2023年6月6日，江南大学生物工程学院生物资源与生物炼制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“Surfactants facilitated glycerol organosolv pretreatment of lignocellulosic biomass by structural modification for co-production of fermentable sugars and highly reactive lignin”正式发表于Bioresource Technology (一区, Top, IF=11.9)。

       木质纤维素作为自然界储量丰富的生物质原料，其可再生性使得木质纤维素成为绿色生物制造的理想原料，进而实现生物燃料和高值化学品的绿色制造。然而，木质纤维素复杂致密的结构使其在直接发酵过程中难以被微生物降解利用。因此，需要对木质纤维素进行预处理，以打破其结构的致密性，提高可降解性；进而通过应用酶或微生物可以将木质纤维素水解成可发酵性糖；这些可发酵性糖可以作为微生物发酵的碳源，转化为生物燃料和其他高附加值化学品。

研究背景

       将木质纤维素生物质“三大素”组分转化为生物能源、生物化学品或生物基材料，不仅有助于石化替代，也有助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。我国每年可利用的农林纤维剩余物高达20亿吨，这为建立绿色低碳可再生能源体系提供坚实的原料保障。所以，木质纤维素原料的绿色生物制造已迎来前所未有的历史机遇。然而，组成复杂且结构致密的生物质原料具有高顽抗性，难以有效生物降解。通过简单有效和安全环保的预处理方法来选择性拆解这种高顽抗性结构，如何通过预处理尽可能提高其可酶解性和剩余木质素增值利用，是推进生物质精炼产业化进程的关键。现行预处理方法大多会导致木质素发生再聚合副反应，这不但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酶水解效率，而且再缩合副反应限制了木质素高附加值利用。

科学发现

针对以上问题，孙付保教授团队首次评估非离子表面活性剂（聚乙二醇、吐温等）添加于甘油有机溶剂预处理过程从而增强预处理后底物的可酶解性，通过现代分析技术手段初步阐明非离子表面活性剂促进底物可酶解性的机理：非离子表面活性剂在预处理过程中接枝性修饰固体底物中残留木质素结构，使其保留更多β-O-4连接键和较少酚羟基(PhOH)，从而削弱木质素与纤维素酶的非特异性结合；非离子表面活性剂同时也接枝性修饰溶解木质素的结构，使其成为高反应活性木质素。

图 摘

       江南大学2021级博士生宋国杰为该论文第一作者，孙付保教授为该论文的通讯作者。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（2019YFE0114600）和国家自然科学基金（22278189；52106245）等资助。近年来，我校生物工程学院孙付保教授团队在纤维糖的绿色生物制造方面取得明显进展，相关成果陆续发表在Biotechnology Advances (2023, 62: 108059)、Chemical Engineering Journal (2023, 465: 142881)、Bioresource Technology (2023, 368: 128356)、Energy Conversion and Management (2022, 251: 114956)、Journal of Cleaner production (2022, 366: 132817)。