纖維素可及性提升研究獲進展

近日，中國科學院成都生物研究所研究員李東團隊與加拿大不列顛哥倫比亞大學Jack Saddler研究團隊合作，在纖維素可及性研究中取得重要進展。相關成果發表于《綠色化學》。

木質纖維素作為豐富的可再生資源，其高效轉化利用意義重大。然而，預處理過程中不可避免的干燥環節會引發纖維素“角質化”（分子間氫鍵重構），顯著降低其可及性（即反應活性），成為制約高效轉化的瓶頸。盡管已知木質素和半纖維素可能抑制纖維素結晶，但二者在干燥過程中如何具體影響纖維素可及性下降，尚缺乏系統認知。

研究以玉米秸稈為原料，通過多種預處理手段制備了富含全纖維素、纖維素-木質素、纖維素-半纖維素的模型底物。研究系統比較了冷凍干燥、空氣干燥和烘箱干燥三種方式對纖維素的影響，結合Simons染色、氮氣吸附分析和酶解實驗，深入探究了半纖維素與木質素的作用機制。

研究發現，冷凍干燥能有效保留纖維素結構，減輕角質化。而烘箱干燥和空氣干燥則導致纖維素可及性顯著下降。半纖維素與木質素能有效抑制纖維素在干燥過程中的過度結晶，顯著提升干燥后纖維素的可及性。尤其在低酶負荷下，保留半纖維素對緩解干燥負面影響、維持酶解效率尤為關鍵。

此外，纖維素聚合度降低會加劇干燥導致的酶解產率下降。該研究首次系統闡明了半纖維素和木質素在干燥過程中通過抑制角質化，對維持纖維素可及性和后續酶解效率具有關鍵保護作用。

這一發現為生物質預處理工藝（如制漿造紙、生物燃料生產）提供了重要科學依據：在需要干燥的環節，適當保留半纖維素和木質素，有助于平衡組分與可及性，從而顯著優化后續轉化效率，降低工業酶用量和成本。

相關論文信息：https://doi.org/10.1039/D5GC02029H