纖維素是自然界中最豐富的植物生物質(zhì)組分，發(fā)展纖維素生物煉制技術(shù)，生產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品及高品位能源，對低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展及全球資源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可持續(xù)性發(fā)展具有長遠(yuǎn)的意義。研究和發(fā)展纖維素糖化工藝，經(jīng)濟(jì)高效地實(shí)現(xiàn)纖維素催化轉(zhuǎn)化成糖等平臺化合物，以及平臺化合物的后續(xù)轉(zhuǎn)化，兼具學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值。

廣東省科學(xué)院生物與醫(yī)學(xué)工程研究所提出了一種磺化碳固體酸催化左旋葡聚糖水解的方法。將磺化碳固體酸和含左旋葡聚糖的原料加入水中，利用反應(yīng)釜進(jìn)行水解反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后離心分離固體和液體，液體中含有左旋葡聚糖和葡萄糖。采用該方法制備葡萄糖，直接用于釀酒酵母發(fā)酵生產(chǎn)纖維素乙醇，乙醇產(chǎn)率可達(dá)到99%，高效實(shí)現(xiàn)纖維素?zé)峤馓腔詈习l(fā)酵工藝生產(chǎn)生物乙醇。經(jīng)過五次循環(huán)后，磺化碳固體酸催化劑仍可保持95%的左旋葡聚糖轉(zhuǎn)化率和90%的葡萄糖產(chǎn)率。高效液相-離子阱-飛行時(shí)間質(zhì)譜檢測及密度泛函理論計(jì)算結(jié)果表明，水中的質(zhì)子被磺化碳上的磺酸基團(tuán)激活，并且通過斷裂糖環(huán)上C1-O-C6醚鍵及水合作用水解左旋葡聚糖生成葡萄糖。與常規(guī)硫酸水解相比，該固體酸水解工藝克服了廢酸液難回收以及因中和產(chǎn)生的高濃度鹽引起的發(fā)酵抑制問題，為生物質(zhì)資源的高效、綠色轉(zhuǎn)化提供了新途徑，助力生物制造產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

纖維素衍生左旋葡聚糖高效水解及發(fā)酵制備生物乙醇工藝示意圖

相關(guān)成果發(fā)表在Bioresource Technology（中科院一區(qū)期刊，影響因子9），廣東省科學(xué)院生物與醫(yī)學(xué)工程研究所聯(lián)合培養(yǎng)碩士生馬宏莉及李明富博士為共同第一作者，蔣麗群副研究員為通訊作者。該研究獲得廣東省科學(xué)院打造產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中心行動專項(xiàng)資金項(xiàng)目資助。

論文信息：Hongli Ma, Mingfu Li, Yingchuan Zhang, Qinghua Huang, Liqun Jiang, Zhen Fang. Nearly 100% selective hydrolysis of pyrolytic sugar over sustainable carbon catalysts enables highly efficient production of bioethanol. Bioresource Technology, 2025, 436, 133008.

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.biortech.2025.133008.

供稿：省科學(xué)院生物醫(yī)學(xué)所

撰稿：蔣麗群

審稿：黃丹?曾曉舵?陳意華

校稿：徐超?肖捷?章震