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科研進展

楊建明教授團隊在生物質預處理領域取得重要進展

    2024-02-09 09:35:24           浏览数:0

近日,生命科学学院杨建明教授团队在木质纤维素生物质预处理领域取得重要研究进展,相关研究成果以“A novel green biorefinery strategy for corn stover by pretreatment with weak alkaline-assisted deep eutectic solvents”为题,发表在英国皇家化学学会旗下绿色化学领域国际知名期刊Green Chemistry上(DOI: 10.1039/ d3gcC04091g. 影响因子:9.8,中科院JCR一区Top)。王兆宝副教授和周杰(硕士研究生)为该论文的并列第一作者,杨建明教授为通讯作者,青岛农业大学为独立通讯单位。

  

由于不可再生化石燃料帶來的能源危機和環境問題,探索綠色、豐富和可持續資源的開發利用模式勢在必行。在此背景下,國家發改委發布了《“十四五”生物經濟發展規劃》。作爲中國首部生物經濟五年規劃,其明確提出,要積極開發生物質能源,推動化石能源向綠色低碳可再生能源轉型。目前,爲了實現生物質資源的最大化和可再生利用,生物煉制的重點已從單組分利用轉向全組分利用,並且生物質全組分的綜合利用更是生物煉制商業化的關鍵所在。

本研究开发了一种低共熔溶剂-碳酸氢钠(DES-SB)对木质纤维素原料(玉米秸秆)进行全组分利用的生物炼制策略,用于协同碳水化合物转化和玉米秸秆脱木质素,最终获得高产率的可发酵糖(葡萄糖、木糖)和木质素,提高了生物质全组分综合利用的可行性。与单纯的低共熔溶剂预处理相比,碳酸氢钠的加入能够显著提高脱木质素效率,达到 90.03%(单纯低共熔溶剂预处理仅为 34.64%)。同时,实现了较高的碳水化合物回收率,酶解过程中葡萄糖和木糖消化率分别达到 97.47%和92.93%。此外,基于 该策略获得了具有纯度高、分子量低且分子量分布均一、热稳定性优异等优势的再生木质素,具有转化为下游芳香族化合物和生物基材料的前景,展现出优秀的增值潜力。在实现全组分综合利用的同时,该研究提出了在DES-SB预处理溶剂中秸秆结构解聚分离的机理。综上所述,该研究提供了一种新型组合预处理分馏的策略,具有高选择性的脱木质素效率和高碳水化合物保留效果,在全组分生物质综合利用(高产可发酵糖和高质量可加工木质素)及可持续工业生物炼制方面展现出了巨大潜力。

該研究工作得到國家自然科學基金、山東省高等學校“青創團隊計劃”、山東省自然科學基金、蒙昆煙草公司科技項目及青島農業大學高層次人才引進項目等資助。

  

  Fig. 1. The schematic diagram for CS fractionation by DES-SB pretreatment.

  

  Fig. 2. Overall mass balance of pretreatment and enzymatic hydrolysis processes.

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