科学家提出秸秆降解预处理新策略

中国科学院青岛能源研究所研究员李富力带领分子微生物工程研究团队，长期致力于秸秆生物转化策略的研究。最近，研究小组采用了一种新的预处理方法来降解玉米秸秆，减少糖化酶的用量，有效提高生物燃料的产量。相关结果发表在《环境研究》杂志上。

这一策略与之前的预处理过程非常不同。采用层次分析法-氯化锂/DMAc处理法，即用层次分析法溶液(pH 10~11)对玉米秸秆进行脱木素，然后用氯化锂/DMAc处理。

结果表明，基质最大产甲烷量为318.6±17.8毫升/克，比未处理组和层次分析法处理组分别高出40%和10%。研究进一步表明，离子溶剂氯化锂/DMAc在不改变结构的情况下，可以提高发酵细菌的纤维素溶出度，有效改善酶解糖化过程。

稻草是农作物或牧草成熟时茎、叶和穗的总称。作物光合作用产物中一半以上的能量存在于秸秆中，秸秆不仅富含可降解碳水化合物，还富含氮、磷、钾、钙、镁等微量元素。它是一种多用途可再生资源，可用于生产生物燃料和生物基化学品。

“中国天然气需求调查”结果显示，2018年中国天然气总消费量将达到2800亿立方米，进口总量将达到1200亿立方米。以秸秆为原料生产天然气具有重要的经济效益和社会效益。

鉴于秸秆的预处理策略，研究小组最近在《生物和生物技术应用》杂志上发表的一篇综述文章中讨论了各种生物、化学和物理预处理方法。指出纤维素酶、半纤维素酶和木质素降解酶是高效的生物催化剂，可以有效地将木质纤维素生物质转化为糖类，进而加工人类所需的生物燃料、生化工程和生物材料。

纤维素生物质的利用和转化对于解决环境污染、能源危机等问题具有重要意义。木质纤维素原料是糖的重要来源，可以发酵成乙醇和其他有机化学品。预处理是克服木质纤维素降解障碍的必要步骤。在生产重要的生物材料之前，研究已经进行了近200年。

最近的研究主要集中在经济、环境和时间效率的解决方案上，这些解决方案为工业应用提供了解决方案，并且对于大型生物精炼厂中木质纤维素生物质的降解具有重要意义。

上述工作得到了中国科学院、中国国家自然科学基金和中国科学院青岛生物能源研究所战略试点项目的支持。

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.envres.2020.109563.

https://doi.org/10.1007/s00253-019-10158-w.