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。
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性。研究結果表明，NaOH和KOH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，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?。?span style="font-family: "times new roman";">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定型區，均可更有效促進其酶解（圖1）。
同時，通過研究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（圖2）。
以上研究成果發表在期刊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研發計劃項目和國家自然科學基金項目的資助。
相關論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.122037；
??????????????https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.131193
圖1.?NaOH和KOH兩種堿對木質纖維素預處理的影響
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圖2.?生物質不同組分的頑抗性與酶水解之間相互作用
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