò )的穩定性、空間位阻性和疏水性可能在確定木質(zhì)纖維素的頑抗性方面起著(zhù)關(guān)鍵作用（圖2）。

以上研究成果發(fā)表在期刊Carbohydrate Polymers和International Journal of Biological macromolecules上，廣州能源所博士后Usama Shakeel為第一作者，亓偉研究員和張宇正高級工程師為共同通訊作者。該研究獲得國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目和國家自然科學(xué)基金項目的資助。

相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.122037；

??????????????https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.131193

圖1.?NaOH和KOH兩種堿對木質(zhì)纖維素預處理的影響

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圖2.?生物質(zhì)不同組分的頑抗性與酶水解之間相互作用