纤维素可及性提升研究获进展

近日，中国科学院成都生物研究所研究员李东团队与加拿大不列颠哥伦比亚大学Jack Saddler研究团队合作，在纤维素可及性研究中取得重要进展。相关成果发表于《绿色化学》。

木质纤维素作为丰富的可再生资源，其高效转化利用意义重大。然而，预处理过程中不可避免的干燥环节会引发纤维素“角质化”（分子间氢键重构），显著降低其可及性（即反应活性），成为制约高效转化的瓶颈。尽管已知木质素和半纤维素可能抑制纤维素结晶，但二者在干燥过程中如何具体影响纤维素可及性下降，尚缺乏系统认知。

研究以玉米秸秆为原料，通过多种预处理手段制备了富含全纤维素、纤维素-木质素、纤维素-半纤维素的模型底物。研究系统比较了冷冻干燥、空气干燥和烘箱干燥三种方式对纤维素的影响，结合Simons染色、氮气吸附分析和酶解实验，深入探究了半纤维素与木质素的作用机制。

研究发现，冷冻干燥能有效保留纤维素结构，减轻角质化。而烘箱干燥和空气干燥则导致纤维素可及性显著下降。半纤维素与木质素能有效抑制纤维素在干燥过程中的过度结晶，显著提升干燥后纤维素的可及性。尤其在低酶负荷下，保留半纤维素对缓解干燥负面影响、维持酶解效率尤为关键。

此外，纤维素聚合度降低会加剧干燥导致的酶解产率下降。该研究首次系统阐明了半纤维素和木质素在干燥过程中通过抑制角质化，对维持纤维素可及性和后续酶解效率具有关键保护作用。

这一发现为生物质预处理工艺（如制浆造纸、生物燃料生产）提供了重要科学依据：在需要干燥的环节，适当保留半纤维素和木质素，有助于平衡组分与可及性，从而显著优化后续转化效率，降低工业酶用量和成本。

相关论文信息：https://doi.org/10.1039/D5GC02029H