酸堿處理對林木類木質纖維素結構研究獲新進展

　　近日，中國科學院廣州能源研究所研究員亓偉團隊在國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的資助下，在酸堿處理對林木類木質纖維素結構及酶解特性影響研究方面取得新進展。相關成果發表于《碳水化合物聚合物》（Carbohydrate Polymers）和《國際生物大分子雜志》（International Journal of Biological macromolecules）。

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

　　研究團隊系統研究了氫氧化鈉和氫氧化鉀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性。研究結果表明，氫氧化鈉和氫氧化鉀在相同的預處理強度（包括時間、溫度和pH值等條件）下對楊木產生不同程度的破壞，從而導致不同的酶解率。相比之下，氫氧化鈉比氫氧化鉀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，相比于氫氧化鉀預處理，氫氧化鈉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定型區，均可更有效促進其酶解。

　　同時，通過研究NaClO2、氫氧化鈉和H2SO4等三種不同酸堿性預處理和酶解殘渣頑抗性，發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-木質素-葡甘聚糖網絡。該網絡的穩定性、空間位阻性和疏水性可能在確定木質纖維素的頑抗性方面起著關鍵作用。